專利名稱：一種半真空氣體硫氮共滲方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬零件表面熱處理工藝，尤其是一種氣體硫氮共滲工藝。
技術(shù)背景金屬零件進(jìn)行硫氮共滲處理后，能夠增強(qiáng)耐磨和抗腐蝕能力。目前，工業(yè) 生產(chǎn)中主要采用鹽浴及輝光離子滲氮爐進(jìn)行硫氮共滲。但是采用鹽浴進(jìn)行硫氮 共滲時(shí)，不僅滲速慢，耗能多，而且共滲后會(huì)殘留大量的鹽，還需要對(duì)鹽進(jìn)行 進(jìn)一步處理，工序煩瑣，費(fèi)工費(fèi)時(shí)。另有采用輝光離子滲氮爐進(jìn)行硫氮共滲，雖然提高了效率，但成本造價(jià)高，增加了經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。申請(qǐng)?zhí)枮?00610135011.6 的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種氣體硫氮共滲方法，但采用這種氣體硫氮共滲 方法處理的工件的缺點(diǎn)是在共滲過(guò)程中難免與氧接觸，因此共滲后的工件為 黑色，且變形量在O.Olmm以上；由于共滲后工件含氧，所以常溫下12個(gè)月有 輕微銹蝕。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種半真空氣體硫氮共滲方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中工件在滲透過(guò)程中氧化變?yōu)楹谏⒆冃瘟看?、抗腐蝕性能差、成本高等技術(shù)問(wèn)題。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是 一種半真空氣體硫氮共滲方法，依次由下述步驟組成真空排氣期將待加工工件放入氮化爐內(nèi)，用真空泵將爐內(nèi)抽至-O. 8——1. 0 兆帕的負(fù)壓。升溫期在真空狀態(tài)下將爐溫升至400—50(TC時(shí)滴入乙醇至爐內(nèi)壓力與外界氣壓平衡,此時(shí)打開(kāi)排氣口。氮化期爐壓平衡后繼續(xù)滴入乙醇，待爐溫升至520—550。C通入氨氣進(jìn)行氮 化，持續(xù)2-4小時(shí)。共滲期:停止乙醇的滴注，由滴注器向爐內(nèi)滴入含硫的有機(jī)液體進(jìn)行硫氮共 滲，同時(shí)繼續(xù)通入氨氣，持續(xù)2-4小時(shí)。真空降溫期共滲期結(jié)束后，關(guān)閉排氣口，將爐內(nèi)共滲氣氛抽出在爐內(nèi)形成 -1— -1. 2兆帕的負(fù)壓，待爐溫降至18(TC以下時(shí)，取出工件。作為本發(fā)明的改進(jìn)，在所述氮化期和共滲期，將氨分解率控制在25—35%之間。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在在所述氮化期將乙醇的滴速控制在80ml/min。作為本發(fā)明的更進(jìn)一步改進(jìn)，在在所述共滲期，將含硫的有機(jī)液體的滴速 控制在25 ml/min。作為本發(fā)明的優(yōu)選，所述含硫的有機(jī)液體為硫脲乙醇溶液，硫脲乙醇=1:2。本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案是一種半真空氣體硫氮共滲方法，依次由下述步驟組成真空排氣期將待加工工件放入氮化爐內(nèi)，用真空泵將爐內(nèi)抽至-O. 8兆帕的 負(fù)壓。升溫期在真空狀態(tài)下將爐溫升至40(TC時(shí)滴入乙醇，將乙醇的滴速控制在 80 ml/min，至爐內(nèi)壓力與外界氣壓平衡，此時(shí)打開(kāi)排氣口 。