一种热处理渗碳工艺

摘要

本发明属于汽车零部件表面处理技术领域，具体涉及一种热处理渗碳工艺，包括以下步骤：采用推盘炉作为连续生产线，摞放式装料，进行前清洗；清洗后经预热、渗碳淬火、回火等过程即可。能有效解决变形率高的问题，同时能够有效增加渗碳效果，增加产品的表面硬度和耐磨性能。

权利要求

1.一种热处理渗碳工艺，包括以下步骤：

（1）采用推盘炉，作为连续生产线，采用耐热合金料架，摞放式装料，装料后先进行前清洗；

（2）清洗后进行400‑500℃预热30‑60min；

（3）渗碳淬火：先在920‑935℃进行强渗，碳势1.1‑1.2%；再在920‑935℃进行扩散渗碳，碳势0.72‑0.78%；扩散渗碳后降温至850‑870℃，碳势0.72‑0.78%，保温，在120‑150℃的热油中淬火，冷却；

（4）在50‑80℃下进行清洗后采用160‑180℃回火；

所述前清洗用清洗剂，包括以下组分：乳酸钾2‑5 %、柠檬酸钾1‑3 %、碳酸钠5‑10 %、聚山梨酯‑80 1‑3%、羧甲基纤维素钠 0.5‑2%、月桂醇聚醚硫酸酯钠0.5‑3%，其余为水。

2.如权利要求1所述的热处理渗碳工艺，其特征在于，按照质量百分数计，所述清洗剂的组成，包括以下组分：乳酸钾2.5‑4 %、柠檬酸钾1‑2 %、碳酸钠5‑6 %、聚山梨酯‑80 1‑2%、羧甲基纤维素钠 0.5‑1%、月桂醇聚醚硫酸酯钠0.5‑1%，其余为水。

3.如权利要求1所述的热处理渗碳工艺，其特征在于，所述清洗剂的制备方法为：依次将聚山梨酯‑80、月桂醇聚醚硫酸酯钠溶于水中，加入乳酸钾、柠檬酸钾、碳酸钠，再加入羧甲基纤维素钠即可。

4.如权利要求1所述的热处理渗碳工艺，其特征在于，步骤（2）中，所述预热的温度为

450℃，预热时间为30‑60min。

5.如权利要求4所述的热处理渗碳工艺，其特征在于，所述预热时间为30min。

6.如权利要求1所述的热处理渗碳工艺，其特征在于，步骤（3）中，所述强渗的温度为

930℃，强渗的碳势为1.1%，所述强渗的时间为2‑3h；所述扩散渗碳的温度为930℃，扩散渗碳的碳势为0.78%，所述扩散渗碳的时间为1.5‑2h。

7.如权利要求6所述的热处理渗碳工艺，其特征在于，所述强渗的时间为2h。

8.如权利要求1所述的热处理渗碳工艺，其特征在于，步骤（3）中，所述降温至860℃，碳势为0.78%；所述保温的时间为1‑1.5h；步骤（3）中，所述淬火温度为130℃；步骤（3）中，所述回火的温度为170℃，回火时间为2.5‑3h。

9.如权利要求1所述的热处理渗碳工艺，其特征在于，步骤（4）中，所述清洗先使用清洗剂清洗，再使用清水清洗；其中，所述清洗剂与步骤（1）中的清洗剂种类相同。

说明书

一种热处理渗碳工艺

技术领域

[0001] 本发明属于汽车零部件表面处理技术领域，具体涉及一种热处理渗碳工艺。

背景技术

[0002] 渗碳：是对金属表面处理的一种，采用渗碳的多为低碳钢或低合金钢，具体方法是将工件置入具有活性渗碳介质中，加热到900‑950摄氏度的单相奥氏体区，保温足够时间后，使渗碳介质中分解出的活性碳原子渗入钢件表层，从而获得表层高碳，心部仍保持原有成分。相似的还有低温渗氮处理。这是金属材料常见的一种热处理工艺。

[0003] 现有技术中国专利申请CN202011363355.9一种齿轮渗碳淬火热处理工艺。包括以下步骤：步骤1，采用托盘可自动滑出的淬火炉对齿轮进行加热，将齿轮放入淬火炉内后，将齿轮加热至900～920℃，并向淬火炉内通入甲醇、氮气和丙烷气体，同时保温310～370min；步骤2，将齿轮的温度降低至830～850℃并保持25～35min，同时持续向淬火炉内通入甲醇、氮气和丙烷气体；步骤3，停止向淬火炉内通入甲醇、氮气和丙烷气体；对齿轮进行油冷，直到齿轮的温度降低至20～40℃，并保持25～30min。该技术的齿轮渗碳淬火热处理工艺，能够减少非马组织以及避免淬火炉内腔长时间暴露。

