專利名稱：一種齒輪鋼快速離子氮化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬表面化學(xué)熱處理方法，尤其涉及一種齒輪鋼快速離子氮化方法。
背景技術(shù)：
齒輪是在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的零件，為了提高齒輪表面的耐磨性，通常采用的方法主要有:(I)氣體滲氮；(2)鹽浴滲氮；(3)離子滲氮等。離子滲氮作為一種清潔節(jié)能的表面改性的熱處理方法，具有滲層均勻、方法簡單、重復(fù)性好以及滲氮溫度較低、能耗低、處理時間短、無污染等多種優(yōu)點而受到廣泛地應(yīng)用。因此被廣泛應(yīng)用于提高齒輪表面的耐磨性。但在現(xiàn)實處理操作過程中，在提高齒輪表面的硬度，又要兼顧氮化層的厚度，當(dāng)?shù)瘜雍穸容^淺，即使表面硬度較高，對于提高齒輪表面的耐磨性，疲勞性都是不利的。為了達到以上目的，工廠實際一般較長時間的氮化處理時間，有的甚至要達到數(shù)十小時，而且處理溫度一般在550°C左右，處理成本高，處理周期長。雖然已經(jīng)發(fā)明了各種催滲方法，例如:電場催滲，稀土催滲，多元素共滲催滲，但具體到實際操作，都有一定的局限性，比如稀土元素，電場的附加不容易實現(xiàn)等不足之處。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種齒輪鋼低溫、快速離子氮化方法。預(yù)滲氮試樣表面進行預(yù)氧化的催滲方法，預(yù)氧化與離子滲氮在同一離子滲氮爐中進行，采用空氣作為預(yù)氧化氣體，表面先在30(T400°C預(yù)氧化30min，然后在500°C離子滲氮2飛h，與同等條件下未經(jīng)預(yù)氧化的齒輪鋼離子氮化試樣相比，氮化層厚度，表面硬度都有顯
著提高。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是:一種齒輪鋼快速離子氮化方法；其特包括如下步驟:(I)從齒輪鋼上取樣，制成標(biāo)準(zhǔn)試樣，并進行預(yù)磨、拋光處理；(2)除去試樣上的油污:試樣在有機溶劑中進行清洗、烘干；(3)將清洗的試樣置入離子氮化設(shè)備的真空室內(nèi)，抽真空至IOPa以下進行起輝；(4)通入氫氣進行離子轟擊清洗，調(diào)節(jié)電流和電壓，待爐溫升至300°C 40(TC時，逐步降低氫氣的流量至零，同時通入空氣對試樣進行預(yù)氧化，設(shè)定空氣流量為3L/min，維持預(yù)氧化溫度2(T40min ；(5)預(yù)氧化結(jié)束后，逐步減少空氣流量至零，同時通入氮氣和氫氣，氮氣和氫氣流量分別為100mL/min和300mL/min，設(shè)定離子滲氮氣氛壓力為10(T300Pa，當(dāng)溫度升至500°C時開始計時進行離子滲氮，保溫時間為2飛h ；(6)離子滲氮結(jié)束后逐漸減小氫氣流量至零，將給定電流和電壓調(diào)至零，待爐溫降至100°C后切斷氮氣流，冷卻到室溫將試樣取出。上述技術(shù)方案，所述預(yù)氧化溫度為300°C，預(yù)氧化時間為30min。
上述技術(shù)方案,所述離子滲氮氣氛壓力為200Pa，保溫時間為4h。上述技術(shù)方案，所述齒輪鋼試樣離子氮化后表面滲層深度為47(Γ570μ m，白亮層厚度為 7.5^12.5 μ m0采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明具有以下積極的效果:(I)本發(fā)明克服了現(xiàn)有離子滲氮處理周期較長，溫度較高的缺點，提高了滲氮速度。在預(yù)氧化階段，工件表面形成薄薄的一層氧化膜，氧化膜松散，多缺陷，表面自由能很高，對氮化物有很強的吸附性，顯著提高了工件表面的氮含量，因此加快了滲氮速度，節(jié)約了氣體的使用量，與沒經(jīng)預(yù)氧化的工件相比，相同處理溫度氮化層厚度提高了一倍多；(2)本發(fā)明不用附加任何輔助設(shè)備，操作簡單，預(yù)氧化氣體為空氣，成本低，而且預(yù)氧化溫度較低，大幅度節(jié)約能源，降低能耗，節(jié)約處理成本；預(yù)氧化與離子氮化連續(xù)進行，同在離子氮化爐內(nèi)進行處理，相比現(xiàn)有技術(shù)，操作簡便易行。