氮化期爐壓平衡后繼續(xù)滴入乙醇，待爐溫升至55(TC通入氨氣進(jìn)行氮化， 將氨分解率控制在35%，持續(xù)2小時(shí)。共滲期:停止乙醇的滴注，由滴注器向爐內(nèi)滴入含硫的有機(jī)液體進(jìn)行硫氮共滲，將滴速控制在25 ml/min，同時(shí)繼續(xù)通入氨氣，并將氨分解率控制在35%, 持續(xù)2小時(shí)。真空降溫期共滲期結(jié)束后,關(guān)閉排氣口，將爐內(nèi)共滲氣氛抽出在爐內(nèi)形成 -1. 2兆帕的負(fù)壓，待爐溫降至18(TC以下時(shí)，取出工件。 本發(fā)明的有益效果1. 設(shè)備簡(jiǎn)單普通75KW井式氮化爐經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單改造后就可正常使用造價(jià)一般 不超過(guò)8萬(wàn)元而一臺(tái)真空爐需要幾十萬(wàn)一臺(tái)，離子氮化爐需要幾十萬(wàn)元，鹽浴 氮化爐也需要8——9萬(wàn)元左右。2. 適用范圍廣可替代目前廣泛使用的鹽浴及離子硫氮共滲。3. 環(huán)境污染小由于在真空狀態(tài)下前期和后期對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生任何污染在共滲期產(chǎn)生的有害物質(zhì)隨排氣口燃燒掉所以對(duì)環(huán)境也不產(chǎn)生污染。4. 工件變形小共滲后的工件變形量不大于0. Olmm而鹽浴硫氮共滲或離子 硫氮共滲后工件變形量在0. 02mm以上，而普通的氣體硫氮共滲后工件變形量也 在0.01mm以上。5. 共滲后工件性能穩(wěn)定經(jīng)過(guò)此方法處理后的工件經(jīng)東北大學(xué)檢驗(yàn)滲層均 勻硬度可達(dá)到550—800HV。6. 由于在滲透過(guò)程中不受輝光影響，因此滲層比輝光離子滲的滲層更均勻， 一致性好。真空氣體硫氮共滲與普通氣體硫氮共滲相比較其優(yōu)點(diǎn)是1. 無(wú)氧化因?yàn)楣矟B全過(guò)程在真空狀態(tài)和保護(hù)氣氛下進(jìn)行不與氧氣有接觸所以不產(chǎn)生氧化共滲后的工件顏色為灰白色，而普通氣體硫氮共滲在共滲過(guò)程 中難免與氧接觸共滲后的工件為黑色。2. 抗腐蝕性更強(qiáng)因?yàn)楣矟B后工件不含氧所以抗氧化能力非常強(qiáng)在常溫下12個(gè)月無(wú)任何銹蝕現(xiàn)象。而普通氣體硫氮共滲由于共滲后工件含氧常溫下12個(gè) 月有輕微銹蝕。3.能源更節(jié)約由于共滲初期在真空狀態(tài)下進(jìn)行所以工件在氮化期和共滲 期對(duì)氮和硫的吸收更快，經(jīng)4小時(shí)共滲滲層在0. 015—0. 03mm之間，而采用普 通方法達(dá)到同樣的滲層要6小時(shí)，以此推算要達(dá)到同樣的滲層，以75KW井式爐 為例，采用半真空法比普通方法節(jié)約電能140度節(jié)約氨氣3公斤。本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果如下發(fā)動(dòng)機(jī)搖臂軸，材質(zhì)為4 5鋼，共滲溫度520度，共滲4小時(shí)，化合物層 1 5um，主擴(kuò)散層2 0 0 — 3 5 Oum,化合物層最高硬度6 80 — 750HV， 硫含量0 . 8 — 1 . 3 %，無(wú)預(yù)先熱處理。發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)7 2 0小時(shí)1 4 4 0轉(zhuǎn) /分，磨損量2 -3um比高頻淬火搖臂軸耐磨性提高3 — 5倍，表面無(wú)劃痕損傷。 錐柄麻花鉆，材質(zhì)為9SiCr，共滲溫度5 5 0度，共滲5小時(shí)，化合物層1 2um，主擴(kuò)散層l 8 0 — 3 0 0 um,化合物層最高硬度8 0 OHV，硫含量0 . 8 _1 . 2 %，未經(jīng)過(guò)硫氮共滲的鉆頭一次刃磨后只能鉆2 0片離合器片，經(jīng)過(guò) 硫氮共滲后的鉆頭一次可鉆4 0 — 5 0片效率提高2倍以上。
