專利名稱：一種硼碳氮三元共滲方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬表面化學(xué)熱處理技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種硼碳氮三元共滲方法。
背景技術(shù)：
金屬表面常常要進行表面化學(xué)熱處理，以改善其表面物理化學(xué)性能，表面滲硼是一種金屬表面強化的化學(xué)熱處理，通常所采用的有固相、液相和氣相三種滲入工藝，氣相滲硼工藝和其它元素一樣，從生產(chǎn)效率、勞動條件和產(chǎn)品質(zhì)量等方面都優(yōu)于固相和液相法，但到目前為止，氣相滲硼劑以氫作載體，是以乙硼烷(B2H6)作為原料，所以技術(shù)上尚未突破易爆、有劇毒等難以克服的缺點，因此必須有專用設(shè)備，工藝過程復(fù)雜；在已有的技術(shù)中，各種滲硼方法都是在900～950℃范圍內(nèi)進行，這將引起被滲工件的尺寸變形，因而高溫滲硼對尺寸精度要求較高的工、模具和一些耐磨件是難以實現(xiàn)的。
目前，碳、氮共滲作為一種金屬表面強化工藝，在礦山機械、化工機械、紡織機械、動力機械以及齒輪、軸承、傳動軸等耐磨、耐疲勞的零部件生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，汽車離合器中的從動盤與減震盤大多采用08F材料沖壓成型，以DSΦ350為例有效尺寸Φ300×3.2mm，盤面上開有六個翻邊窗口，熱處理技術(shù)要求為碳、氮共滲，滲層厚度0.25～0.5mm，維氏硬度HV≥700，平面度不大于0.2mm，屬典型易發(fā)生熱處理畸變零件；采用進口密封箱式爐進行碳、氮共滲，易發(fā)生平面度超差，只好通過回火工序用壓胎校正或高頻壓淬來解決熱處理畸變問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種可以降低共滲溫度及淬火溫度的硼碳氮三元共滲方法，它可以改善工件硬度、韌性、耐磨性等綜合性能，工件變形小。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種硼碳氮三元共滲方法，將塊狀固態(tài)滲硼劑置于滲碳爐，與工件隔開放置，同時將碳、氮共滲液分別滴入滲碳爐，形成硼、碳、氮三元氣相共滲，共滲溫度780～880℃，共滲速度0.15～0.2mm/小時，出爐后油冷或水冷。
共滲溫度較好為780～850℃；所述碳、氮共滲液分別為丙酮和二甲基甲酰胺，其中丙酮滴入速度為7～10毫升/分鐘，二甲基甲酰胺滴入速度為4～6毫升/分鐘；滲硼劑按重量百分比計，由氯化稀土1.5～3％，碳化硼5～12％，氟硼酸鉀10～20％，粘結(jié)劑1～3％，碳化硅余量組成，滲硼劑的制備步驟是按所述組分水解后均勻混合，150～300℃烘干成塊狀，粒徑為10～20mm；氯化稀土為氯化La或Ce稀土；粘結(jié)劑為羧甲基纖維素、淀粉或糊精。
本發(fā)明的有益效果是1.本發(fā)明可以降低共滲溫度及淬火溫度，由碳、氮共滲溫度850～880℃降為硼、碳、氮三元共滲溫度780～880℃，淬火溫度由820～880℃降至750～820℃，工件變形量小，適用于對尺寸精度要求較高的工、模具及高耐磨件。
2.改善工件綜合性能。本發(fā)明硼、碳、氮三元共滲可以使奧氏體區(qū)擴大，出爐后可在760℃左右淬火，維氏硬度HV700以上，相變應(yīng)力減小，硼碳氮化物組織細小，提高硬度、韌性、耐磨性及抗疲勞強度。
3.采用本發(fā)明滲劑沒有發(fā)生爆炸的可能性，滲劑配制簡單，設(shè)備工藝簡單，氣體硼、碳、氮共滲通常在井式滲碳爐中進行、易控制，易于實現(xiàn)機械化、自動化。