為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明，其中圖1為本發(fā)明300°C預(yù)氧化30min，500°C離子滲氮4h金相圖片；圖2為本發(fā)明350°C預(yù)氧化30min，500°C離子滲氮4h金相圖片；圖3為本發(fā)明400°C預(yù)氧化30min，500°C離子滲氮4h金相圖片。
具體實施例方式本發(fā)明一種齒輪鋼快 速離子氮化方法包括如下步驟:(I)從齒輪鋼上取樣，制成標(biāo)準(zhǔn)試樣，并進行預(yù)磨、拋光處理；(2)除去試樣上的油污:試樣在有機溶劑中進行清洗、烘干；(3)將清洗的試樣置入離子氮化設(shè)備的真空室內(nèi)，抽真空至IOPa以下進行起輝；(4)通入氫氣進行離子轟擊清洗，調(diào)節(jié)電流和電壓，待爐溫升至300°C 40(TC時，逐步降低氫氣的流量至零，同時通入空氣對試樣進行預(yù)氧化，設(shè)定空氣流量為3L/min，維持預(yù)氧化溫度2(T40min ；(5)預(yù)氧化結(jié)束后，逐步減少空氣流量至零，同時通入氮氣和氫氣，氮氣和氫氣流量分別為100mL/min和300mL/min，設(shè)定離子滲氮氣氛壓力為10(T300Pa，當(dāng)溫度升至500°C時開始計時進行離子滲氮，此時電流1.5A,電壓750V，保溫時間為2飛h ；(6)離子滲氮結(jié)束后逐漸減小氫氣流量至零，將給定電流和電壓調(diào)至零，待爐溫降至100°C后切斷氮氣流，冷卻到室溫將試樣取出。具體包括以下三個實施例:(實施例1)除去試樣上的油污，將試樣浸入有機溶劑中進行清洗、烘干后將試樣置入離子氮化設(shè)備的真空室內(nèi)，抽真空到IOPa以下通入氫氣進行離子轟擊清洗，待爐溫升至300°C時通入空氣，設(shè)定空氣流量為3L/min，保溫30min進行預(yù)氧化。時間達到后，通入氮氣和氫氣，設(shè)定1/3的N2/H2比例，氮氣和氫氣流量分別為lOOmL/min和300mL/min，調(diào)整離子滲氮氣氛壓力為200Pa，當(dāng)達到500°C時保溫4h進行離子滲氮，實驗結(jié)束后取出試樣，并對試樣進行金相觀察前的預(yù)處理，最后進行金相觀察，表面硬度測試。實驗結(jié)果:見圖1，在300°C預(yù)氧化30min，所達到的滲層深度為570 μ m，白亮層厚度為12.5 μ，表面硬度為773HVa(l5。不進行預(yù)氧化的離子滲氮的滲層深度僅為370 μ m，白亮層厚度為6.5 μ m，表面硬度為731HVa(l5?？梢?，空氣預(yù)氧化可顯著提高齒輪鋼離子滲氮后的滲層和白亮層厚度及表面硬度。(實施例2)除去試樣上的油污，將試樣浸入有機溶劑中進行清洗、烘干后將試樣置入離子氮化設(shè)備的真空室內(nèi)，抽真空到IOPa以下通入氫氣進行離子轟擊清洗，待爐溫升至350°C時通入空氣，設(shè)定空氣流量為3L/min，保溫30min進行預(yù)氧化。時間達到后，通入氮氣和氫氣，設(shè)定1/3的N2/H2比例，氮氣和氫氣流量分別為lOOmL/min和300mL/min，調(diào)整離子滲氮氣氛壓力分別200Pa，當(dāng)達到500°C時保溫4h進行離子滲氮，實驗結(jié)束后取出試樣進行金相觀察前的預(yù)處理，最后進行金相觀察。實驗結(jié)果:見圖2，在350°C預(yù)氧化30min，所達到的滲層深度為570 μ m，白亮層厚度為10.0ym0不進行預(yù)氧化的離子滲氮的滲層深度僅為370 μ m，白亮層厚度為6.5 μ m。(實施例3)除去試樣上的油污，將試樣浸入有機溶劑中進行清洗、烘干后將試樣置入離子氮化設(shè)備的真空室內(nèi)，抽真空到IOPa以下通入氫氣進行離子轟擊清洗，待爐溫升至400°C時通入空氣，設(shè)定空氣流量為3L/min，保溫30min進行預(yù)氧化。