[发明专利]低压渗碳氮化方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于加工钢工件的方法，更具体地说，本发明涉及渗碳氮化方法，即把碳和氮引入钢工件表面上，以提高它们的硬度和疲劳特性。

背景技术

目前有几种用于渗碳氮化钢工件的方法，这些方法能够把碳和氮引入在工件表面上，可渗入到数百微米的深度。

第一类渗碳氮化方法即所谓的高压渗碳氮化方法，这是由于在整个加工时间里，容纳要加工工件的炉膛维持在通常接近大气压力的压力。例如，这种方法包括：把工件保持在例如大约880℃的温度等级，同时把由甲醇和氨形成的气体混合物供应给炉膛。渗碳氮化步骤后面接着进行淬火步骤，例如油淬火以及可能的话使加工工件加工硬化。

第二类渗碳氮化方法即所谓的低压或者降低压力渗碳氮化方法，这是由于包含要处理工件的炉膛维持在几百帕斯卡(几毫巴)以下的压力。

第2004/0187966号美国公开文件描述了低压渗碳氮化方法的两个实例。

图1相应于第2004/0187966号美国专利申请的图5(a)，示出了在炉膛内温度变化曲线10，其中，根据第一实施例的渗碳氮化方法包括实施七个连续步骤I至VII。要处理的工件受热(步骤I)直到温度等级12，并维持在该温度等级12(步骤II)以获得工件的温度补偿。通过把乙烯和氢气混合物注入到炉膛内，在温度等级12进行渗碳步骤(步骤III)，然后在温度等级12执行扩散步骤(步骤IV)。炉膛的温度接着降低(步骤V)到温度等级12以下的温度等级14。通过把氨气注入炉膛内，在温度等级14执行氮化步骤(步骤VI)。工件最终例如通过油淬火步骤被淬火(步骤VII)。

图2相应于第2004/0187966号美国专利申请的图5(b)，示出了在炉膛内温度变化曲线16，其中根据第二实施例的渗碳氮化方法包括实施四个连续步骤I′-IV′。步骤I′和II′分别相应于第一实施例的步骤I和II。步骤III′相应于在温度等级18执行的渗碳氮化步骤，在此步骤期间，乙烯、氢气和氨气的气体混合物被注入到炉膛内。步骤IV′相应于油淬火步骤。

第2004/0187966号美国公开文件中描述的第一渗碳氮化方法实例的缺陷在于，在渗碳温度等级以下的温度等级，在渗碳步骤后执行氮化步骤。总处理时间因此过长，这使这种方法在工业范围内的应用变得困难。

在第2004/0187966号美国公开文件中描述的第二渗碳氮化方法实例的缺陷是由于渗碳和氮化气体同时注入炉膛内而导致。因此很难精确控制炉膛内的气体环境，因此也就很难精确和可重复地控制在已处理工件中获得的氮和碳的浓度分布。

发明内容

本发明提供一种钢工件的低压渗碳氮化方法，其中该方法能够在已处理工件中精确和可重复地获得期望的碳和氮浓度分布。

本发明的另一个目的是提供一种具有与在工业领域中钢工件处理匹配的设备的渗碳氮化方法。

本发明还旨在提供一种低压钢工件渗碳氮化炉，其中该炉能够在已处理工件中精确和可重复地获得期望的碳和氮分布。

本发明的另一个目的是提供一种简单设计的低压渗碳氮化炉。

为此，本发明提供一种用于对布置在保持降低内压力的炉膛中的钢工件渗碳氮化的方法，该工件保持一定的温度等级。该方法包括第一和第二步骤的交替，只在第一步骤期间，渗碳气体注入到炉膛内，而只在至少两个第二步骤中至少一部分期间，氮化气体注入到炉膛内。

根据实施例，渗碳气体为丙烷或者乙炔，而氮化气体为氨气。

根据实施例，中性气体与氮化气体同时注入到炉膛内。

根据实施例，在至少第二步骤期间，在比所述第二步骤持续时间较短的时间里，氮化气体注入到炉膛内，第二步骤的其余过程在中性气体存在下进行。

根据实施例，第一和第二步骤在低于1,500帕斯卡的恒定压力下进行。

根据实施例，温度等级范围在800℃和1050℃之间。

根据实施例，温度等级高于900℃。

本发明还提供一种用于接纳钢工件的渗碳氮化炉，该炉与气体引入和气体抽取装置连接，被控制成保持降低的内部压力，以及包括用于把该工件保持在一定温度等级的加热装置。该引入装置包括在所述温度等级下进行第一和第二步骤的交替期间、用于只在第一步骤引入渗碳气体和只在至少两个第二步骤的至少一部分期间引入氮化气体的装置。

根据实施例，该引入装置包括用于引入中性气体的装置。

附图说明

在下面连同附图的具体实施例的非限制描述中，将详细论述本发明的上述及其他目的、特征和优点，在这些附图中：

图1和2，前面描述过，示出了传统的低压渗碳氮化方法的实例；