用于對由奧氏體防銹不銹鋼制成的深拉件或沖壓彎折件滲碳的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于對由奧氏體防銹不銹鋼制成且具有小壁厚的深拉制品或沖壓-彎折制品滲碳的方法，所述小壁厚在至少一些區(qū)域中對于這樣的制品是平常的，其中在第一工藝步驟中將制品插入到烤爐中并且加熱到第一溫度，其中存在于烤爐中的含氧標(biāo)準(zhǔn)氣氛被第一氣體混合物代替，并且其中在第二工藝步驟中將制品加熱到第二溫度，其中第一氣體混合物被第二氣體混合物代替，并且其中在第三工藝步驟中將制品維持在第二溫度，其中第二氣體混合物被第三氣體混合物代替，并且其中在第四工藝步驟中將制品冷卻到第三溫度，其中第三氣體混合物被第四氣體混合物代替。
【專利說明】用于對由奧氏體防銹不銹鋼制成的深拉件或沖壓彎折件滲碳的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于對由奧氏體防銹不銹鋼制成且具有小壁厚的深拉件或沖壓彎折件滲碳的方法，所述小壁厚在至少一些區(qū)域中對于這樣的零件是平常的。

【背景技術(shù)】
[0002]在本發(fā)明的意義上，深拉件和沖壓彎折件的平常小壁厚低于2000 μ m。這樣的不銹鋼零件借助于拉伸壓縮重定形或者沖壓-彎折由非常薄的片金屬制造并且采取非常細(xì)工的結(jié)構(gòu)。取決于使用的方法，可以制造具有變化的或者不變的壁厚的零件，其中這些零件于是完全包括小于2000 μ m的壁厚或者它們在至少一些區(qū)域中具有這樣的壁厚。
[0003]這些細(xì)工物品用在相當(dāng)不同的【技術(shù)領(lǐng)域】，諸如例如作為變速箱中的軸承蓋，ABS系統(tǒng)中的閥座或者作為高精度測量中用于危險(xiǎn)物質(zhì)的試樣載體，并且經(jīng)受極端的機(jī)械、熱和化學(xué)應(yīng)力。因此，對于抗腐蝕材料的需求，包括高硬度，相應(yīng)地是高的。
[0004]然而，這樣的硬化物品，尤其是具有高長度直徑比(縱橫比)和/或包含氮的這樣的零件的質(zhì)量迄今相對于機(jī)械抗力、焊接適合性以及抗腐蝕性是差的?；谔嫉姆椒ㄌ峁┝搜a(bǔ)救。但是，它們只在有限程度上適合于勺式深拉或者沖壓-彎折件。污物借助于碳通過表面硬化造成，所述污物依照最新的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不再能夠經(jīng)濟(jì)地從勺式零件中移除。如果從現(xiàn)有技術(shù)獲悉的確立的用于表面硬化的方法用于具有非常薄的壁厚和高縱橫比的物品，那么無法產(chǎn)生滿足質(zhì)量要求的工業(yè)上可重現(xiàn)的表面層。
[0005]這些結(jié)果的原因必須在所確立的方法的部分極端處理?xiàng)l件下全面看到。
[0006]US 2012/111454因此示出了例如一種用于對防銹鋼錠滲碳的高溫方法。在該方法中，使用了包含在760°C與1200°C之間的滲碳溫度。使用這樣的高溫的方法不能用于薄壁深拉和沖壓-彎折物品的表面硬化，因?yàn)樗鼈冊斐刹糠值胤浅＜?xì)工的結(jié)構(gòu)的熱變形并且因此使得它們不可用。
[0007]US 6，461，448示出了一種用于對鋼制品滲碳的方法，其中所述鋼制品在熔融堿性槽液中進(jìn)行處理。由于薄的壁厚的原因，這種侵蝕處理在本發(fā)明的意義上造成細(xì)工物品獲得部分相當(dāng)程度的腐蝕破壞，導(dǎo)致非常不均勻的表面層。此外，已經(jīng)證明，由于不完整的表面潤濕的原因，細(xì)工物品的液體處理導(dǎo)致不盡人意的結(jié)果。
