一种提高氮碳共渗强化层表面致密性的复合热处理工艺的利记博彩app
【技术领域】
[0001] 本发明涉及表面热处理技术领域，特别是指一种提高氮碳共渗强化层表面致密性 的复合热处理工艺；具体是指一种短时低氮势氮碳共渗后直接奥氏体化处理提高渗层致密 性的复合热处理工艺。
【背景技术】
[0002] 在钢铁表面进行渗氮/氮碳共渗处理能够提高钢件表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀 性和抗疲劳强度等综合性能。因此，在许多工业领域得到广泛应用。氮碳共渗（软氮化） 根据介质的不同，分为气体软氮化、液体软氮化、离子软氮化等。
[0003] 根据国标CBT18177-2008的教导，传统的钢的气体渗氮工艺通常包括常规渗氮与 短时渗氮两种，常规渗氮工艺时间通常在66-210小时，氨分解率为20-60%，短时渗氮时间 为2-4小时，氨分解率为35-60% (见CBT18177-2008中8. 6渗氮工艺）；上述氨分解率对应 的渗氮气氛氮势为13. 77-1. 325atm_1/2 (见CBT18177-2008附录B);本领域中，氮碳共渗除 氮化时间有所缩短之外，其工艺参数一般情况下也是按国标CBT18177-2008的规定执行。
[0004] 渗氮/氮碳共渗得到的渗层通常包括表面化合物层、中间过渡层、内部扩散层，传 统渗氮/氮碳共渗的常规渗氮工艺得到的渗层中，表面化合物层普遍存在孔洞、疏松的组 织缺陷，致使渗层的耐磨性和脆韧性较差；针对这种现象，潘建生教授团队于1997年发表 在《金属热处理》第5期上的《短时渗氮工艺的研宄》提出了采用短时高氮势渗氮工艺，该 工艺已收录在国标CBT18177-2008中，采用短时高氮势渗氮工艺可以获得表面致密的化合 物层，有效提高渗层的耐磨性，但渗层的脆韧性仍然较差；其原因在于：短时高氮势渗氮得 到的渗层中的化合物层主要为脆性相e-Fe2_3N，致使渗层脆韧性较差。
[0005] 针对这种现象，本发明人于2011年1月25日申报的专利申请号为201110026979 的发明专利，提出了采用在传统氮碳共渗处理后进行奥氏体化处理和等温时效处理，获得 了脆韧性和耐磨性较高的表面强化层。通过奥氏体化和等温时效处理，将渗层的化合物层 溶解，化合物层中发生以下相变：奥氏体化过程，发生e-Fe2_3N-y-Fe(N)的相变，随后进 行的等温时效，发生Y_Fe(N) - (a-Fe+Y' -Fe4N)的相变，使渗层的化合物层转变为超 细贝氏体层，该强化层由于细晶强化，因而具有极优的韧性，但是，发现其致密性则相对于 原始的化合物层有较大的下降。
[0006] 另外，申请号为201110026979的发明专利，采取氮碳共渗冷却后的试样再进行奥 氏体化等后续热处理，不仅工艺繁琐，耗时较长，不利于工业应用中的批量化生产，更大的 问题在于氮碳共渗后的"冷却处理"对后续奥氏体化处理和等温时效处理起着极大的负面 效应，具体体现在以下两个方面：a)若是氮碳共渗后采用水淬处理（快速冷去），则会导致 [N]向表层（e相）偏聚，将大大延长奥氏体化处理时间（使e相完全分解的时间），与此 同时增大了氮损失的程度；b)若是氮碳共渗后采用炉冷处理（缓慢冷却），则次表层（扩散 层）a基体中的Fe4N等析出相已全部析出并长大，则后续控制析出相的人工时效处理便失 去了意义。
[0007] 总之，该工艺不仅操作繁复，耗时过长，而且由于奥氏体化处理阶段出现的渗氮强 化层脱氮行为导致最终试样表层出现大量孔洞和裂纹，致使一系列表面性能由于孔洞层的 存在而不能得到真实的反映，更与对尺寸和表面光洁度要求较高的精密工件的氮化处理相 悖，故大幅降低了该工艺的实际应用价值。
【发明内容】
[0008] 本发明所要解决的技术问题是：针对在现有技术所存在的氮碳共渗强化层表面疏 松的问题，提供一种操作简单、易于实现、可以完全消除氮碳共渗强化层孔洞和裂纹、有效 提高钢材料工件氮碳共渗强化层表面致密性的复合热处理工艺。
[0009] 为解决上述技术问题，本发明一种提高氮碳共渗强化层表面致密性的复合热处理 工艺，采用下述方案实现：
