專利名稱:齒輪氣體碳氮共滲熱處理中的內(nèi)氧化組織消除方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種齒輪氣體碳氮共滲熱處理中內(nèi)氧化組織的消除方法，屬金屬材料的表面化學(xué)熱處理技術(shù)領(lǐng)域：
背景技術(shù)：
齒輪或其他機器零件經(jīng)過氣體CN共滲處理后，表層硬度升高，抗磨損和抗疲勞壽命大幅度增加，但是由20CrMnTi或20CrMo等合金鋼做成的齒輪，因入爐的滲劑(氨氣、煤油)含有殘留水蒸氣或殘氧，或者因爐內(nèi)氣氛的氧壓(PCO2，PH2O)過高，均會使?jié)B層中的Cr、Ti、Mn等對氧親合力高的合金元素內(nèi)氧化，這將使?jié)B層的結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)脆性的內(nèi)氧化黑帶，這種脆性的內(nèi)氧化帶一旦出現(xiàn)，將使CN共滲層的結(jié)構(gòu)“弱化”，齒輪或其他機器零件的抗磨性和抗疲勞連續(xù)工作壽命降低，例如文獻[1]提供的試驗數(shù)據(jù)(表1)表明了內(nèi)氧化組織一旦出現(xiàn)，對CN共滲齒輪彎曲疲勞壽命產(chǎn)生有害的影響。
表1內(nèi)氧化組織(黑網(wǎng)和黑帶)對CN共滲齒輪彎曲疲勞壽命的影響


從表1的試驗結(jié)果可以看出，少量內(nèi)氧化組織的出現(xiàn)，對CN共滲齒輪的連續(xù)工作壽命均會產(chǎn)生顯著的有害影響，使齒輪的彎曲疲勞壽命下降51～74％。
此外，國內(nèi)外還曾采用過共滲后再加磨削的辦法，磨去有內(nèi)氧化的滲層以消除內(nèi)氧化層的影響[2、3]，但這種辦法是不理想的，因為在磨去內(nèi)氧化層的同時，也磨去了滲層，使?jié)B層主要部分減薄，從而滲層的有利作用未得到充分發(fā)揮，另外共滲后再磨削還增加了齒輪及其他共滲零件的加工成本。
至今，未見與本發(fā)明相同技術(shù)的公開報道。
參考文獻[1]長春汽車研究所“金屬熱處理”，1980年第7期[2]“MиOM“，1971年No.12(俄文)
“Met.Trans.”(A).1979年No.11[4]張根元、蔡益新等“碳氮共滲時內(nèi)氧化的熱力學(xué)分析”，金屬熱處理，2001年No.5
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，而提供一種齒輪氣體碳氮共滲熱處理中內(nèi)氧化組織的消除方法。
針對氣體CN共滲中出現(xiàn)內(nèi)氧化組織的原因在于共滲爐內(nèi)氣氛中氧壓過高的原因，本發(fā)明采取如下措施消除內(nèi)氧化組織(1)、氣體CN共滲所用的氨氣，入爐前先經(jīng)過如下的過濾處理 上述過濾處理工序中，硅膠和氯化鈣主要起過濾掉氨氣中水份的作用，而5A分子篩(市場購買)主要起過濾掉氨氣中殘留氧的作用；(2)、為使內(nèi)氧化組織完全不出現(xiàn)，除了在共滲爐內(nèi)制造C、N共滲的氣氛外，還應(yīng)付加地制造還原氣氛，使已形成的合金元素內(nèi)氧化物還原。為此，需在滲碳劑(煤油)中添加還原劑CCl4，添加量為6～8％，采用CCl4作還原劑的優(yōu)點是在共滲爐的高溫下，CCl4不僅能離解出活性氯，使內(nèi)氧化物還原，而且CCl4中離解出的碳，還可作為滲碳劑。CCl4存在時，在共滲爐內(nèi)所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下 ……(3) ……(5)……(6)……(7)……(8)在共滲過程中，若因氧壓過高而按反應(yīng)(1)和(2)形成合金元素的內(nèi)氧化物時，則因有CCl4和NH3的存在，CCl4和NH3將按反應(yīng)式(3)、(4)、(5)分解出新生還原劑Cl2和HCl兩種氣體，所生成的內(nèi)氧化物將按反應(yīng)(6)和(7)轉(zhuǎn)化成氯化物，氯化物再按反應(yīng)(8)轉(zhuǎn)化成合金元素的氮化物。
(3)、在煤油中加入6到8％的CCl4時，即使是在煤油滴注口與氨氣進口分開的情況下，在爐內(nèi)溫度(860～880℃)下，仍有部分未分解完的NH3，此殘留NH3將與按反應(yīng)式(5)生成的HCl氣體化合生成NH4Cl氣體，所生成的NH4Cl在爐內(nèi)的高溫下為氣態(tài)，但在共滲廢氣離開爐腔后進入點火管時，由于溫度下降，而使部分的NH4Cl氣體冷凝成固體粉末，使點火管(排氣管)堵塞。為克服這一問題，在接近爐頂?shù)狞c火管部位，纏繞上5圈套有小瓷環(huán)的電阻絲(瓷環(huán)的作用是使電阻絲與點火管絕緣)，通過電阻絲對點火管的加熱，能防止NH4Cl氣體在點火管內(nèi)冷凝成固體。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有在不增加共滲成本的前提下，不僅能消出氣體CN共滲過程中的內(nèi)氧化組織，而且操作方便，共滲速度有所提高等優(yōu)點。