[0008]在這個(gè)方面，EP O 678 589 BI公開了一種用于對奧氏體金屬滲碳的方法。在這里，將基于氟的氣體應(yīng)用到金屬?；诜臍怏w由于其反應(yīng)性的原因而是高腐蝕性的，并且結(jié)果它們侵蝕性地作用于金屬的表面。盡管這樣造成的表面移除甚至對于具有高壁厚以及相應(yīng)高數(shù)量的材料的制品是希望的，但是該表面移除在薄壁深拉和沖壓-彎折物品中不能被補(bǔ)償，并且導(dǎo)致制品的不可逆轉(zhuǎn)的破壞。此外，那里使用的氣體是高毒性、高腐蝕性的，并且包括非常危害環(huán)境的性質(zhì)，因此，它們對于要使用的反應(yīng)器、存儲以及操作安全性提出了非常高的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于對薄壁深拉或沖壓-彎折不銹鋼制品滲碳的有效方法。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，提出了包括依照權(quán)利要求1的特征的發(fā)明。另外的優(yōu)點(diǎn)和特征根據(jù)從屬權(quán)利要求將變得清楚明白。

【具體實(shí)施方式】
[0011]本發(fā)明有利地提出了一種包括適于薄壁深拉和沖壓-彎折制品的細(xì)節(jié)的溫和條件的方法。
[0012]依照本發(fā)明，將制品插入用于實(shí)施該方法的烤爐中。據(jù)發(fā)現(xiàn)，氧和水的殘留物尤其妨礙表面硬化。為了排除這些破壞性因素，將制品加熱到水的沸點(diǎn)溫度以上的溫度。在這里，包含在110°C與140°c之間的溫度是優(yōu)選的并且120°c是最優(yōu)選的。
[0013]此外，依照本發(fā)明，烤爐中的含氧氣氛將被第一氣體混合物代替。因此，烤爐有利地包括氣體入口和氣體出口。
[0014]依照實(shí)施該工藝的一種優(yōu)選方式，它可以被提供來在引入第一氣體混合物之前向烤爐充滿惰性氣體。在這里，有利地加速氧氣置換，并且降低由標(biāo)準(zhǔn)含氧氣氛與第一氣體混合物接觸所引起的可能的潛在危險(xiǎn)。諸如尤其是氮?dú)饣驓鍤庵惖囊阎瘜W(xué)上不起反應(yīng)的氣體優(yōu)選地將用作惰性氣體。
[0015]除別的以外，不生銹的不銹鋼包括作為合金元素的鉻。由于與大氣中的氧氣接觸，鈍化且抗腐蝕氧化鉻(III)層在材料表面上形成。
[0016]在滲碳期間，非常重要的是移除該鈍化氧化鉻層或者對該鈍化氧化鉻層去鈍化，以便允許碳均勻擴(kuò)散到不銹鋼的表面區(qū)中。如果由于缺乏去鈍化的原因而沒有保證這點(diǎn)，那么擴(kuò)散會在具有完好氧化鉻層的區(qū)域中受阻礙，并且結(jié)果將是得到的表面層中的非均勻硬度分布。此外，在具有完好氧化鉻層的區(qū)域中缺乏去鈍化導(dǎo)致表面區(qū)域中缺陷部位的形成。這些缺陷部位最終導(dǎo)致鋼的不希望的降低的抗腐蝕性。
[0017]依照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的特征，第一氣體混合物因此具有還原特性，以便避免鉻的進(jìn)一步氧化。此外，該氣體混合物已經(jīng)啟動(dòng)表面的去鈍化。依照本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的特征,第一氣體混合物至少由含氫氣體和含氮?dú)怏w組成,并且特別優(yōu)選的是H2和N2。據(jù)發(fā)現(xiàn)，該氣體混合物特別地結(jié)合第一工藝步驟的溫和溫度對于氧化鉻層具有特別溫和和有利的影響，而對于細(xì)工制品的表面形態(tài)沒有不利的影響。
[0018]依照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的特征，氧氣濃度將借助于傳感器連續(xù)地或者間隔地測量。在這里，連接到傳感器的控制單元連續(xù)地或者間隔地將實(shí)際值與可自由選擇的設(shè)定點(diǎn)進(jìn)行比較，并且在實(shí)際值與設(shè)定點(diǎn)相等的情況下，控制單元使得烤爐能夠執(zhí)行第二工藝步驟。依照本發(fā)明的方法由此有利地高度簡化，并且按照這種方式為用戶最小化了可能的誤差來源。
