阅读说明：本技术 一种低碳钢薄壁件的渗碳工艺 (Carburizing process for low-carbon steel thin-wall part ) 是由 郭亮乾 杉山辉阳 于 2020-05-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种低碳钢薄壁件的渗碳工艺,包括下述的步骤：S1.将低碳钢薄壁件加热到820℃±5℃进行预渗碳,碳势为0.25±0.05％,时间为30-40分钟；S2.在820℃±5℃进行强渗,碳势调整至1.20±0.05％,时间设置为40-50分钟；S3.在820℃±5℃进行扩散,碳势调整至1.0±0.05％,时间设置为8-12分钟；S4.升高温度至840±5℃,保温2.5-3.5分钟,然后淬火。本发明的渗碳工艺对发动机、变速箱等的薄壁件进行浅层深渗碳,同时保证零件渗碳层深的均匀性,以提高产品的硬度、耐磨性、使用寿命,同时让产品保有较好的韧性。(The invention discloses a carburizing process for a low-carbon steel thin-wall part, which comprises the following steps: s1, heating a low-carbon steel thin-wall part to 820 +/-5 ℃ for pre-carburizing, wherein the carbon potential is 0.25 +/-0.05 percent, and the time is 30-40 minutes; s2, performing strong infiltration at 820 +/-5 ℃, adjusting the carbon potential to 1.20 +/-0.05%, and setting the time to be 40-50 minutes; s3, diffusing at 820 +/-5 ℃, adjusting the carbon potential to 1.0 +/-0.05% and setting the time to be 8-12 minutes; s4, raising the temperature to 840 +/-5 ℃, preserving the temperature for 2.5-3.5 minutes, and then quenching. The carburizing process disclosed by the invention is used for carrying out shallow deep carburizing on thin-wall parts such as an engine and a gearbox, and simultaneously ensuring the depth uniformity of a carburized layer of the parts so as to improve the hardness, the wear resistance and the service life of the product and ensure that the product has better toughness.)

一种低碳钢薄壁件的渗碳工艺

技术领域

本发明涉及低碳钢的热处理方法，尤其涉及一种低碳钢薄壁件的渗碳工艺。

背景技术

目前发动机以及变速箱的许多零部件采用薄壁件(一般2mm以内)来进行组装，一般这种零件材料采用调质钢，但是由于调质钢的硬度原因，它的耐磨性不是很高，这大大影响到了产品的使用寿命，所以为了改善零件在使用过程中的耐磨性及硬度，很多国外的零件厂商把这种零件的材料改为了低碳的渗碳钢(碳含量一般0.16-0.25％)，这样零件在渗碳淬火后，既保证了产品的表面硬度，又保证了产品的韧性。但是由于零件结构的原因，这类零件的渗碳层深不能太深，若太深则零件容易渗透，给使用过程带来脆断的风险，只能进行浅层深渗碳。但是浅层渗碳主要难点在于，浅层深渗碳时间短，所以很容易造成产品渗碳不均匀的情况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种低碳钢薄壁件的渗碳工艺，以提高渗碳均匀性，提升产品物理性能。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种低碳钢薄壁件的渗碳工艺，包括下述的步骤：

S1.将低碳钢薄壁件加热到820℃±5℃进行预渗碳，碳势为0.25±0.05％，时间为30-40分钟；

S2.在820℃±5℃进行强渗，碳势调整至1.20±0.05％，时间设置为40-50分钟；

S3.在820℃±5℃进行扩散，碳势调整至1.0±0.05％，时间设置为8-12分钟；

S4.升高温度至840±5℃，保温2.5-3.5分钟，然后淬火。

进一步的，S4所述淬火的油温140±5℃，油中保持15-25分钟。

进一步的，渗碳过程全程通入甲醇，液化气作为渗碳剂。

进一步的，强渗及扩散段通入氨气。

进一步的，氨气通入量为4±0.1L/min。

进一步的，所述低碳钢薄壁件厚度0.6-1mm。

进一步的，所述低碳钢薄壁件含碳量为0.17～0.23％。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明低碳钢薄壁件的整个渗碳淬火过程分为四个阶段，第一阶段为预渗碳，采用低碳势进行渗碳，主要为了让产品有一个均热及预渗碳的过程，该过程保证了产品能够均匀渗碳，保证整炉产品全部到温。第二阶段为强渗阶段，主要对产品进行渗碳，把握好一定的时间，使产品不能渗穿，第三阶段为扩散阶段，该阶段为第二阶段的延伸段，保证了产品的层深。第四阶段为淬火阶段，让产品加热到一定的温度进行淬火，使得产品具有合适的硬度及组织。

本发明的渗碳工艺对发动机、变速箱等的薄壁件进行浅层深渗碳，同时保证零件渗碳层深的均匀性，以提高产品的硬度、耐磨性、使用寿命，同时让产品保有较好的韧性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实施例1渗碳工艺过程；

图2是实施例1低碳钢薄壁件渗碳淬火后的产品性能数据；

图3是对比试验中低碳钢薄壁件渗碳淬火后的产品表面金相组织对比图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