圖1為齒輪氣體CN共滲的執(zhí)行工藝及操作參數(shù)圖。
圖2為實施例1按本發(fā)明方法進行CN共滲后得到的共滲層中無內(nèi)氧化的觀測結(jié)果(400倍放大)。
圖3為20CrMnTi齒輪未按本發(fā)明方法進行CN共滲后得到的共滲層觀測結(jié)果(400倍放大)。
圖4為實施例2按本發(fā)明方法進行CN共滲后得到的共滲層中無內(nèi)氧化的觀測結(jié)果(400倍放大)。
具體實施方式
實施例1在30KW的井式氣體滲碳爐中，裝入60公斤重的20CrMnTi鋼齒輪，進行氣體CN共滲表面化學(xué)處理，為了防止?jié)B層中生成Cr、Mn、Ti合金元素的內(nèi)氧化物，在滲碳劑(煤油)中加入8％的工業(yè)純CCl4。進入井式爐中的氨氣先經(jīng)過硅膠桶(內(nèi)裝硅膠10公斤)和粒狀CaCl2桶(內(nèi)裝工業(yè)CaCl28公斤)過濾氣體，以脫除氨氣中的水蒸氣。然后再經(jīng)過5A分子篩桶(內(nèi)裝5A分子篩8公斤)過濾氣體，以脫去氣體中的殘留氧。為了防止因CCl4加入而產(chǎn)生NH4Cl冷凝固體阻堵點火管，在點火管上纏繞5圈套瓷環(huán)的加熱電阻絲。并按圖1所示氣體CN共滲工藝圖進行共滲處理。整個共滲過程分為升溫、1小時排氣、4小時共滲、1小時擴散、降溫均熱等五個過程，各過程中所控制的溫度、煤油(內(nèi)含CCl4)和氨氣的加入量見圖1中所示。均熱降溫結(jié)速后，停止進氨氣、開啟爐蓋，用吊車取出齒輪裝料斗，浸入(50％柴油+50％機油)的混合油中淬火，淬火后在箱式爐中在180℃下回火1.5小時?；鼗鸩⒋X輪冷卻后從齒根部切割，取出金相分析試樣，進行滲層深度和內(nèi)氧化情況的分析測試，測試結(jié)果表明，滲層深度達0.4-0,.5mm，滲層內(nèi)無內(nèi)氧化組織如圖2所示。為了比較，按圖1的共滲工藝操作，但不采取本發(fā)明的方法，所得出的共滲齒輪的齒根部內(nèi)氧化組織觀測結(jié)果如圖3，從圖3可見，在0.5mm的CN共滲層中，在0.1到0.15mm的表層內(nèi)充滿了連貫的內(nèi)氧化組織(即圖3中的黑色帶狀物和點狀物)。
實施例2在30KW的井式氣體滲碳中，裝入80公斤的20CrMo鋼齒輪，進行氣體CN共滲操作，為防止齒輪的滲層內(nèi)出現(xiàn)內(nèi)氧化組織，在滲碳劑內(nèi)加入6％的工業(yè)CCl4，與實施例1相同，進入爐內(nèi)的氨氣，先經(jīng)過硅膠桶和粒狀CaCl2桶過濾除去水蒸氣，再經(jīng)過5A分子篩桶過濾氣體，脫除殘氧。為了防止因煤油加入CCl4而產(chǎn)生NH4Cl固體粉末堵塞點火管，在近爐頂上部的點火管位置纏繞5圈套瓷環(huán)的電阻絲，其加熱功率為1.5KW。CN共滲的操作工藝仍按圖1進行，即加熱、排氣、共滲、擴散、均熱降溫所采用的溫度，煤油(含CCl4)和氨氣的加入量以及淬火與回火的操作均同實施例1，所采用的時間為排氣1小時、共滲5小時、擴散1小時。所得的結(jié)果為CN共滲層深度達0.5～0.6mm，滲層內(nèi)無明顯內(nèi)氧化組織如圖4所示。
權(quán)利要求
1.齒輪氣體碳氮共滲熱處理中內(nèi)氧化組織的消除方法，其特征在于采用如下措施1.1在氣體滲碳劑煤油中，加入6～8％的CCl4，在共滲爐內(nèi)的CCl4分解出新生的Cl2，使已形成的合金元素內(nèi)氧化物還原；1.2在滲碳劑氨氣入共滲爐前，先經(jīng)過硅膠瓶或桶及粒狀氯化鈣瓶或桶過濾，吸附掉氨氣中的殘留水蒸汽，再經(jīng)過5A分子篩瓶或桶吸附掉氨氣中的殘留氧；1.3在靠近共滲爐頂位置的點火管周圍纏繞帶瓷環(huán)的電阻絲，靠電阻絲的付帶加熱，使排氣中的NH4Cl不冷凝結(jié)塊。
專利摘要
本發(fā)明涉及齒輪氣體碳氮共滲熱處理中的內(nèi)氧化組織消除方法，屬金屬材料表面化學(xué)熱處理技術(shù)領(lǐng)域：
。本方法采用在氣體滲碳劑煤油中，加入6～8%的CCl
文檔編號C23C8/06GKCN1234903SQ200310110831
公開日2006年1月4日 申請日期2003年10月28日
發(fā)明者王飚, 王宇棟, 張自華 申請人:昆明理工大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan