一種用高碳鑄鐵熔液為滲碳劑的滲碳方法
2023-05-27 19:23:21
專利名稱：一種用高碳鑄鐵熔液為滲碳劑的滲碳方法
技術領域：
本發明涉及鋼表面化學熱處理技術領域，具體為一種鋼表面滲碳方法。
背景技術：
滲碳是人們最為熟悉、應用最廣的強化工件表面的一種化學熱處理工藝，目前工 藝控制水平也很高。對於承受重載、耐磨、衝擊和複雜應力的齒輪、軸、活塞銷和凸 輪等零件，滲碳己經成為最主要的表面強化方式之一。
滲碳方式根據滲碳劑不同主要分為氣體滲碳和固體滲碳。其中，氣體滲碳是機械 構件非常普遍的表面強化方法。常規氣體滲碳工藝需往密封室通入載氣和富化氣。借 助大量載氣保持爐內的基本成分以滿足爐氣碳勢控制的需要，而滲碳過程中的碳來自 富化氣。由於載氣中有02和氧化物存在，不可避免地要形成內氧化，即在滲層表面
薄層內出現非馬氏體，它會對滲碳件的疲勞性能產生極不良的影響。為此，人們開發 了低壓真空滲碳技術。與傳統的滲碳工藝相比，低壓真空滲碳技術有一系列的優點， 尤其突出的是能解決常規氣體滲碳無法避免的質量缺陷-內氧化問題。有資料報導，
低壓滲碳齒輪的壽命比普通氣體滲碳的疲勞壽命高20%以上。但是，由於其高的設備 成本和大的能源消耗(工藝周期長)極大地限制了它的應用。與低壓真空滲碳技術相 反，文獻l[李愛雲，劉利平.快速壓力滲碳工藝.金屬熱處理，2003, 28(7): 46-49] 報導了快速壓力滲碳工藝，增加滲碳爐內壓力可加快滲碳速度，縮短滲碳周期。整個 滲碳過程由原來的7 8h縮短到4 5h。此工藝方法在生產中應用，可提高生產效率， 並具有十分顯著的經濟效果。然而其不足之處在於碳黑較多，對滲碳設備使用壽命有 一定的影響。可見，用氣氛滲碳時，由於受滲碳溫度和控制方法的限制，不可能大幅 度縮短工藝時間。氣體滲碳方法的缺點和不足已被人們所認識和體會。
固體滲碳有著悠久的歷史，它具有操作簡單、方便等優點，尤其對某些高合金鋼 進行過飽和固體滲碳，可以得到性能優越的新型少萊氏體鋼。固體滲碳工業應用未形 成規模，是因為固體滲碳件的性能不很穩定及滲層碳濃度梯度大。
發明內容
本發明的目的在於直接採用液態高碳鑄鐵作為滲碳劑，在較寬的溫度範圍、短時 間內，將待滲碳試樣浸入高碳鑄鐵熔液中，從而製備出表面具有一定深度滲碳層的工 件。待滲碳的基體材料包括低碳鋼，合金滲碳鋼。
一種用高碳鑄鐵熔液為滲碳劑的滲碳方法，其特徵是以低碳鋼或合金滲碳鋼作為
需滲碳的基體材料，以高碳鑄鐵作為滲碳劑原料。高碳鑄鐵成分(wt。/。) 5%Ni， 2%Cr， (3.1% 3.3%)C， 0.8%Si， 1.5%B， 0.9%Mn，餘量Fe。
將需滲碳的基體材料進行表面處理表面打磨—鹼洗(用10MNaOH煮沸清洗10 min)—水洗—酸洗(用36%HC1清洗5 min)—水洗—乾燥。
將高碳鑄鐵在爐內加熱熔化，熔化溫度在1080 °C 1200 'C之間，通入氮氣或 氬氣保護。
將表面處理後的基體材料以常溫和預熱兩種方式浸入鑄鐵熔液中進行滲碳，浸入 吋問為10 60s。浸入時間還要根據試樣的尺寸而定，以避免在試樣表面形成鑄鐵熔 液的凝固層。最終獲得表面深度在20 1000 之間的滲碳層。
本發明和現有技術相比所具有的優點在於滲碳時間短，生產效率高。不存在鋼 屮元素內氧化現象。鋼表面沒有積碳，對設備的使用壽命影響不大。並且工藝簡單， 成本低。操作簡單易行，適合實際生產。
具體實施例方式
下面以20鋼和20CrNi2Mo鋼詳述本發明。
實施例1:
(1) 將20鋼試樣進行表面處理表面打磨至400#水砂紙~>鹼洗(用10。/。NaOH煮 沸清洗10 min)—水洗—酸洗(用36%HC1清洗5 min)—水洗—常溫乾燥。