具體實(shí)施方式
以下通過(guò)具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述如下； 實(shí)施例1采用普通75KW井式氮化爐加裝不銹鋼三頭滴注器，爐內(nèi)安裝攪拌風(fēng)扇， 加工的工件為發(fā)動(dòng)機(jī)搖臂軸或錐柄麻花鉆，也適用于各種鋼及合金鋼。真空排氣期將待加工工件放入氮化爐內(nèi)，用真空泵將爐內(nèi)抽至-O. 8兆帕的 負(fù)壓。升溫期在真空狀態(tài)下將爐溫升至40(TC時(shí)滴入乙醇，將乙醇的滴速控制在80 ml/min，至爐內(nèi)壓力與外界氣壓平衡，此時(shí)打開(kāi)排氣口 。氮化期爐壓平衡后繼續(xù)滴入乙醇，待爐溫升至52(TC通入氨氣進(jìn)行氮化， 將氨分解率控制在25%，持續(xù)2小時(shí)。共滲期:停止乙醇的滴注，由滴注器向爐內(nèi)滴入含硫的有機(jī)液體進(jìn)行硫氮共 滲,將滴速控制在25 ml/min，同時(shí)繼續(xù)通入氨氣，并將氨分解率控制在25%， 持續(xù)2小時(shí)。真空降溫期共滲期結(jié)束后，關(guān)閉排氣口，將爐內(nèi)共滲氣氛抽出在爐內(nèi)形成 -1. 0兆帕的負(fù)壓，待爐溫降至180'C以下時(shí)，取出工件。所述含硫的有機(jī)液體為硫脲乙醇溶液，硫脲乙醇=1: 2。 加工后的工件滲層厚度0.0008ram，滲層一致硬度550HV，變形量0. 0008mm。 實(shí)施例2采用普通75KW井式氮化爐加裝不銹鋼三頭滴注器，爐內(nèi)安裝攪拌風(fēng)扇， 加工的工件為發(fā)動(dòng)機(jī)搖臂軸或錐柄麻花鉆，也適用于各種鋼及合金鋼。真空排氣期將待加工工件放入氮化爐內(nèi)，用真空泵將爐內(nèi)抽至-O. 9兆帕的 負(fù)壓。升溫期在真空狀態(tài)下將爐溫升至40(TC時(shí)滴入乙醇，將乙醇的滴速控制在 80 ml/min，至爐內(nèi)壓力與外界氣壓平衡，此時(shí)打開(kāi)排氣口。氮化期爐壓平衡后繼續(xù)滴入乙醇，待爐溫升至53(TC通入氨氣進(jìn)行氮化， 將氨分解率控制在30%，持續(xù)3小時(shí)。共滲期:停止乙醇的滴注，由滴注器向爐內(nèi)滴入含硫的有機(jī)液體進(jìn)行硫氮共 滲，將滴速控制在25 ml/min，同時(shí)繼續(xù)通入氨氣，并將氨分解率控制在30%， 持續(xù)3小時(shí)。真空降溫期共滲期結(jié)束后,關(guān)閉排氣口，將爐內(nèi)共滲氣氛抽出在爐內(nèi)形成-1. 1兆帕的負(fù)壓，待爐溫降至180'C以下時(shí)，取出工件。所述含硫的有機(jī)液體為硫脲乙醇溶液，硫脲乙醇=1: 2。加工后的工件滲層厚度0.001醒，滲層一致硬度600HV，變形量0. 0008mm。 實(shí)施例3采用普通75KW井式氮化爐加裝不銹鋼三頭滴注器，爐內(nèi)安裝攪拌風(fēng)扇，加 工的工件為發(fā)動(dòng)機(jī)搖臂軸或錐柄麻花鉆，也適用于各種鋼及合金鋼。真空排氣期將待加工工件放入氮化爐內(nèi)，用真空泵將爐內(nèi)抽至-1. 0兆帕的 負(fù)壓。升溫期在真空狀態(tài)下將爐溫升至50(TC時(shí)滴入乙醇，將乙醇的滴速控制在 80 ml/min，至爐內(nèi)壓力與外界氣壓平衡,此時(shí)打開(kāi)排氣口 。氮化期爐壓平衡后繼續(xù)滴入乙醇,待爐溫升至54(TC通入氨氣進(jìn)行氮化， 將氨分解率控制在35%，持續(xù)4小時(shí)。