圖1是本發(fā)明實施例1裝置示意圖。
圖2是本發(fā)明硼、碳、氮三元共滲熱處理工藝圖。
圖3是碳、氮共滲熱處理工藝圖。
具體實施例方式
實施例1汽車離合器中的從動盤與減震盤大多采用08F材料沖壓成型，以DSΦ350為例有效尺寸Φ300×3.2mm，滲硼劑按重量百分比計，由氯化La稀土2％，碳化硼10％，氟硼酸鉀15％，粘結(jié)劑羧甲基纖維素2％，碳化硅余量組成，其制備是按上述組分水解后均勻混合，200℃烘干成塊狀，粒徑為15mm。
1.熱處理工裝條件采用RJQ-105-9井式氣體滲碳爐，放射狀組合模具，工件分別垂直吊掛，每爐240件，架梁上200～240件。
2.熱處理工藝過程如圖1所示硼、碳、氮三元共滲裝置采用井式氣體滲碳爐，工件1置于盛料筐2中，盛料筐2底部設(shè)通氣孔，塊狀固態(tài)滲硼劑3與工件1隔開放置，置于盛料筐2側(cè)壁的滲劑框4中，碳、氮共滲液分別為丙酮和二甲基甲酰胺，其中丙酮滴入速度為8毫升/分鐘，二甲基甲酰胺滴入速度為5毫升/分鐘，于爐蓋6上方分別自滴注器8的丙酮入口81及二甲基甲酰胺入口82滴入。裝爐前滴入碳、氮共滲液進行滲空爐操作，以便通過排氣口5排出爐內(nèi)空氣，工件熱裝爐，裝爐溫度為820℃，硼、碳、氮共滲工藝如圖2所示，前期為排氣期，目的是使?fàn)t內(nèi)形成共滲氣氛，時間60分鐘，共滲溫度820℃，共滲時間120分鐘，爐蓋6下方的導(dǎo)流風(fēng)扇7由電機71驅(qū)動，導(dǎo)流風(fēng)扇7外部設(shè)導(dǎo)風(fēng)屏72，導(dǎo)流風(fēng)扇7旋轉(zhuǎn)帶動所產(chǎn)生的硼、碳、氮原子均勻包圍工件表面，從而形成硼、碳、氮三元氣相共滲，出爐后立即用軌道吊車起吊出爐將工件淬火入油，運行4～5米后降至淬火油槽，共需要28～30秒，油冷，不需二次淬火，從而極大地減少熱應(yīng)力，工件淬透性好。
3.工藝效果分析汽車離合器中的從動盤與減震盤滲層厚度要求達到0.25～0.5mm，每爐加入360～500克滲硼劑即可，滲硼劑中碳化硅的緩釋作用，可以實現(xiàn)定量控制，本實施例滲硼劑用量360克，滲速0.15mm/H，滲層厚度0.3mm，硼、碳、氮共同滲入可以提高硬度，而且可以擴大奧氏體區(qū)，有效地降低共滲溫度和淬火溫度，防止工件變形，工件平面度超過0.2mm的僅為5％。表1為本實施例中一個從動盤硼、碳、氮共滲層斷面顯微硬度HV0.490分布情況，每個斷面取五點平均值，由表可見，硬度分布較均勻，表面顯微硬度為1197，距表面50.8微米處顯微硬度為795，滿足工件要求。
表1

本實施例五件從動盤和五件減震盤維氏硬度HV5檢測記錄如表2所示，HV5平均值為五點取平均值
表2

如圖3所示碳、氮共滲工藝，采用850℃碳、氮共滲，共滲時間120分鐘，滲層厚度達0.3mm后直接淬火，一是畸變較大，70％工件平面度超差，二是經(jīng)常出現(xiàn)淬火硬度低于HV700，分析其原因主要是工件過薄，吊裝運行入油時，已出現(xiàn)屈氏體轉(zhuǎn)變所致。
本發(fā)明滲硼劑稀土的加入在化學(xué)熱處理過程中起著兩方面的重要作用，其一是活化催滲作用，它會加快丙酮、甲酰銨等滲劑的分解，以及活性硼、碳、氮原子被金屬表面吸收和擴散等化學(xué)熱處理過程，在硼、碳、氮共滲中能提高滲速，滲速在0.15～0.2mm/小時，可以實現(xiàn)定量預(yù)投；其二是微合金化作用，在滲入的過程中稀土元素本身亦被滲入到了鋼件表面，可以改善滲入表層的金相組織和性能，可使?jié)B入表層的硼、碳、氮濃度提高，碳化物數(shù)量增多并且細化，從而使耐磨性、抗腐蝕性、疲勞與接觸疲勞強度提高。
