专利名称：钢的空气/碳氢有机气体离子氮、碳、氧共渗工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于钢表面强化工艺。适用于碳钢、合金结构钢和工模具钢的表面强化。
背景技术：
中国发明专利申请号为200410021642.6，其发明名称为《黑色金属的空气离子氧氮共渗工艺专利》，该工艺流程为(1)将调质后的工件清洗、干燥，置于阴极盘上，关闭炉体，用机械泵将离子渗氮炉内抽成真空至50～120Pa；(2)向阴阳极输入10～1000V的可调直流高压至炉内打散弧，打散弧稀少后再调直流电压直至不打或少打散弧；(3)向渗氮炉内通入氨气或氮-氢混合气；(4)以50～100℃/小时的速度将工件加热到500～580℃；(5)保温0.5～60小时后，关闭气源和电源，用机械泵排除离子渗氮炉内的氨气或氮-氢混合气，以50～100℃/小时的速度随炉冷至50～150℃后停炉，待工件在炉内冷却至室温后开炉取出工件。但是此专利申请是利用的空气和氨气作为渗氮气源，存在氨气对环境的污染。
在该工艺流程中，渗氮气体通过橡皮管接入干燥筒的下部的气嘴，经气嘴进入筒中的干燥剂层后，由上部的气嘴用橡皮管连接到气体流量计的下端气嘴，打开流量计针形阀，渗氮气体通过针形阀和玻璃管后由上端气嘴用橡皮管接入离子渗氮炉。
发明内容
本发明的目的是在于针对上述现有技术的不足，提供一种钢的空气/碳氢有机气体氮、碳、氧共渗工艺，利用该工艺对钢进行离子多元共渗，解决氨气对环境的污染和降低成本的问题。
为了实现上述发明目的，本发明按以下顺序步骤进行(1)将调质后的工件清洗、干燥，置于阴极盘上；(2)关闭炉体，用机械泵将离子渗氮炉内抽成真空至50～120Pa；(3)接通电源开关，由电源向阴阳极输入10～1000V的可调直流高压至炉内打散弧，打散弧稀少后再调直流电压直至不打或少打散弧；(4)向渗氮炉内同时通入流量分别为0.1～0.6m3/h和0.00006～0.06m3/h空气和碳氢有机气体，以50～100℃/小时的速度由辉光放电将工件加热到500～580℃；(5)保温0.5～60小时后，关闭气源和电源，用机械泵排除离子渗氮炉内的气体，以50～100℃/小时的速度随炉冷至50～150℃后停炉，待工件在炉内冷却至室温后开炉取出工件。
本发明与现有技术相比具有以下技术效果与普通离子渗氮相比，空气/汽油离子多元共渗工艺主要应用空气和少量汽油，不用氨气、氮气和氢气，无污染，降低了生产成本10％。
图1为空气作渗氮气源的空气/汽油离子多元共渗工艺供气系统示意图；图2为40Cr钢用流量分别为0.5m3/h和0.00048m3/h的空气和乙炔经本发明工艺处理后的显微硬度曲线图；图3为40Cr钢用流量分别为0.2m3/h和0.00012m3/h的空气和乙炔经本发明工艺处理后的显微硬度曲线图；图4为45钢用流量分别为0.25m3/h和0.00012m3/h的空气和乙炔经本发明工艺处理后经的显微硬度曲线图；图5为40Cr钢用流量分别为0.3m3/h和0.00012m3/h的空气和液化石油气经本发明工艺处理后的显微硬度曲线图；图6为45钢用流量分别为0.4m3/h和0.00048m3/h的空气和液化石油气经本发明工艺处理后的显微硬度曲线图；图7为45钢用流量分别为0.3m3/h和0.00048m3/h的空气和液化石油气经本发明工艺处理后的显微硬度曲线图；
在图1中，1为贮油罐，2、3和4为流量计，5为干燥瓶，6为离子渗氮炉体，7为工件，8为阴极盘。在图2～7中，横坐标表示离表面的距离，纵坐标表示硬度值(HV0.2)