[0019]依照本發(fā)明，提供了第二工藝步驟，其中將制品加熱到用于滲碳的目標(biāo)溫度，SP第二溫度。優(yōu)選地，選擇第二溫度，使得該溫度明顯低于高度冷成型鐵合金的再結(jié)晶溫度(680°C)。在這里，有效地防止了表面形態(tài)的可能修改，由此促進(jìn)了均勻表面層的形成。第二溫度優(yōu)選地包含在450°C與550°C之間，并且最優(yōu)選地為500°C。加熱階段尤其用于氧化鉻層的溫和且完整的去鈍化。
[0020]有利的是至少在某些溫度范圍內(nèi)將加熱速率選擇得盡可能低，以便確保均勻的去鈍化。關(guān)于這點(diǎn)， 申請人:發(fā)現(xiàn)，得到的薄壁深拉件的表面層的質(zhì)量顯著地遭受高加熱速率的影響。在某個(gè)溫度范圍內(nèi)，加熱速率優(yōu)選地包含在0.5與1°C /min之間，更優(yōu)選地在0.5與
0.7V /min之間，并且最優(yōu)選地為0.5°C /min。其中選擇該低加熱速率的溫度范圍優(yōu)選地包含在420°C與550°C之間，更優(yōu)選地在450°C與500°C之間，并且最優(yōu)選地在480°C與500°C之間。
[0021]依照本發(fā)明的一個(gè)特征，第一氣體混合物在第二工藝步驟中將被第二氣體混合物代替。在這里，據(jù)發(fā)現(xiàn)，到第二溫度的加熱階段期間薄壁深拉件的溫和去鈍化優(yōu)選地將由這樣的氣體混合物實(shí)現(xiàn)，該氣體混合物至少由含氫氣體、含氮?dú)怏w以及含碳?xì)怏w組成。尤其是結(jié)合低加熱速率，優(yōu)選地可以實(shí)現(xiàn)氧化鉻層的特別緩慢并且因而溫和且可很好控制的去鈍化。
[0022]依照本發(fā)明的一個(gè)有利的特征，利用選擇性地或者完全地溶解鈍化層(passivelayer)的添加劑處理制品。這些添加劑尤其是指以固體或液體形式應(yīng)用到物品或者烤爐中的鹽化合物和/或有機(jī)物質(zhì)和酸化劑。在這里，該應(yīng)用優(yōu)選地發(fā)生在將制品插入到烤爐中之前或者第二工藝步驟期間。為此目的，使用結(jié)合反應(yīng)氣體形成酸反應(yīng)產(chǎn)物的固體和/或液體，所述反應(yīng)產(chǎn)物在將其引入到水中的情況下將導(dǎo)致〈7的pH值。在這里，將物質(zhì)直接應(yīng)用到制品表面之上或之中被證明是特別有利的。由此，初期啟動(dòng)和促進(jìn)均勻去鈍化的局部去鈍化工藝將已經(jīng)在低溫下啟動(dòng)。
[0023]作為含碳成分，優(yōu)選地為碳氧化物，飽和、非飽和、脂肪族、環(huán)、雜環(huán)和/或芳香烴可以被添加到第二氣體混合物。在這里，諸如尤其是乙炔之類的非飽和烴的使用是非常優(yōu)選的。
[0024]作為含氮成分，優(yōu)選地為基本的氮?dú)?，氨、胺、酰胺、酰亞胺、腈類?或氮氧化物可以被添加到第二氣體混合物。
[0025]在這里，據(jù)發(fā)現(xiàn)，尤其是結(jié)合去鈍化添加劑的作為第二氣體混合物的組分的基本氫氣的使用導(dǎo)致特別均勻的表面層的形成。
[0026]依照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的特征，溫度將借助于傳感器連續(xù)地或者間隔地測量。在這里，連接到傳感器的控制單元連續(xù)地或者間隔地將實(shí)際值與用于第二溫度的可自由選擇的設(shè)定點(diǎn)進(jìn)行比較，并且在實(shí)際值與設(shè)定點(diǎn)相等的情況下，控制單元使得烤爐能夠執(zhí)行第三工藝步驟。依照本發(fā)明的方法由此有利地高度簡化，并且按照這種方式為用戶最小化了可能的誤差來源。
[0027]依照本發(fā)明，提供了第三工藝步驟，其中將深拉件恒定地保持在第二溫度上。關(guān)于這點(diǎn)，第三工藝步驟用于薄壁深拉件的滲碳。據(jù)發(fā)現(xiàn)，第二溫度有利地允許要硬化的表面層的溫和形成。碳到深拉件的表面區(qū)域的擴(kuò)散在這些溫度下緩慢地發(fā)生，因此容易進(jìn)行控制并且使得富于碳的均勻表面層形成。太高的溫度在任何情況下都必須避免，因?yàn)橛捎谏婕暗姆肿拥母邉?dòng)能和高擴(kuò)散速度的原因，不均勻?qū)雍吞蓟镱w粒將形成。