[0004] 中国专利申请CN201510125673.4一种渗碳钢的热处理渗碳工艺，依次采用预渗碳，循环渗碳，扩散和淬火，回火等过程。该技术增加了特殊预渗碳工艺，并配合循环渗碳，使表面渗层中形成大量细小碳化物颗粒，有效把晶粒度从7级细化到9级，在满足芯部性能的基础上，大大的提高了表面的耐磨性。

[0005] 对于钢材的表面耐磨能力和强度的提高，一般采用渗碳工艺进行，其通过高温，让碳原子渗入到表面，形成达到要求的表面结构，现有技术中虽然经过渗碳处理过程可以使渗过碳的工件表面获得很高的硬度，提高其耐磨程度，但是，目前渗碳的工艺所花费的时间长，产品的受热不均或者物料表面处理不好导致渗碳结果不好，或者由于零件表面碳化物含量较低，则其使用性能仍然无法满足要求，同时，由于表面处理不好或渗碳工艺过程不稳定，从而导致产品的变形率较高，增加了报废成本。

发明内容

[0006] 为克服以上技术问题，本发明提供了一种热处理渗碳工艺，能有效解决变形率高的问题，同时能够有效增加渗碳效果，增加产品的表面硬度和耐磨性能。

[0007] 为实现以上目的，本发明提供的技术方案如下：

[0008] 一种热处理渗碳工艺，包括以下步骤：

[0009] (1)采用推盘炉，作为连续生产线，采用耐热合金料架，摞放式装料，充分保证工件与工件之间的间距及每层工件之间的间距，装料后先进行前清洗；

[0010] (2)清洗后进行400‑500℃预热；

[0011] (3)渗碳淬火：先在920‑935℃进行强渗，碳势1.1‑1.2％；再在920‑935℃进行扩散渗碳，碳势0.72‑0.78％；扩散渗碳后降温至850‑870℃，碳势0.72‑0.78％，保温，在120‑150℃的热油中淬火，冷却；

[0012] (4)在50‑80℃下进行清洗后采用160‑180℃回火。

[0013] 优选地，步骤(1)中，所述装料的方式为摞放式装料，保证产品各个方向间距。

[0014] 优选地，步骤(1)中，所述前清洗用清洗剂，包括以下组分：

[0015] 乳酸钾、柠檬酸钾、碳酸钠、聚山梨酯‑80、羧甲基纤维素钠、月桂醇聚醚硫酸酯钠。

[0016] 优选地，按照质量百分数计，所述清洗剂的组成，包括以下组分：

[0017] 乳酸钾2‑5％、柠檬酸钾1‑3％、碳酸钠5‑10％、聚山梨酯‑80 1‑3％、羧甲基纤维素钠0.5‑2％、月桂醇聚醚硫酸酯钠0.5‑3％，其余为水。

[0018] 优选地，按照质量百分数计，所述清洗剂的组成，包括以下组分：

[0019] 乳酸钾2.5‑4％、柠檬酸钾1‑2％、碳酸钠5‑6％、聚山梨酯‑80 1‑2％、羧甲基纤维素钠0.5‑1％、月桂醇聚醚硫酸酯钠0.5‑1％，其余为水。

[0020] 优选地，所述清洗剂的制备方法为：

[0021] 依次将聚山梨酯‑80、月桂醇聚醚硫酸酯钠溶于水中，加入乳酸钾、柠檬酸钾、碳酸钠，再加入羧甲基纤维素钠即可。

[0022] 优选地，步骤(2)中，所述预热的温度为450℃，预热时间为30‑60min，优选为30min；

[0023] 优选地，步骤(3)中，所述强渗的温度为930℃，强渗的碳势为1.1％，所述强渗的时间为2‑3h，优选为2h。

[0024] 优选地，步骤(3)中，所述扩散渗碳的温度为930℃，扩散渗碳的碳势为0.78％，所述扩散渗碳的时间为1.5‑2h；

[0025] 优选地，步骤(3)中，所述降温至860℃，碳势为0.78％；所述保温的时间为1‑1.5h；

[0026] 优选地，步骤(3)中，所述淬火温度为130℃；

[0027] 优选地，步骤(3)中，所述回火的温度为170℃，回火时间为2.5‑3h。

[0028] 优选地，步骤(4)中，所述清洗的清洗剂先使用清洗剂清洗，再使用清水清洗；其中，

[0029] 所述清洗剂与步骤(1)中的清洗剂种类相同。

[0030] 与现有技术比，本发明的技术优势在于：

[0031] (1)本发明提供了一种热处理渗碳工艺，能够较好的减少热处理后产品的变形率，降低报废成本。

[0032] (2)本发明提供的热处理渗碳工艺能够使得到的产品的性能更加稳定，表面硬度能够控制在合理的范围内(0.7‑0.9mm)，同时提高了表面耐磨性，使得产品具有较高的抗磨损性能。

