這是屬于輝光離子滲氮化學(xué)熱處理領(lǐng)域的發(fā)明。
眾所眾知，合金結(jié)構(gòu)鋼另件，經(jīng)過滲氮處理，可以提高疲勞性能，并且增加滲氮層深度，對提高疲勞性能有明顯效果，這對承受較高負(fù)荷的傳動件，提高耐用性具有良好的作用。
在100%氨氣氣氛中對鋼制另件進(jìn)行輝光離子滲氮，通常在工業(yè)上獲得廣泛應(yīng)用的滲氮層深度為0.3-0.5mm，另件表面相成分不能控制，易產(chǎn)生脆性化合物層。如果改變滲氮工藝參數(shù)，以求加厚滲層深度，則伴隨著滲氮層深度的增加，表面脆性化合物的比例也會相應(yīng)增加，擴(kuò)散層中的脈網(wǎng)狀氮化物也趨于嚴(yán)重，使得鋼件在使用過程中表面產(chǎn)生剝落失效的危險加大，以致使某些高負(fù)荷另件滲氮后，需磨去表面脆性化合物層才能使用，這勢必增加另件的制造成本與工時。
改用N2+H2混合氣作滲氮氣源，雖能控制鋼件表面相成分，抑制脆性化合物，但滲氮層淺，工業(yè)上廣泛應(yīng)用受到限制。
本發(fā)明的目的是：在輝光離子滲氮過程中，使用含氮5-50%的N2+H2混合氣。經(jīng)三段滲氮，使鋼件獲得0.7～1.0mm的滲氮層;鋼件表面相成分可以控制，得到γ′單相化合物層或無化合物的純擴(kuò)散層。
本發(fā)明使用的鋼材是含有一種或幾種的Cr、Mo、V、W、Ni、Al合金元素的合金結(jié)構(gòu)鋼。上述鋼制另件經(jīng)調(diào)質(zhì)予處理，獲得所要求的基體硬度和金相組織，然后在輝光離子滲氮爐內(nèi)進(jìn)行三段滲氮。第一段滲氮溫度450～550℃;第二段滲氮溫度550～650℃;第三段滲氮溫度450～550℃。滲氮氣氛為含氮5-50%的N2+H2混合氣，滲氮保溫時間45-65小時。
本發(fā)明使用的鋼材經(jīng)相應(yīng)溫度淬火和回火后，基體中含有一定濃度的合金元素，可以改善滲氮性能，使鋼件滲氮后得到所需要的表面硬度和沿斷面分布的硬度梯度。但回火溫度必須比滲氮溫度高30-40℃，以保證鋼件在長時間滲氮過程中仍然保持原有的基體硬度。
本發(fā)明所使用的氮氣和氫氣均經(jīng)干燥、凈化處理，以去除水分和雜質(zhì)，防止鋼件表面產(chǎn)生氧化脫碳等缺陷。為了加快氮原子被金屬表面吸收，本發(fā)明采用H2氣加熱升溫，以促進(jìn)另件表面活化。
本發(fā)明是通過下列步驟實施的，其工藝曲線見圖1。
將清洗干凈的鋼件置于輝光離子滲氮爐中，以爐體為陽極，工件為陰極，送直流電起輝，并通入H2氣升溫。在350-400℃均溫1-2小時，再升溫至450-550℃，關(guān)掉H2氣，改用含氮5-50%的N2+H2混合氣。保溫若干小時完成第一段滲氮。繼續(xù)升溫，在550-650℃保溫并調(diào)整氣氛比例，完成第二段滲氮。然后降溫在450-550℃保溫，并調(diào)整氣氛比例，完成第三段滲氮，最后爐冷，完成滲氮的全部工藝流程，在三段滲氮中，據(jù)鋼材的化學(xué)成分和滲氮階段的實際溫度，調(diào)整混合氣的比例，當(dāng)含氮值在5-50%范圍內(nèi)變化時，最終滲氮結(jié)果，鋼件表面相成分可據(jù)需要控制，獲得γ′單相化合物層或無化合物的純擴(kuò)散層。經(jīng)過45-65小時的保溫，鋼件滲氮層深度為0.7-1.0mm。
本發(fā)明操作簡便，工藝穩(wěn)定，另件變形小。比氣體滲氮可縮短周期30-40%。由于得到0.7～1.0mm的表面為γ′單相化合物或無化合物的純擴(kuò)散層，使鋼件疲勞性能顯著提高，為高精度高負(fù)荷抗疲勞的傳動件提供了有效的表面硬化工藝。
實例：
25Cr2MoVA鋼制軸齒輪，Mn＝6，齒數(shù)20，α＝20°，β＝9.22′，齒面接觸應(yīng)力為811N/mm2。經(jīng)940℃加熱淬火，620℃回火，基體硬度HB320-340，金相組織為索氏體。經(jīng)清洗干凈后，在LD-100KW輝光離子滲氮爐中通入H2氣升溫。在400℃均溫1小時，繼續(xù)升溫至500-550℃，關(guān)掉H2氣，通入含氮5-15%的N2+H2混合氣保溫，完成第一段滲氮。然后在550-600℃保溫，并調(diào)整混合氣的含氮值為15-30%，完成第二段滲氮。最后在500-550℃保溫，并調(diào)整混合氣的含氮值為5-15%，完成第三段滲氮。全程經(jīng)過55小時保溫后，爐冷至200℃以下出爐。滲氮結(jié)果詳見圖2和圖3。由此可以說明本發(fā)明的效果。
附圖說明：
圖1是三段滲氮的工藝曲線圖。
圖2是按本發(fā)明實施后，鋼件斷面硬度梯度圖。
圖3是按本發(fā)明實施后，鋼件表面相成分的X-射線衍射圖。輻射線為FeKa。
1、金屬材料采用輝光離子滲氮，獲得0.3-0.5mm滲氮層，表面相成分可以控制。本發(fā)明的特征是：合金結(jié)構(gòu)鋼件使用含氮5-50%的N2+H2混合氣，經(jīng)三段溫度保溫45-65小時，得到0.7-1.0mm的滲氮層，表面相成分可以控制為γ1單相化合物或無化合物的純擴(kuò)散層。
2、據(jù)權(quán)利要求1.，其特征是：使用含有一種或幾種含Cr、Mo、V、W、Ni、Al等合金元素的合金結(jié)構(gòu)鋼。
3、據(jù)權(quán)利要求1和2，其特征是：采用三段滲氮。第一段溫度450-550℃;第二段溫度550-650℃;第三段溫度450-550℃。
4、據(jù)權(quán)利要求2和3，其特征是：滲氮氣氛采用含氮5-50%的N2+H2混合氣，據(jù)鋼材成分和滲氮溫度調(diào)整相應(yīng)比例，以控制表面相成分。