[0028]依照本發(fā)明，第二氣體混合物將被特別適合于溫和條件下的溫和滲碳的第三氣體混合物代替。關(guān)于這點(diǎn)，至少由含氫氣體、含氮?dú)怏w以及含碳?xì)怏w組成的氣體混合物的使用被證明是有利的。它可以優(yōu)選地被提供來將另一種含碳成分添加到該氣體混合物，由此這兩種不同的碳成分將以協(xié)同的方式促進(jìn)富于碳的均勻表面層的形成。
[0029]作為第一含碳成分，優(yōu)選地為碳氧化物，飽和、非飽和、脂肪族、環(huán)、雜環(huán)和/或芳香烴可以被添加到第三氣體混合物。在這里，諸如尤其是乙炔之類的非飽和烴的使用是非常優(yōu)選的。
[0030]作為第二含碳成分，優(yōu)選地為碳氧化物，飽和、非飽和、脂肪族、環(huán)、雜環(huán)和/或芳香烴可以被添加到第三氣體混合物。在這里，諸如尤其是一氧化碳之類的碳氧化物的使用是最優(yōu)選的。
[0031]作為含氮成分，優(yōu)選地為基本的氮?dú)?，氨、胺、酰胺、酰亞胺、腈類?或氮氧化物可以被添加到第三氣體混合物。
[0032]依照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的特征，所述氣體成分的各濃度將借助于各傳感器連續(xù)地或者間隔地測量。在這里，連接到傳感器的控制單元連續(xù)地或者間隔地將各實(shí)際值與用于氣體成分的各濃度的可自由選擇的設(shè)定點(diǎn)進(jìn)行比較，并且連續(xù)地或者間隔地補(bǔ)償容錯(cuò)內(nèi)的偏差。工藝控制由此有利地被簡化，并且允許提供恒定的工藝條件，這對于富于碳的均勻表面層的形成具有決定性的重要意義。
[0033]在這里，富于碳的表面層的層厚度可以借助于析氣的持續(xù)時(shí)間而設(shè)定。有利的是，需要包含在2小時(shí)與10小時(shí)之間的時(shí)間段以便生成具有10-40 μ m的厚度的表面層。
[0034]依照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的特征，包括用于測量時(shí)間的相應(yīng)設(shè)備的控制單元將使得烤爐能夠在可自由選擇的滲碳時(shí)間過去之后實(shí)施第四工藝步驟。依照本發(fā)明的方法由此有利地高度簡化，并且按照這種方式為用戶最小化了可能的誤差來源。
[0035]依照本發(fā)明，提供了第四工藝步驟，其中將深拉件冷卻到第三溫度。在這里，其優(yōu)選地被提供來將深拉件冷卻到包含在50°C與80°C之間的溫度并且最優(yōu)選地冷卻到60°C。
[0036]在這里，據(jù)發(fā)現(xiàn)，其中發(fā)生冷卻工藝的氣氛的選擇對于均勻表面層的形成具有決定性的重要意義。因此，其依照本發(fā)明被提供來由第四氣體混合物代替第三氣體混合物。輕度還原的氣體混合物的選擇尤其被認(rèn)為是有利的。依照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，第四氣體混合物由至少含氫氣體和含氮?dú)怏w組成。在這里，尤其優(yōu)選的是，第四氣體混合物由H2和N2組成。為了確保弱的還原可能性，第四氣體混合物的組成有利地包含5% -25%的H2和75% -95%的N2,更優(yōu)選地5% -10%的H2和90% -95%的N2,特別優(yōu)選地5%的H2和95%的N2。已經(jīng)證明，深拉件的依照本發(fā)明的冷卻有效地防止了碳從硬化的表面層逃逸。
[0037]本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種具有非常小的壁厚的表面硬化的深拉制品。
