一种氮碳共渗工艺及其渗层改性方法

技术领域

本发明属于金属表面热处理技术领域，具体涉及氮碳共渗工艺及其渗层改性方法。

背景技术

氮碳共渗是同时向工件表面渗入氮元素和碳元素，而改变钢铁材料组织形态，因而也改变钢铁材料在静载荷和交变应力下的强度性能、摩擦性、成形性及耐腐蚀性。工件经氮碳共渗后，表面获得共渗组织。在所有工业领域中，应用氮碳共渗提高钢铁材料强度、抗磨性、抗咬合性能和抗腐蚀性能已在技术上获得广泛应用。

盐浴氮碳共渗也称液体氮碳共渗，是在含有活性氮原子和活性碳原子的熔盐液中完成氮和碳渗入工件表面的过程，具有设备简单、操作方便、渗速快、生产成本低等优点。但现有的氮化盐在使用过程中，盐浴后气门表面存在清洁度以及粗糙度不够、发黄、发花、腐蚀等热处理缺陷，有效成分衰减快易老化，产生盐渣多，每8小时需清理盐渣，费时费力，同时需添加再生盐进行成分调整，添加的再生盐与氮化盐反应时产生大量刺激性气体，污染环境。

氮碳共渗过程中容易出现氮化层较薄而且有时出现硬度不够或氮化过程中出现柱状晶或脉状组织等缺陷。这些会造成有些氮化工件氮化层薄或氮化层硬度不够或脆而成为废品。

发明内容

本发明的目的是提供一种氮碳共渗工艺及渗层改性方法。本发明的氮碳共渗层致密均匀、外观颜色黑亮，有效提高工件表面硬度，且使工件具有优异的耐磨性、抗腐蚀性和抗疲劳性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种氮碳共渗工艺，包括以下步骤：

S1：前清洗：将工件浸入清洗剂15-20分钟，用蒸馏水冲洗3-4次，120℃-140℃烘干；

S2：预热：将工件放入预热炉内，以10℃/min-15℃/min的速率升温至340-380℃，保温30-40min；

S3：盐浴氮碳共渗：将工件放入盐浴炉的盐浴氮碳共渗剂中，控制盐浴温度为480-530℃、盐浴时间为35-45min；

S4：冷却：将碳氮共渗后的工件出炉冷却。

所述盐浴氮碳共渗剂由下列质量百分数的原料制成：35％-50％的尿素，25％-40％的碳酸钠，15％-25％的碳酸钾，5％-10％的氯化钾，1.0％-2.0％的氯化钠，1.0％-3.0％的碳酸锂，0.1％-1.0％的硫化钾。

优选的，所述尿素的质量百分数为40％-50％。

优选的，所述碳酸钠的质量百分数为30％-40％。

优选的，所述碳酸钾的质量百分数为18％-22％。

优选的，所述氯化钾的质量百分数为5％-8％。

一种碳氮共渗渗层改性方法，该方法包括以下步骤：

S1：奥氏体化处理：将经氮碳共渗后的工件放入700℃±10℃的熔盐或真空中进行奥氏体化处理，处理时间为0.5h-9h；

S2：等温时效处理：将经奥氏体化处理后的工件放入225℃±5℃的油浴炉中进行等温时效处理，保温6h-14h；

S3：冷却：对等温时效处理后的工件进行水冷。

优选的，所述熔盐为氯化钠、氯化钡和氯化钙的混合盐。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

1）使用该氮化盐后可基本杜绝盐浴后工件表面的发黄、发花、腐蚀等热处理缺陷，清洁度以及粗糙度能提高，该氮化盐的有效成分可48小时不衰减，盐渣产量极少，使用过程中盐浴液面下降后只需添加该氮化盐即可，无需添加任何再生盐，无刺激性气体产生，清洁环保；

2）成分配方强化结合工艺强化实现强强联合使得经该氮化盐处理的气门，氮碳共渗层致密均匀、外观颜色黑又亮，满足使用要求，且能有效提高工件表面硬度。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。

一种氮碳共渗工艺，包括以下步骤：

S1：前清洗：将工件浸入清洗剂15分钟，用蒸馏水冲洗3次，120℃烘干；

S2：预热：将工件放入预热炉内，以15℃/min的速率升温至350，保温30min；

S3：盐浴氮碳共渗：将工件放入盐浴炉的盐浴氮碳共渗剂中，控制盐浴温度为480℃、盐浴时间为40min；

S4：冷却：将碳氮共渗后的工件出炉冷却。

盐浴氮碳共渗剂由下列质量百分数的原料制成：40％的尿素，25％的碳酸钠，25％的碳酸钾，5％的氯化钾，2.0的氯化钠，2.5％的碳酸锂，0.5％的硫化钾。

一种碳氮共渗渗层改性方法，该方法包括以下步骤：

S1：奥氏体化处理：将经氮碳共渗后的工件放入700℃±10℃的熔盐或真空中进行奥氏体化处理，处理时间为1h；

S2：等温时效处理：将经奥氏体化处理后的工件放入225℃±5℃的油浴炉中进行等温时效处理，保温14h；

S3：冷却：对等温时效处理后的工件进行水冷。

对实施例制得的带有氮碳共渗层的工件进行检测，结果为盐浴后工件表面没有发黄、发花、腐蚀等热处理缺陷，清洁度以及粗糙度能提高了，氮碳共渗层致密均匀、外观颜色黑又亮，满足使用要求。经渗层改性后的工件表面获得了具有超高硬度的表面强化层，有效提高了工件的硬度。