共滲期:停止乙醇的滴注，由滴注器向爐內(nèi)滴入含硫的有機(jī)液體進(jìn)行硫氮共 滲，將滴速控制在25 ml/min，同時(shí)繼續(xù)通入氨氣，并將氨分解率控制在35%， 持續(xù)4小時(shí)。真空降溫期共滲期結(jié)束后，關(guān)閉排氣口，將爐內(nèi)共滲氣氛抽出在爐內(nèi)形成 -1. 2兆帕的負(fù)壓，待爐溫降至180'C以下時(shí),取出工件。所述含硫的有機(jī)液體為硫脲乙醇溶液，硫脲乙醇=1: 2。加工后的工件滲層厚度0.0012mm，滲層一致硬度650HV，變形量0. 0012mm。 實(shí)施例4采用普通75KW井式氮化爐加裝不銹鋼三頭滴注器，爐內(nèi)安裝攪拌風(fēng)扇， 加工的工件為發(fā)動(dòng)機(jī)搖臂軸或錐柄麻花鉆，也適用于各種鋼及合金鋼。真空排氣期將待加工工件放入氮化爐內(nèi)，用真空泵將爐內(nèi)抽至-l. 0兆帕的負(fù)壓。升溫期在真空狀態(tài)下將爐溫升至50(TC時(shí)滴入乙醇，將乙醇的滴速控制在 80 ml/min，至爐內(nèi)壓力與外界氣壓平衡，此時(shí)打開(kāi)排氣口 。氮化期爐壓平衡后繼續(xù)滴入乙醇，待爐溫升至55(TC通入氨氣進(jìn)行氮化， 將氨分解率控制在35%，持續(xù)2小時(shí)。共滲期:停止乙醇的滴注，由滴注器向爐內(nèi)滴入含硫的有機(jī)液體進(jìn)行硫氮共 滲,將滴速控制在25 ml/min，同時(shí)繼續(xù)通入氨氣，并將氨分解率控制在35%， 持續(xù)2小時(shí)。真空降溫期共滲期結(jié)束后，關(guān)閉排氣口，將爐內(nèi)共滲氣氛抽出在爐內(nèi)形成 -1. 2兆帕的負(fù)壓，待爐溫降至180°C以下時(shí),取出工件。所述含硫的有機(jī)液體為硫脲乙醇溶液，硫脲乙醇=1: 2。 加工后的工件滲層厚度0.0015mm，滲層一致硬度700HV，變形量0. 0012mm。 實(shí)施例5采用普通75KW井式氮化爐加裝不銹鋼三頭滴注器，爐內(nèi)安裝攪拌風(fēng)扇， 加工的工件為發(fā)動(dòng)機(jī)搖臂軸或錐柄麻花鉆，也適用于各種鋼及合金鋼。真空排氣期將待加工工件放入氮化爐內(nèi)，用真空泵將爐內(nèi)抽至-O. 8兆帕的 負(fù)壓。升溫期在真空狀態(tài)下將爐溫升至40(TC時(shí)滴入乙醇，將乙醇的滴速控制在 80 ral/min，至爐內(nèi)壓力與外界氣壓平衡，此時(shí)打開(kāi)排氣口。氮化期爐壓平衡后繼續(xù)滴入乙醇，待爐溫升至55(TC通入氨氣進(jìn)行氮化， 將氨分解率控制在35%,持續(xù)2小時(shí)。共滲期:停止乙醇的滴注，由滴注器向爐內(nèi)滴入含硫的有機(jī)液體進(jìn)行硫氮共 滲，將滴速控制在25 ml/min，同時(shí)繼續(xù)通入氨氣，并將氨分解率控制在35%，持續(xù)2小時(shí)。真空降溫期共滲期結(jié)束后，關(guān)閉排氣口，將爐內(nèi)共滲氣氛抽出在爐內(nèi)形成 -1. 2兆帕的負(fù)壓，待爐溫降至180°C以下時(shí),取出工件。所述含硫的有機(jī)液體為硫脲乙醇溶液，硫脲乙醇=1: 2。 加工后的工件滲層厚度0.0015腿，滲層一致硬度700HV，變形量0. 0012mm。
權(quán)利要求
