專利名稱：控制氣體氮碳共滲零件變形的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼材料的化學(xué)熱處理技術(shù)領(lǐng)域，且特別涉及適用于壁薄厚十分不均勻零件的控制氣體氮碳共滲零件變形的工藝。
背景技術(shù)：
氣體氮碳共滲是一種提高零件表面硬度的化學(xué)熱處理方法，通過氣體氮碳共滲能 明顯提高零件表面的硬度、強度和耐磨性，同時保持零件表面脆性不大，因此在鋼鐵熱處理 中應(yīng)用十分廣泛。但是如果零件是一種壁薄厚十分不均勻的零件時，由于化合物組織的影響、熱應(yīng) 力的影響以及機械加工應(yīng)力的影響會使零件在氣體氮碳共滲后壁薄部分出現(xiàn)喇叭口狀的 變形，有些零件的變形率甚至達到90%以上，嚴重影響零件的質(zhì)量。壁薄厚不均勻零件氣體氮碳共滲變形的主要因素是化合物組織影響、熱應(yīng)力影響 和機械加工應(yīng)力影響，尤其是熱應(yīng)力影響和機械加工應(yīng)力影響。這是因為零件在氣體氮碳共滲前一般都要經(jīng)過機械粗加工，經(jīng)機械粗加工后零件 內(nèi)就會有殘存的內(nèi)應(yīng)力，在氣體共滲過程中這些殘存的內(nèi)應(yīng)力會松馳使零件產(chǎn)生變形。另外零件氣體氮碳共滲時零件的裝爐溫度一般比較高，入爐后零件薄壁部分溫度 升高比壁厚部分快、體積膨脹也較快，從而形成熱應(yīng)力使零件產(chǎn)生變形。再則隨著薄壁部分溫度急速上升、熱應(yīng)力明顯增加的同時，薄壁部分的塑性也會 顯著提高，當(dāng)熱應(yīng)力超過金屬的屈服極限時就會產(chǎn)生外徑脹大的塑性變形，從而導(dǎo)致零件 薄、厚端外徑脹大量相差較大；而在冷卻過程中，由于薄、厚冷卻速度不同，也會造成零件產(chǎn) 生變形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)的鋼材料化學(xué)熱處理過程中，因氣體氮碳共滲工藝處理 導(dǎo)致零件變形，嚴重影響零件質(zhì)量等技術(shù)問題。有鑒于此，本發(fā)明提供一種控制氣體氮碳共滲零件變形的工藝，其特征在于，包括 以下步驟對零件進行粗加工；高溫回火處理；預(yù)氧化處理；預(yù)熱處理；氮碳共滲處理；預(yù) 冷處理；淬火處理。進一步的，所述高溫回火處理的溫度為550°C 600°C。進一步的，所述預(yù)氧化處理具體包括將零件放入氮碳共滲爐內(nèi)，以空氣為介質(zhì)加 熱至500°C進行預(yù)氧化處理。進一步的，所述預(yù)熱處理，將零件的溫度升高至氮碳共滲處理的溫度。進一步的，所述預(yù)冷處理僅通入氮氣進行預(yù)冷。進一步的，所述淬火處理采用油冷或空冷進行處理。進一步的，在高溫回火處理后，將零件及夾具用清洗劑清洗干凈并烘干。綜上所述，本發(fā)明提供的控制氣體氮碳共滲零件變形的工藝能明顯控制壁薄厚十分不均勻零件的喇叭口狀變形，且操作步驟簡便，有效降低成本。


圖1所示為本發(fā)明一實施例提供的控制氣體氮碳共滲零件變形的工藝流程圖；圖2所示為變截面套筒的剖視圖；圖3所示為另一變截面套筒的剖視圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的技術(shù)特征更明顯易懂，下面結(jié)合附圖，給出具體實施例，對本發(fā)明做 進一步的描述。請參見圖1，其所示為本發(fā)明一實施例提供的控制氣體氮碳共滲零件變形的工藝 流程圖。該控制氣體氮碳共滲零件變形的工藝，包括以下步驟步驟S10，首先對壁薄厚十分不均勻的零件進行粗加工。步驟S20，高溫回火處理。在粗加工后、精磨之前，對零件進行550°C 600°C高溫回火處理，加熱保溫時間 視零件大小而定，保證零件充分加熱。