[发明专利]一种合金表面的渗碳方法

说明书

本发明涉及合金表面热处理技术领域，具体公开一种合金表面的渗碳方法。所述渗碳方法，利用甲醇和丙烷作为渗碳剂，通过脉冲式气体渗碳方法对合金工件表面进行渗碳；脉冲式气体渗碳过程包括两个脉冲，第一脉冲的渗碳碳势为1.23‑1.27cp，渗碳时间为4050‑4100min，扩散碳势为0.93‑0.97cp，扩散时间为1180‑1220min；第二脉冲的渗碳碳势为1.13‑1.17cp，渗碳时间为2860‑2900min，扩散碳势为0.65‑0.75cp，扩散时间为1000‑1040min。本发明可突破传统渗碳工艺的渗碳层5mm深度的极限，得到碳浓度梯度和硬度梯度平缓的渗层组织，形成理想的硬化层组织。

技术领域

本发明涉及合金表面热处理技术领域，尤其涉及一种合金表面的渗碳方法。

背景技术

目前多数的钢铁合金工件的制作过程中，为了提高其使用性能和使用寿命，通常会对其表面进行热处理，达到工件表面硬度高，芯部韧性好的目的，例如，在齿轮的表面进行渗碳处理，来提高齿轮表面的硬度，具体渗碳深度根据齿轮的大小来决定，齿轮越大要求的渗碳层深度越大，渗碳层深度通常是通过控制渗碳时间和渗碳碳势来决定，但是用传统的渗碳方法，可控制的最大渗碳深度为5mm，若渗碳时间继续延长或者简单增加碳势来加深渗碳层深度，则会导致金相组织中表层的碳浓度过度加大，在齿轮表面生成碳化物，影响齿轮的使用，而内部的碳浓度低且分布梯度不均，导致硬化层不均匀，达不到使用要求，且随着渗碳层深度的增加，碳浓度和碳化物的控制也越来越难，对于要求强韧性的重载渗碳工件，尤其是采用含Cr、Ni高合金材料的工件，渗碳表面碳浓度必须控制在0.7-0.8％，碳浓度低时，冷却过程中容易在工件表面生成屈氏体，导致工件长时间工作后，出现断裂情况，因此，对于超大重载齿轮(齿轮的模数超过60Mn)来说，因渗碳层深度的限制，使用过程中齿面容易出现早期剥落，严重影响齿轮的使用寿命；另一方面重载齿轮材料通常是中碳钢42CrMo或者40CrNiMo，热处理工艺上若采用调质加中频感应淬火工艺，则感应淬火时对齿面、齿根以及节圆的感应区会出现硬化层不均匀，无法做到齿顶、齿根、节圆硬化层同时满足技术要求，使用起来齿轮容易打齿，齿面容易出现早期剥落，齿轮寿命低，感应淬火后齿轮的精度难以保证。

发明内容

针对现有渗碳工艺在合金工件表面的渗碳深度有限以及渗碳硬化层的碳浓度分布不均匀导致大型重载工件的表面硬化层易剥落，影响其使用寿命的问题，本发明提供一种合金表面的渗碳方法。

为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：

一种合金表面的渗碳方法，利用甲醇和丙烷作为渗碳剂，通过脉冲式气体渗碳方法对合金工件表面进行渗碳；所述脉冲式气体渗碳过程包括依次进行的第一脉冲和第二脉冲，所述第一脉冲的渗碳碳势为1.23-1.27cp，渗碳时间为4050-4100min，扩散碳势为0.93-0.97cp，扩散时间为1180-1220min；所述第二脉冲的渗碳碳势为1.13-1.17cp，渗碳时间为2860-2900min，扩散碳势为0.65-0.75cp，扩散时间为1000-1040min。

相对于现有技术，本发明提供的合金表面的渗碳方法，甲醇和丙烷作为渗碳剂，通过脉冲式气体渗碳方法对合金工件表面进行渗碳，脉冲式渗碳的好处是让齿轮表面与内部形成碳浓度差，有利于提高活性碳原子的运动速度，提高活性碳原子在渗碳齿轮内部的扩散速度，具有渗碳速度快、工艺稳定性高和可控性强的优点，本发明的脉冲式气体渗碳过程设置两个脉冲，通过控制两个脉冲过程中的渗碳碳势和扩散碳势的大小，以及渗碳时间，可使合金表面的渗碳层深度达到8mm，且得到的渗碳层具有平缓的碳浓度梯度和硬度梯度，同时具有优良的渗层组织，该渗碳方法用于齿轮上，可在齿轮的齿顶、齿面和齿根同时形成理想的硬化层，有利于提高齿轮的内在质量和使用寿命，且该渗碳层深度可满足超大型重载齿轮的渗碳要求，有利于提高齿轮的质量和延长重载齿轮的使用寿命；克服了因工件表面渗碳层深度的加大而导致的渗碳层中碳分布不均和工件表面硬度不均的缺陷以及因渗碳层深度的加大而导致工件表面形成大量的碳化物，对工件造成损坏。

优选的，所述合金工件的材质为高合金低碳钢。