一种有效控制齿轮材料氮化疏松层的热处理工艺

摘要

本发明公开了一种有效控制齿轮材料氮化疏松层的热处理工艺。这种工艺包括对齿轮材料进行调质、预处理、排气、氧化、强渗、扩散和冷却等工序。本发明设计合理，在气体氮化阶段之前添加氧化阶段，合理控制氧化过程的时间及温度，对渗氮工件进行前期氧化处理，增加表面自由能，提高了工件表面的氮含量，有效控制氮化疏松层，此工艺不仅起到清除工件表面残物的作用，还可显著控制氮化层疏松级别；同时本发明在氧化阶段不用附加任何辅助设备，氧化介质为大气中的空气，降低了成本，氧化与氮化同在气体渗氮炉内进行，操作简单易行。

权利要求

1.一种有效控制齿轮材料氮化疏松层的热处理工艺，其特征在于：包括以下步骤：(1)、调质工序，渗氮前对齿轮材料采用调质工艺进行调质处理，调质工艺中淬火温度为850～860℃，回火温度为570～580℃，使其基体硬度值为300～350HV；

(2)、预处理工序，将齿轮在有机溶剂中清洗，除去齿轮上的油渍及残物，按照防渗和装架要求，对齿轮进行合理防渗，装架后吊入气体渗氮炉内；

(3)、排气工序，检查炉盖盖好无误后，调整电压、电流对气体渗氮炉进行升温，此过程中通入氮气流量15～20m3/h，炉压设定为300～400Pa；

(4)、氧化工序，当炉温升到300℃时，关闭氮气阀门，打开炉盖，无需从炉内吊出工件，工件曝漏到空气中，借助大气中空气及炉温对工件进行氧化处理，氧化时间t＝30～40min，氧化结束后盖上炉盖，打开氮气阀门，继续升温；

(5)、强渗工序，温度升到450℃时，打开氨气阀门，开始进行氨气置换，温度到500℃时，设定仪器氮势KN＝6,氮化时间t＝22h进行强渗；

(6)、扩散工序，强渗结束后，继续升炉温到510℃，设定炉内扩散氮势KN＝1.33,扩散时间t＝80h进行扩散；

(7)、冷却工序，扩散结束后，关闭氨气，继续通入氮气，待炉温缓冷至400～450℃开冷风机，进行风冷到150～180℃工件出炉。

2.根据权利要求1所述的有效控制齿轮材料氮化疏松层的热处理工艺，其特征在于：所述的步骤(2)中气体渗氮炉为丼式气体渗氮炉或罩式气体渗氮炉。

说明书

一种有效控制齿轮材料氮化疏松层的热处理工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及金属表面氮化疏松层热处理技术领域，尤其是一种能够避免齿轮材料表面氮化层中疏松层疏松问题的有效控制齿轮材料氮化疏松层的热处理工艺。

背景技术

[0002] 为了提高齿轮材料表面的硬度及耐摩性，现阶段国内通常使用气体渗氮作为提高齿轮表面性能的有效热处理方法，工业生产中要求齿轮材料的氮化层层深≥0.5mm。但由于气体渗氮工艺不当，齿轮表面氮化层中普遍存在严重疏松现象，严重降低了齿轮材料氮化层的表面硬度和耐磨性能，同时还降低了齿轮材料表面的粗糙度，影响了齿轮材料使用过程中的接触疲劳强度。现有的齿轮材料表面氮化工艺为：第一段强渗阶段，500℃，氨气分解率为35％，时间20小时；第二段扩散阶段，505℃，氨气分解率60～70％，时间80小时；此工艺氮化后的齿轮材料表面硬度在700HV左右，形成的金相组织中疏松程度严重，如图1。

发明内容

[0003] 本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中之不足，提供一种有效控制齿轮材料氮化疏松层的热处理工艺，有效解决了原有齿轮材料氮化工艺产生的氮化层疏松问题，提高了齿轮材料氮化层的表面硬度和耐磨性能。

[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种有效控制齿轮材料氮化疏松层的热处理工艺，包括以下步骤：

[0005] (1)、调质工序，渗氮前对齿轮材料采用调质工艺进行调质处理，调质工艺中淬火温度为850～860℃，回火温度为570～580℃，使其基体硬度值为300～350HV；

[0006] (2)、预处理工序，将齿轮在有机溶剂中清洗，除去齿轮上的油渍及残物，按照防渗和装架要求，对齿轮进行合理防渗，装架后吊入气体渗氮炉内；

[0007] (3)、排气工序，检查炉盖盖好无误后，调整电压、电流对气体渗氮炉进行升温，此过程中通入氮气流量15～20m3/h，炉压设定为300～400Pa；

[0008] (4)、氧化工序，当炉温升到300℃时，关闭氮气阀门，打开炉盖，无需从炉内吊出工件，工件曝漏到空气中，借助大气中空气及炉温对工件进行氧化处理，氧化时间t＝30～40min，氧化结束后盖上炉盖，打开氮气阀门，继续升温；