實施例2與實施例1不同之處在于40Cr鋼為基體材料，在其表面進行硼、碳、氮三元共滲，滲硼劑按重量百分比計，其化學(xué)成分為氯化Ce稀土3％，碳化硼12％，氟硼酸鉀20％，粘結(jié)劑淀粉3％，碳化硅余量，其制備是按上述組分水解后均勻混合，300℃烘干成塊狀，粒徑為10mm；丙酮滴入速度為7毫升/分鐘，二甲基甲酰胺滴入速度為4毫升/分鐘，共滲溫度880℃，共滲時間100分鐘，油冷；滲劑用量500克，滲入速度為0.2mm/小時，滲層厚度為0.33mm，顯微硬度HV0.4901100。
常用模具材質(zhì)為Cr12MoV，其成本較高約17000元/噸，并且容易脆裂，采用本發(fā)明共滲40Cr鋼可以取代Cr12MoV，材料成本為4000～5000元/噸，工藝成本為1000～2000元/噸，合計為5000～7000元/噸。
實施例3與實施例1不同之處是20鋼為基體材料，在其表面進行硼、碳、氮三元共滲，滲硼劑按重量百分比計，其化學(xué)成分為氯化Ce稀土1.5％，碳化硼5％，氟硼酸鉀10％，粘結(jié)劑糊精1％，碳化硅余量，其制備是按上述組分水解后均勻混合，150℃烘干成塊狀，粒徑為20mm。
丙酮滴入速度為10毫升/分鐘，二甲基甲酰胺滴入速度為6毫升/分鐘；共滲溫度780℃，共滲時間120分鐘，水冷；滲劑用量450克，滲入速度為0.15mm/小時，滲層厚度為0.3mm，顯微硬度HV0.4901050。
權(quán)利要求
1.一種硼碳氮三元共滲方法，其特征在于將塊狀固態(tài)滲硼劑置于滲碳爐，與工件隔開放置，同時將碳、氮共滲液分別滴入滲碳爐，形成硼、碳、氮三元氣相共滲，共滲溫度780～880℃，共滲速度0.15～0.2mm/小時，出爐后油冷或水冷。
2.按照權(quán)利要求1所述硼碳氮三元共滲方法，其特征在于共滲溫度為780～850℃。
3.按照權(quán)利要求1所述硼碳氮三元共滲方法，其特征在于所述碳、氮共滲液分別為丙酮和二甲基甲酰胺，其中丙酮滴入速度為7～10毫升/分鐘，二甲基甲酰胺滴入速度為4～6毫升/分鐘。
4.按照權(quán)利要求1所述硼碳氮三元共滲方法，其特征在于滲硼劑按重量百分比計，其化學(xué)成分為氯化稀土1.5～3％，碳化硼5～12％，氟硼酸鉀10～20％，粘結(jié)劑1～3％，碳化硅余量。
5.按照權(quán)利要求4所述硼碳氮三元共滲方法，其特征在于滲硼劑的制備步驟是按所述組分水解后均勻混合，150～300℃烘干成塊狀，粒徑為10～20mm。
6.按照權(quán)利要求4所述硼碳氮三元共滲方法，其特征在于氯化稀土為氯化La或Ce稀土。
7.按照權(quán)利要求4所述硼碳氮三元共滲方法，其特征在于粘結(jié)劑為羧甲基纖維素、淀粉或糊精。
全文摘要
本發(fā)明涉及金屬表面化學(xué)熱處理技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種硼碳氮三元共滲方法，將塊狀固態(tài)滲硼劑置于滲碳爐，與工件隔開放置，同時將碳、氮共滲液分別滴入滲碳爐，形成硼、碳、氮三元氣相共滲，共滲溫度780－880℃，共滲速度0.15～0.2mm/小時，出爐油冷或水冷。本發(fā)明可以降低共滲溫度及淬火溫度，工件變形量小，適用于對尺寸精度要求較高的工、模具及高耐磨件，改善工件硬度、韌性、耐磨性及抗疲勞強度，工件淬透性好，滲劑配制簡單，設(shè)備工藝簡單。
文檔編號C23C8/06GK1442504SQ02109879
公開日2003年9月17日 申請日期2002年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月19日
發(fā)明者楊玉林 申請人:楊玉林