(2) 將高碳鑄鐵在井式電阻爐內加熱熔化，在1100 'C溫度下保溫，熔化過程通 入氮氣或氬氣保護。熔液中加入少量A1脫氧，隨後除去熔液表面浮渣。
(3) 將(l)中表面處理後的試樣浸入鑄鐵熔液中進行滲碳，浸入時間控制在30 60 s之間。
4(4)滲碳後的試樣在靜止空氣中自然冷卻。這樣便在試樣表面形成深度在20 1000Mm之間的滲碳層。
實施例2:
(1) 將20鋼試樣進行表面處理表面打磨至400#水砂紙—鹼洗(用10%NaOH煮 沸清洗10 min)—水洗—酸洗(用36%HC1清洗5 min)—水洗—常溫乾燥。
(2) 將高碳鑄鐵在井式電阻爐內加熱熔化，在1100 'C溫度下保溫，熔化過程通 入氮氣或氬氣保護。熔液中加入少量A1脫氧，隨後除去熔液表面浮渣。
(3) 將(l)中表面處理後的試樣預熱，預熱溫度在200'C 700 'C之間，預熱過程 中通入氮氣或氬氣保護，以避免試樣表面氧化。然後浸入鑄鐵熔液中進行滲 碳，浸入時間控制在10 30s之間。
(4) 滲碳後的試樣在靜止空氣中自然冷卻。這樣便在試樣表面形成深度在20 1000 pm之間的滲碳層。
實施例3:
(1) 將20鋼試樣進行表面處理表面打磨至400#水砂紙—鹼洗(用10%NaOH煮 沸清洗10 min)—水洗—酸洗(用36%HC清洗5 min)—水洗—常溫乾燥。
(2) 將高碳鑄鐵在井式電阻爐內加熱熔化，在1200 'C溫度下保溫，熔化過程通 入氮氣或氬氣保護。熔液中加入少量A1脫氧，隨後除去熔液表面浮渣。
(3) 將(l)中表面處理後的試樣浸入鑄鐵熔液中進行滲碳，浸入時間控制在30 60 s之間。
(4) 滲碳後的試樣在靜止空氣中自然冷卻。這樣便在試樣表面形成深度在20 1000 pm之間的滲碳層。實施例4:
(1) 將20鋼試樣進行表面處理表面打磨至400#水砂紙—鹼洗(用10%NaOH煮 沸清洗10 min)—水洗—酸洗(用36%HC1清洗5 min)—水洗—常溫乾燥。
(2) 將高碳鑄鐵滲碳劑原料在井式電阻爐內加熱熔化，在1200 'C溫度下保溫， 熔化過程通入氮氣或氬氣保護。熔液中加入少量Al脫氧，隨後除去熔液表面 浮渣。
(3) 將(l)中表面處理後的試樣預熱，預熱溫度在200 °C 700 。C之間，預熱過程 中通入氮氣或氬氣保護，以避免試樣表面氧化。然後浸入鑄鐵熔液中進行滲 碳，浸入時間控制在10 30 s之間。
(4) 滲碳後的試樣在靜止空氣中自然冷卻。這樣便在試樣表面形成深度在20 1000 nm之間的滲碳層。
實施例5:
(1) 將20CrNi2Mo鋼試樣進行表面處理表面打磨至400#水砂紙—鹼洗(用 10%NaOH煮沸清洗10 min)—水洗—酸洗(用36%HC1清洗5 min)—水洗—常
溫乾燥。
(2) 將高碳鑄鐵在井式電阻爐內加熱熔化，在1100 'C溫度下保溫，熔化過程通 入氮氣或氬氣保護。熔液中加入少量A1脫氧，隨後除去熔液表面浮渣。
(3) 將(l)中表面處理後的試樣浸入鑄鐵熔液中進行滲碳，浸入時間控制在30 60 s之問。
(4) 滲碳後的試樣在靜止空氣中自然冷卻。這樣便在試樣表面形成深度在20 1000 )am之間的滲碳層。
實施例6:
(l)將20CrNi2Mo鋼試樣進行表面處理表面打磨至400#水砂紙—鹼洗(用 10%NaOH煮沸清洗10 min)—水洗—酸洗(用36%HC1清洗5 min)—水洗—常溫乾燥。
(2) 將高碳鑄鐵在井式電阻爐內加熱熔化，在1100 'C溫度下保溫，熔化過程通 入氮氣或氬氣保護。熔液中加入少量AI脫氧，隨後除去熔液表面浮渣。
(3) 將(l)中表面處理後的試樣預熱，預熱溫度在20(TC 700 。C之間，預熱過程 中通入氮氣或氬氣保護，以避免試樣表面氧化。然後浸入鑄鐵熔液中進行滲 碳，浸入時間控制在10 30s之間。