[0009] (5)、强渗工序，温度升到450℃时，打开氨气阀门，开始进行氨气置换，温度到500℃时，设定仪器氮势KN＝6,氮化时间t＝22h进行强渗；

[0010] (6)、扩散工序，强渗结束后，继续升炉温到510℃，设定炉内扩散氮势KN＝1.33,扩散时间t＝80h进行扩散；

[0011] (7)、冷却工序，扩散结束后，关闭氨气，继续通入氮气，待炉温缓冷至400～450℃开冷风机，进行风冷到150～180℃工件出炉。

[0012] 进一步地，所述的步骤(2)中气体渗氮炉为丼式气体渗氮炉或罩式气体渗氮炉。

[0013] 本发明的有益效果是：本发明设计合理，在气体氮化阶段之前添加氧化阶段，合理控制氧化过程的时间及温度，对渗氮工件进行前期氧化处理，增加表面自由能，提高了工件表面的氮含量，有效控制氮化疏松层，此工艺不仅起到清除工件表面残物的作用，还可显著控制氮化层疏松级别；同时本发明在氧化阶段不用附加任何辅助设备，氧化介质为大气中的空气，降低了成本，氧化与氮化同在气体渗氮炉内进行，操作简单易行。

附图说明

[0014] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

[0015] 图1是现有工艺气体渗氮层中氮化物的金相组织；

[0016] 图2是本发明中气体渗氮层中氮化物的金相组织。

具体实施方式

[0017] 现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步的说明。

[0018] 实施例

[0019] 一种有效控制齿轮材料氮化疏松层的热处理工艺，包括以下步骤：

[0020] (1)、调质工序，渗氮前对齿轮材料采用调质工艺进行调质处理，调质工艺中淬火温度为850～860℃，回火温度为570～580℃，使其基体硬度值为300～350HV；

[0021] (2)、预处理工序，将齿轮在有机溶剂中清洗，除去齿轮上的油渍及残物，按照防渗和装架要求，对齿轮进行合理防渗，装架后吊入罩式气体渗氮炉内；

[0022] (3)、排气工序，检查炉盖盖好无误后，调整电压、电流对罩式气体渗氮炉进行升温，此过程中通入氮气流量15m3/h，炉压设定为300～400Pa；

[0023] (4)、氧化工序，当炉温升到300℃时，关闭氮气阀门，打开炉盖，无需从炉内吊出工件，工件曝漏到空气中，借助大气中空气及炉温对工件进行氧化处理，氧化时间t＝40min，氧化结束后盖上炉盖，打开氮气阀门，继续升温；

[0024] (5)、强渗工序，温度升到450℃时，打开氨气阀门，开始进行氨气置换，温度到500℃时，设定仪器氮势KN＝6,氮化时间t＝22h进行强渗；

[0025] (6)、扩散工序，强渗结束后，继续升炉温到510℃，设定炉内扩散氮势KN＝1.33,扩散时间t＝80h进行扩散；

[0026] (7)、冷却工序，扩散结束后，关闭氨气，继续通入氮气，待炉温缓冷至450℃开冷风机，进行风冷到150℃工件出炉。

[0027] 氮化后的齿轮材料表面硬度在800HV左右，提高了100HV，根据GB/T11354金相组织评判标准，氮化疏松级别为1级，金相组织如图2所示，具体疏松层级别详细描述如表1所示。

[0028] 表1现有工艺与本发明中渗氮疏松层级别对比

[0029]

[0030] 因此，本发明中对罩式气体渗氮炉升温，当温度达到一定温度时，打开炉盖，让工件曝露到空气中，使工件氧化一段时间，经过此氧化处理齿轮材料表面形成一层薄薄的氧化膜，该氧化膜松散，缺陷较多，表面自由能很高，对氮化物有很强的吸附性，显著提高了工件表面的氮含量，同无氧化阶段气体渗氮相比，经过相同处理温度、时间及相同氮势，新工艺处理后的氮化组织得到改善，使氮化疏松级别从4级降到1级，提高了齿轮材料表面硬度、耐磨性及其工件的等级精度。二是通过氮化前的氧化过程，工件表面残留的残物、油渍将会被燃烧掉，起到对工件清扫的作用。

[0031] 本发明不用附加任何辅助设备，氧化阶段的气体介质为空气，不需增加额外费用，大幅度节约了能源，氧化阶段同渗氮在同一炉内连续进行，操作简单，方便快捷。

[0032] 上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。