[发明专利]奥氏体金属的渗碳方法

说明书

本发明涉及一种用于硬化奥氏体金属表面的渗碳方法。

奥氏体不锈钢、特殊奥氏体不锈钢由于其优良的耐腐蚀性和良好的可加工性已被广泛使用。然而，上述奥氏体不锈钢等不具有淬火硬化性，而且加工硬化性也不怎么好。因此，它们不适合用于要求高耐磨性的零件。

因而以奥氏体不锈钢为代表的奥氏体金属具有优良的耐腐蚀性和良好的可加工性。但是，奥氏体金属由于硬度低也具有容易破坏的缺点，这就会导致严重的问题。除了上述的淬火之外，通常有例如(1)渗碳、(2)渗氮等用于改进硬度的方法。渗碳是一种由下述步骤组成的方法，即在不低于A1相变温度(约720℃)加热低碳钢或低合金钢，使其保持一种奥氏体相，在RX气体或含CO的气体混合物下，使“C”扩散渗入到上述钢的表面，以便产生硬化。通常在不低于A1相变温度(约720℃)下进行渗碳，因为除在奥氏体金属之外的钢的情况下，在不高于700℃的温度时“C”在铁素体相中的溶解度是极低的。

另外，一般认为，以奥氏体不锈钢为代表的上述奥氏体金属由于在表面形成一种包括Cr₂O₃的钝化层显示出耐腐蚀性。这种钝化层即使在300-700℃的温度范围内也是稳定的，不仅能阻止腐蚀性物质渗入，而且能阻止用于渗氮和渗碳的氮原子和碳原子等渗入。

作为在其上已形成上述钝化层的奥氏体金属的上述(1)的渗碳，有一种方法是将奥氏体金属加热到高于700℃，以破坏或者削弱上述钝化层，然后使碳原子渗入其中。渗碳是不可能的，并且目前也没有进入实际应用，因为钝化层存在于不高于700℃的温度，大大低于钢的A1相变温度。

然而，如果按照上述方法加热到高于700℃，那末钝化层被破坏或者削弱，而且整个强度下降，因为奥氏体金属本身的内部(芯部)软化，这就不能保持用于机械零件的最低强度。因此，至今工业上对奥氏体金属几乎不进行渗碳。

从另一方面来说，作为为了改进奥氏体金属硬度的上述(2)的渗氮，迄今主要有下述三种方法。

第一种方法是使用NaCNO、KCNO或其他同类物质的盐溶渗氮，这种方法通过保持在500-600℃破坏在上述奥氏体金属表面上的钝化层，以使氮原子渗入其中。

在第二种方法中，首先通过溅蚀，破坏并除去上述奥氏体金属表面上的上述钝化层，然后奥氏体金属用N₂气、NH₃气或其他同类气体进行渗氮。

按照这两种方法，破坏或者削弱钝化层，以便氮原子渗入奥氏体金属内部至某一范围。但是，存在着奥氏体金属固有的耐腐蚀性显著降低的缺点，因为表面上的铬浓度降低。

此外，还存在其他问题，即由于渗氮，表面粗糙变得更严重，而且因为氮原子进入而引起奥氏体金属本身膨胀，使尺寸精度降低。另外，也存在其他问题，即奥氏体金属本身经过上述渗氮被磁化。

第三种方法是我们开发并向日本专利局提出的专利申请(申请号JP1-177660和JP1-333424)，它是在上述渗氮之前，在含氟化物气氛如NF₃下加热奥氏体不锈钢表面。在这种方法中，在奥化体不锈钢表面上形成的钝化层，包括CrO₃，经过上述预处理变成一种氟化物层，然后在一般条件下进行渗氮处理。从而氮气中的氮原子经过其表面均匀地渗入奥氏体不锈钢至一定的范围，从而形成一深度均匀的氮化物层，与此同时上述氟化物层通过与渗氮气体中的水分或氢等接触被除去。与上述(1)和(2)相比，我们的方法能实现更好的渗氮，结果奥氏体不锈钢具有更高的硬度。但是，即使在我们的方法中，根据情况也会产生相同的问题，耐腐蚀性可能降低，表面粗糙度可能变得更严重，渗氮产品可能膨胀或者起磁，这些问题需要改进。

因此本发明的目的是提供一种奥氏体金属的渗碳方法，该方法是在约400℃和700℃之间的低温(这种温度被认为是不可行的)下，通过在含氟化物气体下，保持加热奥氏体金属，引进已知的渗碳气体，然后在不高于680℃的温度下用已知的渗碳气体进行渗碳。

在一系列为获得更好的奥氏体金属表面硬度的工艺改进研究中，我们终于得到一种想法，即如果使用我们提出的含氟化物气体，那末在不高于钢的A1相变温度的温度下，进行渗碳就成为可能。在基于这种想法的工艺过程中，我们发现，在渗碳之前或者在渗碳的同时，如果用含氟化物气体处理奥氏体金属，那末渗碳就成为可能。我们还发现，在不高于680℃，最好是不高于600℃，而不是上文使用的不低于700℃，能够获得更有效的渗碳。

下面更详细地描述本发明。

在本发明中，奥氏体金属在用含氟化物气体预处理之后或在与预处理的同时进行渗碳。