與傳統(tǒng)氣體氮碳共滲工藝相比本發(fā)明增加了高溫回火處理步驟，這是因為零件在 氣體氮碳共滲前一般都要經(jīng)過機械粗加工，經(jīng)機械粗加工后零件內(nèi)就會有殘存的內(nèi)應(yīng)力， 在氣體共滲過程中這些殘存的內(nèi)應(yīng)力會松馳使零件產(chǎn)生變形，現(xiàn)將零件高溫回火其目的就 是為了消除機械加工應(yīng)力、減緩零件的變形。高溫回火后的零件及夾具用清洗劑清洗干凈并烘干，不得有油污、銹斑和污 物.將零件及夾具用清洗劑清洗干凈的作用有二個，一個是清潔表面的作用，另一個是有 利表面形成氧化膜加快滲碳、氮的還原過程，有助于氮碳共滲的均勻性和縮短氣體氮碳共 滲的時間。步驟S30，預(yù)氧化處理。清洗干凈后的零件及夾具放入氮碳共滲爐內(nèi)，在此過程中要避免零件進爐時爐溫 下降太多影響加工時間和安全。然后以空氣為介質(zhì)將零件加熱至500°C左右并保溫一段時 間進行預(yù)氧化處理，預(yù)氧化的保溫時間視零件大小和滲層深度而定.預(yù)氧化處理的目的是 減緩零件的熱應(yīng)力，使零件表面形成一層均勻的氧化膜，有利于控制化學(xué)熱處理層深的均 勻性。但要防止過氧化，預(yù)熱后工件表面的顏色以亮藍色為佳，不銹鋼類的零件則以稻草黃 色為佳。步驟S40，預(yù)熱處理。零件預(yù)氧化處理后，將爐溫升高至570°C的氮碳共滲溫度對零件預(yù)熱處理(在此 過程中不需要通入任何氣體)。預(yù)熱的主要作用是進一步減小加熱過程中形成的熱應(yīng)力，預(yù) 熱處理對減少零件變形和獲得色澤均勻的外觀具有雙重作用。步驟S50，氮碳共滲處理。零件及夾具預(yù)熱處理后，在氣體氮碳共滲爐內(nèi)通入NH3、C02氣體，按常規(guī)氣體氮 碳共滲工藝對零件進行氮碳共滲處理。
步驟S60，預(yù)冷處理。零件氣體氮碳共滲后、出爐前應(yīng)在爐內(nèi)進行緩冷的預(yù)冷處理，期間停止向爐內(nèi)供 NH3、C02,并通入N2。預(yù)冷處理的目的是減少冷卻過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，改善壁薄、厚冷卻 速度不同而產(chǎn)生的變形。步驟S70，淬火處理。按技術(shù)要求對預(yù)冷處理后的零件進行油冷或空冷的淬火處理。本發(fā)明實施例提供的控制氣體氮碳共滲零件變形的工藝能有效地控制了零件 的喇叭口狀變形，同時也獲得了滿意的表面硬度和硬化層深度。零件表面硬度一般可在 4005 50HV1之間，硬化層深度可達0. 12mm以上，變形合格率達99%以上。且操作步驟簡 便、成本低，能明顯控制零件的喇叭口狀變形這一缺陷。為了更加清楚闡釋本發(fā)明，以下舉實例以做說明。請參見圖2，其所示變截面套筒，材料為40CrNiMo，壁薄厚十分不均勻，薄壁處 厚度1. 5mm，厚壁處厚度IOmm.原來氣體氮碳共滲工藝為570°C氣體氮碳共滲，保溫時間 1. 2小時，油冷.氮碳共滲后經(jīng)檢查尺寸時發(fā)現(xiàn)有90%零件變形超差，薄端外徑脹大量為 +0. 038 +0. 085，厚端外徑脹大量為+0. 028 +0. 045，變形形狀呈喇叭口狀。利用本發(fā)明 實施例提供的方法進行處理后，一共處理了 200個零件，其中128個零件的外徑脹大量僅為 +0. 005 +0. 030，其余零件的外徑脹大量也都在產(chǎn)品圖樣要求的尺寸公差范圍內(nèi)，即變形 控制率100%合格；同時零件表面硬度在4005 50HV1之間，硬化層深度達0. 12mm以上， 零件的表面硬度和硬化層深度完全符合工藝要求。試驗證明該套筒按本發(fā)明工藝操作后有 效地控制了變形。