具体实施例方式实施例140Cr钢的空气/乙炔离子多元共渗工艺(1)将调质后的工件清洗、干燥，置于阴极盘上；(2)关闭炉体，用机械泵将离子渗氮炉内抽成真空至110Pa；(3)接通电源开关，由电源向阴阳极输入10～1000V的可调直流高压至炉内打散弧，打散弧稀少后再调直流电压直至不打或少打散弧；(4)向渗氮炉内同时通入流量分别为0.2m3/h和0.00012m3/h的空气和乙炔，以100℃/小时的速度由辉光放电将工件加热到500℃；(5)保温5小时后关闭气源和电源，用机械泵排除离子渗氮炉内的气体，用100℃/h的速度随炉冷却到100℃后停炉，待工件冷却到室温后开炉取出工件。
实施例240Cr钢的空气/乙炔离子氮、碳、氧共渗工艺(1)(2)(3)步与实施例1的(1)(2)(3)步相同；(4)向渗氮炉内同时通入流量分别为0.5m3/h和0.00048m3/h的空气和乙炔，以100℃/小时的速度由辉光放电将工件加热到520℃；实施例345钢的空气/乙炔离子氮、碳、氧共渗工艺(1)(2)(3)步与实施例1的(1)(2)(3)步相同；(4)向渗氮炉内同时通入流量分别为0.5m3/h和0.00048m3/h的空气和乙炔，以100℃/小时的速度由辉光放电将工件加热到520℃；实施例445钢的空气/乙炔离子氮、碳、氧共渗工艺(1)(2)(3)步与实施例1的(1)(2)(3)步相同；(4)向渗氮炉内同时通入流量分别为0.25m3/h和0.00012m3/h的空气和乙炔，以100℃/小时的速度由辉光放电将工件加热到520℃；实施例540Cr钢的空气/液化石油气离子氮、碳、氧共渗工艺(1)(2)(3)步与实施例1的(1)(2)(3)步相同；(4)向渗氮炉内同时通入流量分别为0.25m3/h和0.00012m3/h的空气和液化石油气，以100℃/小时的速度由辉光放电将工件加热到520℃；实施例640Cr的空气/液化石油气离子氮、碳、氧共渗工艺(1)(2)(3)步与实施例1的(1)(2)(3)步相同；(4)向渗氮炉内同时通入流量分别为0.4m3/h和0.00048m3/h的空气和液化石油气，以100℃/小时的速度由辉光放电将工件加热到560℃；实施例745钢的空气/液化石油气离子氮、碳、氧共渗工艺(1)(2)(3)步与实施例1的(1)(2)(3)步相同；(4)向渗氮炉内同时通入流量分别为0.2m3/h和0.00012m3/h的空气和液化石油气，以100℃/小时的速度由辉光放电将工件加热到520℃；实施例845钢的空气/液化石油气离子氮、碳、氧共渗工艺(1)(2)(3)步与实施例1的(1)(2)(3)步相同；(4)向渗氮炉内同时通入流量分别为0.3m3/h和0.00048m3/h的空气和液化石油气，以100℃/小时的速度由辉光放电将工件加热到520℃；在实施例2～8中，第5步与实施例1的第5步相同。
权利要求
1 一种钢的空气/碳氢有机气体离子氮、碳、氧共渗工艺，其特征在于该工艺按以下步骤进行(1)将调质后的工件清洗、干燥，置于阴极盘上；(2)关闭炉体，用机械泵将离子渗氮炉内抽成真空至50～120Pa；(3)接通电源开关，由电源向阴极输入10～1000V的可调直流高压至炉内打散弧，打散弧稀少后，再调直流电压直至不打或少打散弧；(4)向渗氮炉内同时通入流量分别为0.1～0.6m3/h和0.00006～0.06m3/h空气和碳氢有机气体，以50～100℃/小时的速度由辉光放电将工件加热到500～580℃；(5)保温0.5～60小时后，关闭气源和电源，用机械泵排除离子渗氮炉内的气体，以50～100℃/小时的速度随炉冷至50～150℃后停炉，待工件在炉内冷却至室温后开炉取出工件。