[0033] (3)本发明在清洗过程中使用的清洗剂能够较好的清除表面杂质，同时增强汽车零部件的渗碳热处理效果，从而减少了产品变形数量，增强了产品表面性能。

[0034] (4)本发明中所述装料的方式为摞放式装料，保证产品各个方向间距。在加热过程中可以均匀受热冷却过程中能均匀冷却。从而保证产品涨缩均匀性减少热处理后产品变形降低报废成本。

附图说明

[0035] 图1：变形率测试用装置；

[0036] 图2：实施例1的装料方式；

[0037] 图3：对比例5的装料方式。

[0038] 现结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

具体实施方式

[0039] 下面通过具体实施例对本发明进行说明，以使本发明技术方案更易于理解、掌握，但本发明并不局限于此。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

[0040] 实施例1

[0041] 一种热处理渗碳工艺，包括以下步骤：

[0042] (1)取零部件原料，采用推盘炉，作为连续生产线，采用耐热合金料架，摞放式装料，装料后使用清洗剂浸泡30min进行前清洗；

[0043] (2)清洗后进行450℃预热30min；

[0044] (3)渗碳淬火：先在930℃进行强渗2h，碳势1.1％；再在930℃进行扩散渗碳2h，碳势0.78％；扩散渗碳后降温至860℃，碳势0.78％，保温1h，在130℃的热油中淬火，冷却；

[0045] (4)在70℃下，先清洗剂浸泡清洗加喷淋30分钟，再使用清水浸泡清洗加喷淋15分钟，烘干风机吹掉工件表面水分后采用170℃回火3h。

[0046] 其中，步骤(1)中，所述前清洗用清洗剂，按照质量百分数计，包括以下组分：

[0047] 乳酸钾4％、柠檬酸钾3％、碳酸钠6％、聚山梨酯‑80 3％、羧甲基纤维素钠1％、月桂醇聚醚硫酸酯钠1％，其余为水。

[0048] 所述清洗剂的制备方法为：依次将聚山梨酯‑80、月桂醇聚醚硫酸酯钠溶于水中，加入乳酸钾、柠檬酸钾、碳酸钠，再加入羧甲基纤维素钠即可。

[0049] 步骤(4)中，所述清洗剂与步骤(1)中的清洗剂种类相同。

[0050] 实施例2

[0051] 一种热处理渗碳工艺，包括以下步骤：

[0052] (1)取零部件原料，采用推盘炉，作为连续生产线，采用耐热合金料架，摞放式装料，装料后使用清洗剂浸泡30min进行前清洗；

[0053] (2)清洗后进行400℃预热60min；

[0054] (3)渗碳淬火：先在920℃进行强渗2h，碳势1.1％；再在920℃进行扩散渗碳2h，碳势0.78％；扩散渗碳后降温至850℃，碳势0.78％，保温1.5h，在140℃的热油中淬火，冷却；

[0055] (4)在50℃下，先清洗剂浸泡清洗加喷淋30分钟，再使用清水浸泡清洗加喷淋15分钟，烘干风机吹掉工件表面水分后采用180℃回火2.5h。

[0056] 优选地，步骤(1)中，所述前清洗用清洗剂，按照质量百分数计，所述清洗剂的组成，包括以下组分：乳酸钾2％、柠檬酸钾1％、碳酸钠10％、聚山梨酯‑80 2％、羧甲基纤维素钠2％、月桂醇聚醚硫酸酯钠0.5％，其余为水。

[0057] 所述清洗剂的制备方法为：依次将聚山梨酯‑80、月桂醇聚醚硫酸酯钠溶于水中，加入乳酸钾、柠檬酸钾、碳酸钠，再加入羧甲基纤维素钠即可。

[0058] 步骤(4)中，所述清洗剂与步骤(1)中的清洗剂种类相同。

[0059] 实施例3

[0060] 一种热处理渗碳工艺，包括以下步骤：

[0061] (1)取零部件原料，采用推盘炉，作为连续生产线，采用耐热合金料架，摞放式装料，装料后使用清洗剂浸泡30min进行前清洗；

[0062] (2)清洗后进行500℃预热40min；

[0063] (3)渗碳淬火：先在935℃进行强渗3h，碳势1.2％；再在935℃进行扩散渗碳1.5h，碳势0.78％；扩散渗碳后降温至870℃，碳势0.78％，保温1h，在150℃的热油中淬火，冷却；

