[发明专利]包含在渗碳之前唯一的渗氮期的热化学处理方法

说明书

本发明涉及用于增强钢零件的钢零件热化学处理方法，以及用此类型处理增强的用于汽车的变速箱齿轮。

为了获得在从表面开始的一定厚度内钢零件的更好硬度，特别是对于包含被高度要求的轮齿的汽车变速箱齿轮，已知通过碳氮共渗进行该类型零件的热化学处理。

这些处理首先包括在材料的一定厚度内碳和氮的温度扩散，然后进行允许增大表面硬度的零件淬火，同时尽量保留某些原来的特性。

在低压炉中以这样的操作进行这些类型的处理，其包括如下的连续期：按照确定的温度曲线，用于添加碳的渗碳、用于添加氮的渗氮和用于使这些元素扩散的扩散期。在循环结束时，进行最终的淬火。

一种已知类型的处理方法，尤其是由文献FR-B1-2884523描述的，包括为了达到930℃的温度上升的第一阶段，然后该温度下等温的第二阶段，随后一系列的相似循环，其包括首先渗碳期、然后渗氮期和最后热淬火。因此在整个循环期间，在恒定的温度下保持元素的供应。

用该类型的方法所遇到的一个问题是，用通常使用的900℃左右的渗碳温度，渗氮的产率是低的。因此，需要大量的渗氮时间以将氮充分地引入零件中。

此外，通过诸如氨的还原性气体对零件进行渗氮，由于该氨分解期间所释放的氢引起金属表面的脱碳，氨是还原剂并且消耗碳。该脱碳减低了硬度，并降低了零件的功能性能。

另外，循环结束时渗氮的控制是棘手的，因为奥氏体钢晶粒已经由于前面的渗碳期而碳饱和及氮饱和了。晶粒不再可以吸收氮并在晶界(lesjointsdegrain)中排斥氮。该氮与添加元素例如铬和镍相熔合，这使晶界负荷以氮化铬和氮化硅以及碳氮化物的沉淀。

另一种已知类型的处理方法，尤其由文献JP-B2-4655528所描述的，包括为了达到800℃的温度上升的第一阶段，接着是在该温度下的第一个渗氮期，随后至980℃的温度上升的第二阶段，然后一系列的循环，每个包括一个渗碳期，接着是扩散，同时维持该温度，随后至850℃的温度下降阶段，接着是在该温度下的第二个渗氮期和最后金属的淬火期。

对于该方法，获得包含一系列渗碳和扩散的循环的渗碳时间，其是相对长的。此外，渗碳之后的第二个渗氮期还引起金属表面层的脱碳。

本发明的目的尤其在于避免现有技术的这些缺点。

为此，本发明提出了用于改善机械特性的钢零件热化学处理方法，其包括循着温度循环在低压炉中通过渗碳的碳扩散和通过渗氮的氮扩散，其特征在于，所述方法包括首先上升至允许开始金属渗氮的相对低的第一温度，然后在该第一温度和渗碳的第二温度之间的温度下的唯一的渗氮期，然后唯一的渗碳期，随后在保持恒定的该第二温度下的扩散和最后金属的淬火。

该处理方法的一个优点是渗氮期不是接在渗碳之后，不会使零件表面的脱碳，并且其硬度保持在较好的水平。避免减低零件机械特性的晶界中各种氮化物的形成，由此冶金学质量也很好地得到控制。

此外，唯一的渗氮期在允许该操作的相对低的第一温度和渗碳的第二温度之间进行，在某些情况下可以在该渗氮期间同时进行温度上升，这允许赢得对于完整处理循环的时间。

此外，根据本发明的热处理方法可以包括可以相互组合的一个或多个下列特征。

根据一个实施方案，所述渗氮期在保持恒定的第一温度下进行。

渗氮期在渗碳期之前跟随一个扩散期，该扩散期包括从第一温度至渗碳的第二温度的温度上升。

在一个变化形式中，就在渗氮期之后，接着是渗碳期，其包括首先从第一温度至渗碳的第二温度的温度上升。

根据另一个实施方案，所述渗氮期包括从第一温度至渗碳的第二温度的温度上升。

渗氮期在渗碳期之前可以跟随在保持恒定的第二温度下进行的扩散期。

有利地，允许开始金属渗氮的相对低的第一温度为约700℃。

有利地，渗碳的第二温度为约940℃。

本发明的目的还在于通过包含前述特征中任一个的热处理而增强的用于汽车变速箱的钢齿轮。

通过阅读参考附图作为实施例和非限制性地给出的下面描述，本发明将更好地得到理解并且其他特征和优点将更清楚地出现，在这些附图中：

-图1是用根据现有技术的碳氮共渗方法处理的奥氏体钢的显微结构切面图；

-图2是用根据本发明的碳氮共渗方法处理的该钢的显微结构切面图；

-图3是描绘根据本发明的处理方法随时间的线图；

-图4是描绘按照第一个变化形式的处理方法的线图；和

-图5是描绘按照第二个变化形式的处理方法的线图。