[0010] 将钢材进行氮碳共渗后直接随炉升温，在保护气氛下进行奥氏体化处理 后水淬，然后进行等温时效处理，得到贝氏体表面强化层；贝氏体表面强化层为 (a-Fe+a" -Fe16N2+y' _Fe4N)相，（见附图 12);
[0011] 所述氮碳共渗工艺参数为：氮碳共渗温度为550~585°C，共渗时间为0. 5~ 1. 5h，炉气氮化势值为0. 40~0. 8atnT1/2。
[0012] 本发明一种提高氮碳共渗强化层表面致密性的复合热处理工艺，所述共渗时间为 0? 6~1. 3h，炉气氮化势值为0? 45~0? 75atnT1/2。
[0013] 本发明一种提高氮碳共渗强化层表面致密性的复合热处理工艺，所述共渗时间为 0? 7~1. 2h，炉气氮化势值为0? 55~0? 7atm_1/2。
[0014] 本发明一种提高氮碳共渗强化层表面致密性的复合热处理工艺，所述共渗时间为 0? 8~1.lh，炉气氮化势值为0? 6~0? 7atm_1/2。
[0015] 本发明一种提高氮碳共渗强化层表面致密性的复合热处理工艺，奥氏体化处理 工艺参数为：保护气氛选自氮气、氩气中的一种，奥氏体化处理温度为675~695°C，保温 1. 5 ~ 2. 5h〇
[0016] 本发明一种提高氮碳共渗强化层表面致密性的复合热处理工艺，奥氏体化处理温 度为680~690°C，保温1. 6~2. 3h。
[0017] 本发明一种提高氮碳共渗强化层表面致密性的复合热处理工艺，奥氏体化处理温 度为 680-685 °C，保温 1. 8 ~2.lh。
[0018] 本发明一种提高氮碳共渗强化层表面致密性的复合热处理工艺，等温时效处理工 艺参数为：在盐浴或油浴炉中，温度为145~200°C，保温8-20h。
[0019] 本发明一种提高氮碳共渗强化层表面致密性的复合热处理工艺，等温时效温度 为：150 ~190°C，保温 10-20h。
[0020] 本发明一种提高氮碳共渗强化层表面致密性的复合热处理工艺，等温时效温度 为：165 ~185°C，保温 13-20h。
[0021] 本发明一种提高氮碳共渗强化层表面致密性的复合热处理工艺，钢材选自碳钢、 合金钢、中的一种。
[0022] 本发明一种提高氮碳共渗强化层表面致密性的复合热处理工艺，碳钢选自10号 碳钢，合金钢选自〇Mnl2Ni2钢。
[0023] 发明人经过长期研宄分析，认为现有技术公开的氮碳共渗后进行奥氏体化处理加 等温时效处理之所以存在渗层致密性相对于原始的化合物层有较大下降的原因，主要是两 个方面：第一，常规渗氮工艺得到的渗层中，表面化合物层本身就普遍存在孔洞、疏松的组 织缺陷；第二，奥氏体化处理过程发生脱氮行为，导致基体表面孔洞及裂纹增加；上述两个 原因，导致常规渗氮工艺得到的渗层发生孔洞层叠加效应，更进一步降低其表层的综合性 能；对于短时氮碳共渗工艺得到的表面致密渗层，则由于奥氏体化处理过程，发生脱氮，使 基体表面产生孔洞及裂纹，从而降低试样表面强化层的致密性，大幅降低了其表层的综合 性能；其机理分析如下：
[0024] 由于化合物层的主相e-Fe2_3N是一种特殊的六角晶格结构，该结构容纳[N]的浓 度存在一个较大的弹性区间（wt% :4. 5%~15%)，采用常规氮碳共渗或短时氮碳共渗工 艺，其氮势都很高，导致化合物层N浓度值偏高，通常达到9 %以上，因此，在奥氏体化处理 阶段，当e-Fe2_3N相溶解，转变为Y-Fe(N)时，由于Y-Fe(N)相中固溶的N浓度值通常小 于2. 5 %，远低于e-Fe2_3N相中N浓度值，因此，相变的过程，基体必然会发生脱氮行为，脱 氮带来的直接效果是使得基体表面孔洞及裂纹的数目增加，脱氮残留的孔洞和裂纹等缺陷 直接影响了试样表面强化层的致密性，从而大幅降低了其表层的综合性能。
[0025] 基于以上分析，发明人进行了大量实验，通过调整氮碳共渗过程的氮化势及氮碳 共渗时间的有机匹配，实现渗层中的化合物层的氮含量适中且渗层表面致密，杜绝了后续 奥氏体化处理过程中脱氮现象