[发明专利]一种电磁控深钢铁表面化学处理装置及其方法

说明书

本发明提供一种电磁控深异构钢铁材料表面化学处理装置及其方法，包括：加磁组件、加热冷却组件、炉体、夹持组件及渗碳组件，其处理过程包括：预处理、抽真空升温、电磁控深渗碳，降温冷却等四步工序：预处理充分清理钢铁材料表面后，在真空环境下，对钢材施加多级梯度磁场，实施电磁控深渗碳处理，最终获得渗碳层多级分布的高强、高韧、高耐磨的异构钢铁材料。

技术领域

本发明涉及的是一种电磁控深钢铁表面化学处理装置及其方法，属于异构钢铁材料制备领域。

背景技术

钢铁材料作为最常见的结构材料，广泛应用于建筑、交通运输、石油化工等各领域，尤其是在一些高速运转的机械设备上。随着科学技术和现代工业的发展，机械设备运转速度的显著增加对零件的耐冲击和耐磨损性能提出了更高的要求。钢铁材料合理的表面硬化处理可防止零件过早受损，显著提高整体机件运行的稳定性，从而保证设备的生产效率。

经对现有技术文献检索发现，X.L.Wu等人在《Proceedings of the NationalAcademy of Sciences of the United States of America》美国科学院院报，2014，111：7197-7201上发表的“Extraordinary strain hardening by gradient structure”(超高应变硬化梯度结构材料) 一文中，介绍了一种利用高速弹丸轰击实现钢铁材料表面的强化方法，该方法可诱导钢铁材料表层晶粒纳米化，显著提高零件的力学性能和使用寿命。但是，该技术对表面施加的大塑性变形，加工后零件表面粗糙度难以保证，而进一步的精加工则会破坏表面纳米化效果。并且，由于弹丸的粒径限制，对于形状复杂的零件，不可避免的存在加工死区，难以实现整体强化。此外，材料表面纳米化的设备成本和加工成本都较高，生产应用存在局限性。

进一步检索发现，中国发明专利CN109338276A介绍了一种钢材零件的均匀渗碳处理工艺。其原理是，将清洗和烘干后的钢件放入渗碳炉内，并向渗碳炉内喷入液态的甲醇对钢件进行初次渗碳处理，再将初次渗碳处理后的钢件放入工业渗碳炉中进行二次渗碳处理。该渗碳工艺的特点是：(1)经过初次渗碳和二次渗碳处理，减少渗碳时出现的内氧化；(2)配合渗碳炉和气旋转渗碳使用，提高了钢件的韧性和可塑性，降低渗碳处理的成本。但是，均匀渗碳存在如下局限性：(1)渗碳层厚调控手段单一，对高碳层厚度控制精度较低，对于壁厚不均匀零件，难以实现硬化层多级调控；(2)渗碳处理后，零件表面含碳量显著提高，焊接性能和耐腐蚀性能大幅下降。

发明内容

为了解决上述技术存在的不足，本发明目的在于提供一种电磁控深钢铁表面化学处理装置及其方法。

实现本发明目的的技术方案包括：

一种电磁控深钢铁表面化学处理方法，包括：

预处理、抽真空升温、电磁控深渗碳、降温冷却四步工序，具体包括以下步骤：

第一步，预处理：将需要进行渗碳的钢材进行表面预处理，通过打磨、除油、酸洗等方式清理表面杂质及氧化物；

第二步，抽真空升温：将钢材装夹在真空试验炉中的样品夹上，用密封装置密封真空试验炉；打开真空泵抽真空，当炉内气压在1000Pa以下时关闭真空泵，调节控温仪器将加热温度控制在900-1300℃，保温10-45min，确保钢材受热均匀；

第三步，电磁控深渗碳：打开电磁阀，将高纯度的丙烷和乙炔作为渗碳剂滴注到真空试验炉中，进行化学分解；活性原子吸附在钢材表面，溶于奥氏体中并形成间隙固溶体；当碳浓度超过该温度下奥氏体饱和浓度时可形成金属化合物(碳化物)。对励磁线圈进行通电，通过励磁控制器控制磁场强度；移动伸缩装置，对钢材上需要施加多级梯度磁场作用的区域进行加磁。利用氧探头监控炉内碳势，当渗碳层深度达到额定值后，关闭电磁阀，停止供气，在真空条件下扩散、形成多级渗碳层浓度梯度，扩散后调节控温仪器将温度降至800-900℃保温30min；