2 根据权利要求1中所述的钢的空气/碳氢有机气体离子氮、碳、氧共渗工艺，其特征在于40Cr钢工件的空气/乙炔离子多元共渗工艺按以下步骤进行(1)将调质后的工件清洗、干燥，置于阴极盘上；(2)关闭炉体，用机械泵将离子渗氮炉内抽成真空至110Pa；(3)接通电源开关，由电源向阴极输入10～1000V的可调直流高压至炉内打散弧，打散弧稀少后，再调直流电压直至不打或少打散弧；(4)向渗氮炉内同时通入流量分别为0.2m3/h和0.00012m3/h的空气和乙炔，以100℃/小时的速度由辉光放电将工件加热到500℃；(5)保温5小时后，关闭气源和电源，用机械泵排除离子渗氮炉内的气体，以100℃/小时的速度随炉冷至100℃后停炉，待工件在炉内冷却至室温后开炉取出工件。
3 根据权利要求1中所述的钢空气/碳氢有机气体离子氮、碳、氧共渗工艺，其特征在于40Cr钢的空气/乙炔离子多元共渗工艺按以下步骤进行(1)将调质后的工件清洗、干燥，置于阴极盘上；(2)关闭炉体，用机械泵将离子渗氮炉内抽成真空至110Pa；(3)接通电源开关，由电源向阴极输入10～1000V的可调直流高压至炉内打散弧，打散弧稀少后，再调直流电压直至不打或少打散弧；(4)向渗氮炉内同时通入流量分别为0.5m3/h和0.00048m3/h的空气和乙炔，以100℃/小时的速度由辉光放电将工件加热到520℃；(5)保温5小时后，关闭气源和电源，用机械泵排除离子渗氮炉内的气体，以100℃/小时的速度随炉冷至100℃后停炉，待工件在炉内冷却至室温后开炉取出工件。
4 根据权利要求1中所述的钢空气/碳氢有机气体离子氮、碳、氧共渗工艺，其特征在于45钢工件的空气/乙炔离子多元共渗工艺按以下步骤进行(1)将调质后的工件清洗、干燥，置于阴极盘上；(2)关闭炉体，用机械泵将离子渗氮炉内抽成真空至110Pa；(3)接通电源开关，由电源向阴极输入10～1000V的可调直流高压至炉内打散弧，打散弧稀少后，再调直流电压直至不打或少打散弧；(4)向渗氮炉内同时通入流量分别为0.5m3/h和0.00048m3/h的空气和乙炔，以100℃/小时的速度由辉光放电将工件加热到520℃；(5)保温5小时后，关闭气源和电源，用机械泵排除离子渗氮炉内的气体，以100℃/小时的速度随炉冷至100℃后停炉，待工件在炉内冷却至室温后开炉取出工件。
5 根据权利要求1中所述的钢空气/碳氢有机气体离子氮、碳、氧共渗工艺，其特征在于45钢的空气/乙炔离子多元共渗工艺按以下步骤进行(1)将调质后的工件清洗、干燥，置于阴极盘上；(2)关闭炉体，用机械泵将离子渗氮炉内抽成真空至110Pa；(3)接通电源开关，由电源向阴极输入10～1000V的可调直流高压至炉内打散弧，打散弧稀少后，再调直流电压直至不打或少打散弧；(4)向渗氮炉内同时通入流量分别为0.25m3/h和0.00012m3/h的空气和乙炔，以100℃/小时的速度由辉光放电将工件加热到520℃；(5)保温5小时后，关闭气源和电源，用机械泵排除离子渗氮炉内的气体，以100℃/小时的速度随炉冷至100℃后停炉，待工件在炉内冷却至室温后开炉取出工件。
