[发明专利]SDC99钢的离子氮碳共渗化合物层相调控方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢铁材料表面处理方法，特别是涉及一种钢铁工件的表面氮化处理工艺，应用于材料热处理和表面工程技术领域。

背景技术

氮化处理是目前比较常用的表面处理方法，钢铁零件在进行氮化处理时在其表层所形成的一层铁的氮化物，这层组织叫化合物层，由于其相对扩散层在金相观测中呈现白色，故又称为白亮层。白亮层由表及里分别为ε-Fe_2-3N相、ε+γ′相、γ′-Fe₄N相。由于不同工况对钢渗氮后表面白亮层有不同的要求，因此需通过各种不同的工艺方法对白亮层的相成分进行调控，以期获得化合物层中以Fe₄N相为主。

目前，文献报道中对渗氮后化合物层进行相调控主要有直接控制渗氮温度以及气源中的氮势来获得所需要的表层相组成(毛喆,李继良.用真空技术改善氮化性能[J].热加工工艺,2010,39(6):141-142.谢飞,袁军伟,马宝铀等.W18Cr4V高速钢离子渗氮层相结构与脆性研究[J].理化检验,1997,33(12):3-6.)和先渗氮再退氮法(章子元,张桂芳.38CrMoAlA钢渗氮白层的还原处理[J].金属热处理,1992,17(11):44-47.)，前者没有对渗层化合物层的相组成进行调控，后者用氢离子对渗氮后试样进行轰击，能够轰击掉“白亮层”，但氢气使用危险性较大，轰击结果不易控制，而且轰击会把脆性小的γ′相一起去除。

中国专利CN85107162采用分段式渗氮和气氛调控，得到的表面相成分为单相化合物γ′或无化合物的纯扩散层，但是其渗氮时间太长，工艺过程不易控制。中国专利CN91106880.5和专利CN85100540均通过对氮势调控来调控渗氮，专利CN1982496通过对渗氮设备进行设计调整，获得无化合物层渗氮方法，对目前通用的渗氮设备不适用，成本较高。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种SDC99钢的离子氮碳共渗化合物层相调控方法，显著降低钢件表面渗层的脆性，增强材料表面耐磨性，本发明在离子氮碳共渗后进行化合物层相调控。在退氮处理前，化合物层相组成为Fe₃N和Fe₄N，在本发明退氮处理后化合物层相组成以Fe₄N为主，在本发明相调控工艺条件下，白亮层的厚度比未退氮前减少4-5μm，总渗层增加40μm左右，退氮处理后截面硬度梯度更加平缓，化合物层脆性显著减小，耐磨性能显著提高，有效延长SDC99钢的使用寿命。

为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：

一种SDC99钢的离子氮碳共渗化合物层相调控方法，包括如下步骤：

a.采用等离子体渗氮炉，将表面待处理的SDC99钢工件置入等离子体渗氮炉中，所述SDC99钢工件的材料成分以质量百分含量计为：C：0.9-1.0%，Si:0.4-0.6%，Mn：0.2-0.4%，Cr：8.5-9.0%，Mo：1.40-1.60%，V：0.20-0.40%，其余为Fe，在等离子体渗氮炉内，以NH₃作为氮源，以CO₂作为碳源，向等离子体渗氮炉输入NH₃的流量为550-620mL/min，使等离子体渗氮炉内的NH₃和CO₂的两种气源摩尔比为16:1，控制等离子体渗氮炉内的氮碳共渗的反应温度为520-540℃，并保持等离子体渗氮炉的炉内压力为450-700Pa，进行氮碳共渗反应8-16小时，在SDC99钢工件的基体材料表面制备化合物表层，完成对SDC99钢工件的氮碳共渗工艺；对SDC99钢工件的氮碳共渗工艺时，保持等离子体渗氮炉的炉内压力优选为450-500Pa；在等离子体渗氮炉内，优选进行氮碳共渗反应8-16h；控制向等离子体渗氮炉提供的电压优选为650-850V；控制向等离子体渗氮炉提供的电压进一步优选为800-850V；

b.对在所述步骤a中完成氮碳共渗工艺表面处理后的SDC99钢工件的化合物表层进行氩气轰击退氮，使退氮温度为490-510℃，氩气轰击时间为4-7小时。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：