(4) 滲碳後的試樣在靜止空氣中自然冷卻。這樣便在試樣表面形成深度在20 1000 pm之間的滲碳層。
實施例7:
(1) 將20CrNi2Mo鋼試樣進行表面處理表面打磨至400#水砂紙—鹼洗(用 10%NaOH煮沸清洗10 min)—水洗—酸洗(用36%HC1清洗5 min)—水洗—常
溫乾燥。
(2) 將高碳鑄鐵在井式電阻爐內加熱熔化，在1200 'C溫度下保溫，熔化過程通 入氮氣或氬氣保護。熔液中加入少量A1脫氧，隨後除去熔液表面浮渣。
(3) 將(l)中表面處理後的試樣浸入鑄鐵熔液中進行滲碳，浸入時間控制在30 60 s之間。
(4) 滲碳後的試樣在靜止空氣中自然冷卻。這樣便在試樣表面形成深度在20 lOOOpm之間的滲碳層。
實施例8:
(1) 將20CrNi2Mo鋼試樣進行表面處理表面打磨至400#水砂紙—鹼洗(用 I0%NaOH煮沸清洗10 min)—水洗—酸洗(用36%HC1清洗5 min)—水洗—常
溫乾燥。
(2) 將高碳鑄鐵滲碳劑原料在井式電阻爐內加熱熔化，在1200 。C溫度下保溫， 熔化過程通入氮氣或氬氣保護。熔液中加入少量A1脫氧，隨後除去熔液表面
7浮渣。
(3) 將(l)中表面處理後的試樣預熱，預熱溫度在200 °C 700 'C之間，預熱過程 中通入氮氣或氬氣保護，以避免試樣表面氧化。然後浸入鑄鐵熔液中進行滲 碳，浸入時間控制在10 30s之間。
(4) 滲碳後的試樣在靜止空氣中自然冷卻。這樣便在試樣表面形成深度在20 1000 pm之間的滲碳層。
權利要求
1.一種用高碳鑄鐵熔液為滲碳劑的滲碳方法，其特徵在於以低碳鋼和合金滲碳鋼作為待滲碳的材料，以高碳鑄鐵作為滲碳劑原料，高碳鑄鐵成分wt％5％Ni，2％Cr，(3.1％～3.3％)C，0.8％Si，1.5％B，0.9％Mn，餘量Fe；滲碳工藝包括三步1)待滲碳鋼表面處理；2)熔化高碳鑄鐵；3)熱浸滲碳；4)鋼表面獲得一定厚度的滲碳層。
2. 根據權利要求1所述一種用高碳鑄鐵熔液為滲碳劑的滲碳方法，其特徵在於1) 中鋼表面處理包括表面打磨—鹼洗，用10%NaOH煮沸清洗10 min—水洗~>酸洗，用36%HC1清洗5 min—水洗—乾燥。
3. 根據權利要求1所述一種用高碳鑄鐵熔液為滲碳劑的滲碳方法，其特徵在於2) 中熔化高碳鑄鐵所需設備採用功率為100 KW的中頻爐。
4. 根據權利要求1所述一種用高碳鑄鐵熔液為滲碳劑的滲碳方法，其特徵在於3) 屮滲碳溫度為1080 °C 1200 °C，滲碳時間為10 60s。
5. 根據權利要求1所述一種用高碳鑄鐵熔液為滲碳劑的滲碳方法，其特徵在於4) 中獲得的滲碳層深度為20 1000 |_im。
全文摘要
一種用高碳鑄鐵熔液為滲碳劑的滲碳方法，屬於鋼表面化學熱處理技術領域。其特徵在於以低碳鋼和合金滲碳鋼作為待滲碳的材料，以高碳鑄鐵作為滲碳劑原料，高碳鑄鐵成分wt％5％Ni，2％Cr，(3.1％～3.3％)C，0.8％Si，1.5％B，0.9％Mn，餘量Fe；高碳鑄鐵熔化溫度在1080℃～1200℃之間；將表面處理後的需滲碳工件以常溫和預熱兩種方式浸入高碳鑄鐵熔液中進行滲碳，滲碳時間為10～60s；滲碳後在靜置空氣中自然冷卻，試樣表面可形成厚度在20～1000μm之間的滲碳層。本發明的優點在於滲碳時間短，生產效率高。不存在鋼中元素內氧化現象。鋼表面沒有積碳，對設備的使用壽命影響不大。並且工藝簡單，成本低。操作簡單易行，適合實際生產。
文檔編號C23C8/46GK101492805SQ20091007915
公開日2009年7月29日 申請日期2009年3月3日 優先權日2009年3月3日
發明者濤 林, 王立生, 驥 羅, 邵慧萍, 郝俊傑, 郭志猛, 高治山 申請人:北京科技大學