1. 一種半真空氣體硫氮共滲方法，其特征是依次由下述步驟組成真空排氣期將待加工工件放入氮化爐內(nèi)，用真空泵將爐內(nèi)抽至-0.8-1.0兆帕的負(fù)壓。升溫期在真空狀態(tài)下將爐溫升至400-500℃時(shí)滴入乙醇至爐內(nèi)壓力與外界氣壓平衡，此時(shí)打開(kāi)排氣口。氮化期爐壓平衡后繼續(xù)滴入乙醇，待爐溫升至520-550℃通入氨氣進(jìn)行氮化，持續(xù)2-4小時(shí)。共滲期停止乙醇的滴注，由滴注器向爐內(nèi)滴入含硫的有機(jī)液體進(jìn)行硫氮共滲，同時(shí)繼續(xù)通入氨氣，持續(xù)2-4小時(shí)。真空降溫期共滲期結(jié)束后，關(guān)閉排氣口，將爐內(nèi)共滲氣氛抽出在爐內(nèi)形成-1--1.2兆帕的負(fù)壓，待爐溫降至180℃以下時(shí)，取出工件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半真空氣體硫氮共滲方法，其特征是所述 氮化期和共滲期，將氨分解率控制在25—35%之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種半真空氣體硫氮共滲方法，其特征是 所述氮化期將乙醇的滴速控制在80ml/min。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種半真空氣體硫氮共滲方法，其特征是 所述共滲期，將含硫的有機(jī)液體的滴速控制在25 ml/min。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種半真空氣體硫氮共滲方法，其特征是所述 共滲期，將含硫的有機(jī)液體的滴速控制在25 ml/min。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半真空氣體硫氮共滲方法，其特征是依次由 下述步驟組成'真空排氣期將待加工工件放入氮化爐內(nèi)，用真空泵將爐內(nèi)抽至-O. 8兆帕的 負(fù)壓。升溫期在真空狀態(tài)下將爐溫升至400。C時(shí)滴入乙醇，將乙醇的滴速控制在 80 ml/min，至爐內(nèi)壓力與外界氣壓平衡，此時(shí)打開(kāi)排氣口 。氮化期爐壓平衡后繼續(xù)滴入乙醇，待爐溫升至55(TC通入氨氣進(jìn)行氮化， 將氨分解率控制在35%，持續(xù)2小時(shí)。共滲期:停止乙醇的滴注，由滴注器向爐內(nèi)滴入含硫的有機(jī)液體進(jìn)行硫氮共 滲,將滴速控制在25 ml/min，同時(shí)繼續(xù)通入氨氣，并將氨分解率控制在35%， 持續(xù)2小時(shí)。真空降溫期共滲期結(jié)束后,關(guān)閉排氣口，將爐內(nèi)共滲氣氛抽出在爐內(nèi)形成 -1. 2兆帕的負(fù)壓，待爐溫降至1S(TC以下時(shí)，取出工件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種半真空氣體硫氮共滲方法，其特征是 所述含硫的有機(jī)液體為硫脲乙醇溶液，硫脲乙醇=1: 2。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種半真空氣體硫氮共滲方法，依次由下述步驟組成真空排氣期、升溫期、氮化期、共滲期、真空降溫期。解決了現(xiàn)有技術(shù)中工件在滲透過(guò)程中氧化變?yōu)楹谏?、變形量大、抗腐蝕性能差、成本高等技術(shù)問(wèn)題。該方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、適用范圍廣、環(huán)境污染小、工件變形小、共滲后工件性能穩(wěn)定滲層一致性好等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C23C8/06GK101270464SQ20081001142
公開(kāi)日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2008年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日
發(fā)明者洋 劉, 潘貴啟 申請(qǐng)人:鐵嶺鑫龍機(jī)械制造有限公司