時間達到后，通入氮氣和氫氣，設(shè)定1/3的N2/H2比例，設(shè)定氮氣和氫氣流量分別為lOOmL/min和300mL/min，調(diào)整離子滲氮氣氛壓力分別200Pa，當(dāng)達到500°C時保溫4h進行離子滲氮，實驗結(jié)束后取出試樣進行金相觀察前的預(yù)處理，最后進行金相觀察，表面硬度測試。實驗結(jié)果:見圖3·，在400°C預(yù)氧化30min，所達到的滲層深度為470μπι，白亮層厚度為7.50 μ。不進行預(yù)氧化的離子滲氮的滲層深度僅為370 μ m,白亮層厚度為6.5 μ m。由上述實驗結(jié)果可知，在300°C空氣預(yù)氧化30min，滲層深度和白亮層厚度最大，可見300°C為最佳預(yù)氧化溫度；另外，經(jīng)過空氣預(yù)氧化的齒輪鋼離子氮化試樣滲層深度和白亮層厚度均明顯大于同等條件下沒有預(yù)氧化的滲層深度和白亮層厚度，可見預(yù)氧化對明顯提高滲層厚度、縮短滲氮時間，達到了節(jié)能減排，節(jié)約生產(chǎn)成本的目的。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種齒輪鋼快速離子氮化方法；其特征在于:包括如下步驟: (1)從齒輪鋼上取樣，制成標(biāo)準(zhǔn)試樣，并進行預(yù)磨、拋光處理； (2)除去試樣上的油污:試樣在有機溶劑中進行清洗、烘干； (3)將清洗的試樣置入離子氮化設(shè)備的真空室內(nèi)，抽真空至IOPa以下進行起輝； (4)通入氫氣進行離子轟擊清洗，調(diào)節(jié)電流和電壓，待爐溫升至300°C 40(TC時，逐步降低氫氣的流量至零，同時通入空氣對試樣進行預(yù)氧化，設(shè)定空氣流量為3L/min，維持預(yù)氧化溫度2(T40min ； (5)預(yù)氧化結(jié)束后，逐步減少空氣流量至零，同時通入氮氣和氫氣，氮氣和氫氣流量分別為100mL/min和300mL/min，設(shè)定離子滲氮氣氛壓力為10(T300Pa，當(dāng)溫度升至500°C時開始計時進行離子滲氮，保溫時間為2飛h ； (6)離子滲氮結(jié)束后逐漸減小氫氣流量至零，將給定電流和電壓調(diào)至零，待爐溫降至100°C后切斷氮氣流，冷卻到室溫將試樣取出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪鋼快速離子氮化方法，其特征在于:所述預(yù)氧化溫度為300°C,預(yù)氧化時間為30min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪鋼快速離子氮化方法，其特征在于:所述離子滲氮氣氛壓力為200Pa，保溫時間為4h。
4.根據(jù)權(quán)利要求Γ3任一項權(quán)利要求所述的齒輪鋼快速離子氮化方法，其特征在于:所述齒輪鋼試樣離子 氮化后表面滲層深度為47(Γ570 μ m，白亮層厚度為7.5^12.5 μ m。
全文摘要
本發(fā)明屬于金屬表面化學(xué)熱處理方法，尤其涉及一種齒輪鋼快速離子氮化方法。本發(fā)明預(yù)滲氮試樣表面采用空氣進行預(yù)氧化的催滲方法，預(yù)氧化與離子滲氮在同一離子滲氮爐中進行，表面先在300~400℃預(yù)氧化30min，然后在500℃離子滲氮2~6h，本發(fā)明加快了滲氮速度，節(jié)約了氣體的使用量，與同等條件下未經(jīng)預(yù)氧化的齒輪鋼離子氮化試樣相比，氮化層厚度和表面硬度都有顯著提高。本發(fā)明不用附加任何輔助設(shè)備，操作簡單，預(yù)氧化氣體為空氣，成本低，而且預(yù)氧化溫度較低，大幅度節(jié)約能源，降低能耗，節(jié)約處理成本；預(yù)氧化與離子氮化連續(xù)進行，同在離子氮化爐內(nèi)進行處理，相比現(xiàn)有技術(shù)，操作簡便易行。
文檔編號C23C8/02GK103233196SQ20131017665
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月13日
發(fā)明者胡靜, 李景才, 王樹凱, 楊星梅 申請人:常州大學(xué)