[0064] (4)在80℃下，先清洗剂浸泡清洗加喷淋30分钟，再使用清水浸泡清洗加喷淋15分钟，烘干风机吹掉工件表面水分后采用160℃回火3h。

[0065] 步骤(1)中，所述前清洗用清洗剂，按照质量百分数计，包括以下组分：乳酸钾5％、柠檬酸钾3％、碳酸钠5％、聚山梨酯‑80 1％、羧甲基纤维素钠0.5％、月桂醇聚醚硫酸酯钠3％，其余为水。

[0066] 所述清洗剂的制备方法为：依次将聚山梨酯‑80、月桂醇聚醚硫酸酯钠溶于水中，加入乳酸钾、柠檬酸钾、碳酸钠，再加入羧甲基纤维素钠即可。

[0067] 步骤(4)中，所述清洗剂与步骤(1)中的清洗剂种类相同。

[0068] 对比例1

[0069] 与实施例1相比，区别在于渗碳工艺不同。

[0070] 一种热处理渗碳工艺，包括以下步骤：

[0071] (1)取零部件原料，采用推盘炉，作为连续生产线，采用耐热合金料架，摞放式装料，装料后使用清洗剂浸泡30min进行前清洗；(2)清洗后进行450℃预热30min；

[0072] (3)渗碳淬火：先在950℃进行强渗2h，碳势1.1％；再在910℃进行扩散渗碳2h，碳势0.78％；扩散渗碳后降温至800℃，碳势0.78％，保温1h，在130℃的热油中淬火，冷却；

[0073] (4)在70℃下，先清洗剂浸泡清洗加喷淋30分钟，再使用清水浸泡清洗加喷淋15分钟，烘干风机吹掉工件表面水分后采用170℃回火3h。

[0074] 其中，步骤(1)、(4)中，所述前清洗用清洗剂同实施例1。

[0075] 对比例2

[0076] 与实施例1相比，区别在于渗碳工艺不同。

[0077] 一种热处理渗碳工艺，包括以下步骤：

[0078] (1)取零部件原料，采用推盘炉，作为连续生产线，采用耐热合金料架，摞放式装料，装料后使用清洗剂浸泡30min进行前清洗；(2)清洗后进行450℃预热30min；

[0079] (3)渗碳淬火：先在930℃进行强渗2h，碳势1.1％；再在930℃进行扩散渗碳2h，碳势0.80％；扩散渗碳后降温至860℃，碳势0.60％，保温1h，在130℃的热油中淬火，冷却；