請參見圖2，其所示另一變截面套筒，材料為40CrNiMo，壁薄厚十分不均勻，薄壁 處厚度2mm，厚壁處厚度15mm.原來氣體氮碳共滲工藝為570°C氣體氮碳共滲，保溫時間 1. 2小時，油冷.氮碳共滲后經(jīng)檢查尺寸時發(fā)現(xiàn)有80%零件變形超差，薄端外徑脹大量為 +0. 045 +0. 055，厚端外徑脹大量為+0. 020 +0. 025，變形形狀呈喇叭口狀。利用本發(fā) 明實施例提供的方法進行處理，一共處理了 300個零件，其中258個零件的外徑脹大量為 +0. 005 +0. 025，其余零件的外徑脹大量也都在產(chǎn)品圖樣要求的尺寸公差范圍內(nèi)，即變形 控制率100%合格；同時零件的表面硬度和硬化層深度也完全符合工藝要求.試驗證明該 套筒按本發(fā)明工藝操作后變形超差率為零。綜上所述，本發(fā)明實施例提供的控制氣體氮碳共滲零件變形的工藝能明顯控制壁 薄厚十分不均勻零件的喇叭口狀變形，且操作步驟簡便，有效降低成本。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù) 領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動與潤飾，因此 本發(fā)明的保護范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種控制氣體氮碳共滲零件變形的工藝，其特征在于，包括以下步驟對零件進行粗加工；高溫回火處理；預(yù)氧化處理；預(yù)熱處理；氮碳共滲處理；預(yù)冷處理；淬火處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制氣體氮碳共滲零件變形的工藝，其特征在于，所述高溫 回火處理的溫度為550°C 600°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制氣體氮碳共滲零件變形的工藝，其特征在于，所述預(yù)氧 化處理具體包括將零件放入氮碳共滲爐內(nèi)，以空氣為介質(zhì)加熱至500°C進行預(yù)氧化處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制氣體氮碳共滲零件變形的工藝，其特征在于，所述預(yù)熱 處理，將零件的溫度升高至氮碳共滲處理的溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制氣體氮碳共滲零件變形的工藝，其特征在于，所述預(yù)冷 處理僅通入氮氣進行預(yù)冷。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制氣體氮碳共滲零件變形的工藝，其特征在于，所述淬火 處理采用油冷或空冷進行處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制氣體氮碳共滲零件變形的工藝，其特征在于，在高溫回 火處理后，將零件及夾具用清洗劑清洗干凈并烘干。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種控制氣體氮碳共滲零件變形的工藝，包括以下步驟對零件進行粗加工；高溫回火處理；預(yù)氧化處理；預(yù)熱處理；氮碳共滲處理；預(yù)冷處理；淬火處理。該控制氣體氮碳共滲零件變形的工藝能有效控制壁薄厚十分不均勻零件的喇叭口狀變形，且操作步驟簡便，成本較低。
文檔編號C23C8/02GK101805882SQ20101015368
公開日2010年8月18日 申請日期2010年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月22日
發(fā)明者劉秦, 陸衛(wèi)倩 申請人:上海電機學(xué)院