本发明一个具体实施方式的低碳钢薄壁件的渗碳工艺，可以适用于弹簧座、垫片等薄壁件。整个渗碳淬火过程分为四个阶段：

(1)第一阶段：预渗碳阶段

首先在加热到温之后，进行预渗碳温度820℃±5℃时间设置为30-40分钟(根据产品数量而定)，碳势需要调整至0.25±0.05％。

采用低碳势进行渗碳，主要为了让产品有一个均热及预渗碳的过程，该过程保证了产品能够均匀渗碳，保证整炉产品全部到温。温度过高会造成碳势异常，造成产品渗碳层深过深。时间太短会造成产品表面碳浓度低，影响到后续渗碳，时间太长会造成渗碳层深超差。

(2)第二阶段：强渗阶段

再在预渗碳同温度下进行渗碳处理，时间设置为40-50分钟，碳势需要调整至1.20±0.05％。

该阶段要对产品进行渗碳，把握好一定的时间，使产品不能渗穿。时间太短会使层深过浅达不到技术要求，时间过长会使层深超深，甚至渗穿，导致产品脆性太高。碳势太高会造成，产品渗穿、产生大量碳化物等，太低产品则无法达到技术要求。

(3)第三阶段：扩散阶段

再在预渗碳同温度下进行扩散处理，时间设置为8-12分钟，碳势需要调整至1.0±0.05％。

该阶段保证了产品的层深。时间太长会让硬度降低，渗碳层深超深，太短使得产品层深偏浅，影响到产品的使用寿命。碳势太高会造成，产品渗穿、产生大量碳化物等，太低产品则无法达到技术要求。

(4)第四阶段：淬火阶段

在结束渗碳扩散阶段后，升高温度至840±5℃保温2.5-3.5分钟，此时需要在840±5℃进行入油冷却，淬火油温140±5℃，油中保持15-25分钟，并且油中高速搅拌。

该阶段让产品加热到一定的温度进行淬火，使得产品具有合适的硬度及组织。保温温度太高会使得产品的晶粒粗大，渗碳速度加快，导致产品渗穿失效，保温温度太低减慢的渗碳速度，层深达不到要求。保温时间越长则层深越深，时间越短则层深越浅。油温比较高，是为了使产品在淬火过程中保证产品更优的变形。

此渗碳过程全程通入甲醇，液化气作为渗碳剂，并且在强渗及扩散段通入氨气4±0.1L/min。通入氨气使产品表面生成一定的含氮马氏体，增加产品的耐磨性，提高产品的寿命。

在本发明中，由于碳势、温度、时间任一参数的大幅调整都可能会带来不可预知的负面效果，因此每一阶段碳势的控制要与温度控制、时间控制相配合与匹配才能达到最佳的效果，才能保证零件渗碳层深的均匀性，同时提升其他物理性能。

实施例1：

如图1，对某公司所生产的弹簧座(厚度0.6-1mm)进行渗碳淬火的加工，材质为20#钢(平均含碳量为0.17～0.23％)，在对产品清洗后，开始进行渗碳淬火，首先在加热到温之后，进行预渗碳阶段温度820℃±5℃时间设置为35分钟，碳势需要调整至0.25±0.05％，再在同温度下进行强渗及扩散处理，时间设置为45分钟及10分钟，碳势需要调整至1.20±0.05％与1.0±0.05％，在结束渗碳扩散阶段后升高温度至840℃保温3分钟，此时需要在840℃进行入油冷却，淬火油温140±5℃，油中保持20分钟，此渗碳过程全程通入甲醇，并且在强渗及扩散段通入氨气4L/min。

检测该产品的结果，渗碳层层深在0.2-0.25mm满足客户的要求，并保证了产品的渗碳均匀性，延长了使用寿命。

其他性能数据如图2，目前国标判定渗碳层深均使用硬度法，其中Hardness atdifferent depth to surface为表面的硬度梯度，本实施例采用努氏硬度(HK)，HK200指使用努氏硬度压头在0.2KG的力度进行检测，深度单位是mm；Effective case depth to542HK200指有效硬化深度，也就是层深，542HK200的硬度点为层深判定线；TotalEffective case depth指采用金相法进行判定的渗碳层深。

对比试验：

对低碳钢薄壁件(弹簧座，20#钢)渗碳淬火，分别进行两种实验做出对比：一种是在未进行预渗碳的渗碳淬火结果，另一种是进行预渗碳后的渗碳淬火结果(相应的控制参数与实施例1相同)。在加工完成后对两种状态的渗碳层深做出对比，未进行预渗碳的渗碳淬火的式样(如图3(b))，层深均匀性较差，高低值相差了0.1mm以上(上图渗碳层深Sd＝212.01μm，下图Sd＝375.00μm)；而在进行了预渗碳的渗碳淬火(如图3(a))，层深均匀性较好，高低差值在0.05mm以内(上图Sd＝212.83μm，下图Sd＝220.49μm)。所以可以得出本发明通过预渗碳有很明显的改善效果。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。