6 根据权利要求1中所述的钢空气/碳氢有机气体离子氮、碳、氧共渗工艺，其特征在于40Cr钢的空气/液化石油气离子多元共渗工艺按以下步骤进行(1)将调质后的工件清洗、干燥，置于阴极盘上；(2)关闭炉体，用机械泵将离子渗氮炉内抽成真空至110Pa；(3)接通电源开关，由电源向阴极输入10～1000V的可调直流高压至炉内打散弧，打散弧稀少后，再调直流电压直至不打或少打散弧；(4)向渗氮炉内同时通入流量分别为0.25m3/h和0.00012m3/h的空气和液化石油气，以100℃/小时的速度由辉光放电将工件加热到520℃；(5)保温5小时后，关闭气源和电源，用机械泵排除离子渗氮炉内的气体，以100℃/小时的速度随炉冷至100℃后停炉，待工件在炉内冷却至室温后开炉取出工件。
7 根据权利要求1中所述的钢空气/碳氢有机气体离子氮、碳、氧共渗工艺，其特征在于40Cr钢的空气/液化石油气离子氧、碳、氮共渗工艺按以下步骤进行(1)将调质后的工件清洗、干燥，置于阴极盘上；(2)关闭炉体，用机械泵将离子渗氮炉内抽成真空至110Pa；(3)接通电源开关，由电源向阴极输入10～1000V的可调直流高压至炉内打散弧，打散弧稀少后，再调直流电压直至不打或少打散弧；(4)向渗氮炉内同时通入流量分别为0.4m3/h和0.00048m3/h的空气和液化石油气，以100℃/小时的速度由辉光放电将工件加热到560℃；(5)保温5小时后，关闭气源和电源，用机械泵排除离子渗氮炉内的气体，以100℃/小时的速度随炉冷至100℃后停炉，待工件在炉内冷却至室温后开炉取出工件。
8 根据权利要求1中所述的钢空气/碳氢有机气体离子氮、碳、氧共渗工艺，其特征在于45钢的空气/液化石油气离子多元共渗工艺按以下步骤进行(1)将调质后的工件清洗、干燥，置于阴极盘上；(2)关闭炉体，用机械泵将离子渗氮炉内抽成真空至110Pa；(3)接通电源开关，由电源向阴极输入10～1000V的可调直流高压至炉内打散弧，打散弧稀少后，再调直流电压直至不打或少打散弧；(4)向渗氮炉内同时通入流量分别为0.2m3/h和0.00012m3/h的空气和液化石油气，以100℃/小时的速度由辉光放电将工件加热到520℃；(5)保温5小时后，关闭气源和电源，用机械泵排除离子渗氮炉内的气体，以100℃/小时的速度随炉冷至100℃后停炉，待工件在炉内冷却至室温后开炉取出工件。
9 根据权利要求1中所述的钢空气/碳氢有机气体离子氮、碳、氧共渗工艺，其特征在于45钢的空气/液化石油气离子多元共渗工艺按以下步骤进行(1)将调质后的工件清洗、干燥，置于阴极盘上；(2)关闭炉体，用机械泵将离子渗氮炉内抽成真空至110Pa；(3)接通电源开关，由电源向阴极输入10～1000V的可调直流高压至炉内打散弧，打散弧稀少后，再调直流电压直至不打或少打散弧；(4)向渗氮炉内同时通入流量分别为0.3m3/h和0.00048m3/h的空气和液化石油气，以100℃/小时的速度由辉光放电将工件加热到520℃；(5)保温5小时后，关闭气源和电源，用机械泵排除离子渗氮炉内的气体，以100℃/小时的速度随炉冷至100℃后停炉，待工件在炉内冷却至室温后开炉取出工件。
全文摘要
一种钢的空气/碳氢有机气体离子氮、碳、氧共渗工艺涉及钢表面强化工艺，主要利用以空气为主的气体为气源进行离子多元共渗，能降低成本、减少污染，提高渗氮工件的耐磨性和耐蚀性。本发明包括将调质后的工件清洗、干燥、入炉，将离子多元共渗炉内抽成真空，输入直流电压，按比例输入空气和有机气体同时加热，保温，炉冷，出炉。本发明适用于碳钢、合金结构钢和工模具钢的表面强化。
文档编号C23C8/06GK1718838SQ200510057119
公开日2006年1月11日 申请日期2005年6月14日 优先权日2005年6月14日
发明者周上祺, 王铁, 周安若, 刘守平, 张维 申请人:重庆大学