[0080] (4)在70℃下，先清洗剂浸泡清洗加喷淋30分钟，再使用清水浸泡清洗加喷淋15分钟，烘干风机吹掉工件表面水分后采用170℃回火3h。

[0081] 其中，步骤(1)、(4)中，所述前清洗用清洗剂同实施例1。

[0082] 对比例3

[0083] 与实施例1相比，区别在于清洗剂的组成不同。

[0084] 一种热处理渗碳工艺，步骤：

[0085] (1)取零部件原料，采用推盘炉，作为连续生产线，采用耐热合金料架，摞放式装料，装料后使用清洗剂浸泡30min进行前清洗；

[0086] (2)‑(3)同实施例1；

[0087] (4)在70℃下，先清洗剂浸泡清洗加喷淋30分钟，再使用清水浸泡清洗加喷淋15分钟，烘干风机吹掉工件表面水分后采用170℃回火3h。

[0088] 其中，步骤(1)中，所述前清洗用清洗剂，按照质量百分数计，包括以下组分：

[0089] 乳酸钾7％、碳酸钠6％、聚山梨酯‑80 3％、羧甲基纤维素钠1％、月桂醇聚醚硫酸酯钠1％，其余为水。

[0090] 所述清洗剂的制备方法为：依次将聚山梨酯‑80、月桂醇聚醚硫酸酯钠溶于水中，加入乳酸钾、碳酸钠，再加入羧甲基纤维素钠即可。

[0091] 步骤(4)中，所述清洗剂与步骤(1)中的清洗剂种类相同。

[0092] 对比例4

[0093] 与实施例1相比，区别在于清洗剂的组成不同。

[0094] 一种热处理渗碳工艺，步骤：

[0095] (1)取零部件原料，采用推盘炉，作为连续生产线，采用耐热合金料架，摞放式装料，装料后使用清洗剂浸泡30min进行前清洗；

[0096] (2)‑(3)同实施例1；

[0097] (4)在70℃下，先清洗剂浸泡清洗加喷淋30分钟，再使用清水浸泡清洗加喷淋15分钟，烘干风机吹掉工件表面水分后采用170℃回火3h。

[0098] 其中，步骤(1)中，所述前清洗用清洗剂，按照质量百分数计，包括以下组分：

[0099] 乳酸钾4％、柠檬酸钾3％、碳酸钠6％、聚山梨酯‑80 3％、羧甲基纤维素钠2％，其余为水。

[0100] 所述清洗剂的制备方法为：依次将聚山梨酯‑80、溶于水中，加入乳酸钾、柠檬酸钾、碳酸钠，再加入羧甲基纤维素钠即可。

[0101] 步骤(4)中，所述清洗剂与步骤(1)中的清洗剂种类相同。

[0102] 对比例5

[0103] 与实施例1相比，区别在于处理工艺不同。

[0104] 一种热处理渗碳工艺，包括以下步骤：

[0105] (1)取零部件原料，采用推盘炉，作为连续生产线，采用耐热合金料架，悬挂式装料，装料后使用清洗剂浸泡30min进行前清洗；

[0106] (2)清洗后进行450℃预热30min；

[0107] (3)渗碳淬火：先在930℃进行强渗2h，碳势1.1％；再在930℃进行扩散渗碳2h，碳势0.78％；扩散渗碳后降温至860℃，碳势0.78％，保温1h，在130℃的热油中淬火，冷却；

[0108] (4)在70℃下，先清洗剂浸泡清洗加喷淋30分钟，再使用清水浸泡清洗加喷淋15分钟，烘干风机吹掉工件表面水分后采用170℃回火3h。

[0109] 其中，步骤(1)中，所述前清洗用清洗剂，按照质量百分数计，包括以下组分：

[0110] 乳酸钾4％、柠檬酸钾3％、碳酸钠6％、聚山梨酯‑80 3％、羧甲基纤维素钠1％、月桂醇聚醚硫酸酯钠1％，其余为水。

[0111] 所述清洗剂的制备方法为：依次将聚山梨酯‑80、月桂醇聚醚硫酸酯钠溶于水中，加入乳酸钾、柠檬酸钾、碳酸钠，再加入羧甲基纤维素钠即可。

[0112] 步骤(4)中，所述清洗剂与步骤(1)中的清洗剂种类相同。

[0113] 效果评价

[0114] 采用实施例1‑3及对比例1‑5的方法，对零部件(零件钢材牌号：SAE5120)进行渗碳处理，并进行变形率、渗碳层深度和表面硬度效果评价。

[0115] (1)变形率

[0116] 变形检测：主要通过齿规检测，分为通规和止规两种；使用如图1中所示的检测装置，通规必须能通过花键，止规不可以通过。通规正常通过花键，不能通过为不合格。

[0117] 按照实施例1‑3及对比例1‑5的方法，各处理100件部件，进行变形率测试，变形率＝变形件数/100*100％，结果见表1。

[0118] (2)渗碳层深度

[0119] 采用实施例1‑3及对比例1‑5的方法，制成规格为φ38mm×40mm的试样，采用维氏硬度测定法测试渗碳层深度：从制件表面到维氏硬度值为550HV处的垂直距离为渗碳层的深度，测定硬度所采用的试验力为9.8N，结果见表1。

[0120] (3)表面硬度

[0121] 参照标准《GB/T 4340.1金属材料维氏硬度试验第1部分：试验方法》对实施例1‑3及对比例1‑5制成的渗碳材料进行表面硬度测试，测试深度0.1mm，将结果换算为洛氏硬度HR45N的硬度值，结果见表1。

[0122] 表1变形率和渗碳层深度

[0123]试验组 变形率％ 渗碳层深度/mm 表面硬度/HR45N
实施例1 3 0.83 68.5
实施例2 2 0.80 67.9
实施例3 3 0.85 68.6
对比例1 6 1.11 63.8
对比例2 10 0.92 66.2
对比例3 8 0.67 66.1
对比例4 9 1.04 64.7
对比例5 17 0.86 66.9

[0124] 由此可知，本发明提供的渗碳工艺，具有较好的减低变形率、较高的表面硬度和较好的渗碳效果。

[0125] 上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术方案的范围内。