[0038]借助于依照本發(fā)明的方法，以工業(yè)上可重現(xiàn)的方式且以優(yōu)異的質(zhì)量硬化薄壁不銹鋼制品，尤其是具有高的長度-直徑比和小壁厚的深拉制品第一次變得可能。
[0039]依照本發(fā)明的深拉制品包括具有包含在350與400HV1之間的硬度的柔軟彈性核心以及富于碳的硬表面層。
[0040]依照對于本發(fā)明必不可少的一個(gè)特征，表面層不含缺陷部位和/或顆粒，周圍完全閉合，并且包括基本上平坦的表面。
[0041]結(jié)果，依照本發(fā)明的薄壁深拉制品包括具有迄今未獲得的質(zhì)量的機(jī)械性質(zhì)。
[0042]因此，依照本發(fā)明的深拉制品包括這樣的表面區(qū)域，該表面區(qū)域包括富于碳的層并且具有700-1000HV0.01的硬度以及包含在10與40 μ m之間的層厚度。
[0043]依照對于本發(fā)明必不可少的另一個(gè)特征，深拉制品的抗腐蝕和磨損性優(yōu)于開始產(chǎn)品的抗腐蝕和磨損性。特別地，就滲碳通常惡化鋼產(chǎn)品的腐蝕性質(zhì)而言，第一個(gè)方面是令人驚奇的。
【權(quán)利要求】
1.一種用于對由奧氏體防銹不銹鋼制成且具有小壁厚的深拉制品或沖壓-彎折制品滲碳的方法，所述小壁厚在至少一些區(qū)域中對于這樣的制品是平常的， 其中在第一工藝步驟中將制品插入到烤爐中并且加熱到第一溫度， 其中存在于烤爐中的含氧標(biāo)準(zhǔn)氣氛被第一氣體混合物代替， 并且其中在第二工藝步驟中將制品加熱到第二溫度， 其中第一氣體混合物被第二氣體混合物代替， 并且其中在第三工藝步驟中將制品維持在第二溫度， 其中第二氣體混合物被第三氣體混合物代替， 并且其中在第四工藝步驟中將制品冷卻到第三溫度， 其中第三氣體混合物被第四氣體混合物代替。
2.依照權(quán)利要求1的方法，特征在于，第一溫度包含在100°C與140°C之間。
3.依照權(quán)利要求1或2的方法，特征在于，殘留氧含量在第一工藝步驟期間借助于傳感器進(jìn)行測量，并且如果達(dá)到可自由選擇的殘留氧氣值，則啟動(dòng)第二工藝步驟。
4.依照前面的權(quán)利要求之一的方法，特征在于，第二溫度包含在450°C與550°C之間。
5.依照前面的權(quán)利要求之一的方法，特征在于，如果達(dá)到第二溫度，則自動(dòng)地啟動(dòng)第三工藝步驟。
6.依照前面的權(quán)利要求之一的方法，特征在于，第一氣體混合物由至少含氫氣體和含氮?dú)怏w組成。
7.依照前面的權(quán)利要求之一的方法，特征在于，利用至少一種去鈍化鹽化合物處理所述制品。
8.依照前面的權(quán)利要求之一的方法，特征在于，第二氣體混合物由至少含氫氣體、含氮?dú)怏w和含碳?xì)怏w組成。
9.依照前面的權(quán)利要求之一的方法，特征在于，第三氣體混合物由至少含氫氣體、含氮?dú)怏w和至少兩種含碳?xì)怏w組成。
10.依照前面的權(quán)利要求之一的方法，特征在于，在可自由選擇的處理持續(xù)時(shí)間過去之后，啟動(dòng)第四工藝步驟。
11.依照前面的權(quán)利要求之一的方法，特征在于，第三溫度包含在50°c與80°C之間。
12.依照前面的權(quán)利要求之一的方法，特征在于，第四氣體混合物由至少含氫氣體和含氮?dú)怏w組成。
13.一種由奧氏體防銹不銹鋼制成的表面硬化的深拉制品，包括 至少在一些區(qū)域中對于深拉制品而言平常的小壁厚， 核心， 以及富于碳的表面層， 其中該表面層比核心更硬， 其中該表面層不含缺陷部位和/或顆粒，在周圍閉合并且包括基本上平坦的表面， 其中該表面層包括700-1000HV0.01的硬度以及包含在10與40 μ m之間的層厚度， 并且其中該表面層的抗腐蝕和磨損性超過開始材料的抗腐蝕和磨損性。
【文檔編號】C23C8/26GK104451534SQ201410737053
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】索辛里奇·布萊梅, 羅爾夫·朗格 申請人:休伯特司杜肯有限公司