一种金属表面热处理方法
专利汇可以提供一种金属表面热处理方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种金属表面 热处理 方法：将具有一定压 力 的 氨 气以旋流的形式通入炉罐内；同时开始给炉子加热，随着炉温的上升，氮 原子 开始向 钢 件表面α-Fe晶格间隙中渗透；当 温度 达到所需保温温度410-620℃时，加入 氧 气，同时给炉罐施加一定压力，此时受热氧气起催化剂作用，使氮原子向钢件组织深部渗透，以达到提高金属表面组织的 密度 的固溶强化作用；经过15-20小时的保温后，停电降温，关氧气；当炉温降至480-450℃，关氨气， 工件 出炉。本发明在把 变形 控制在极微小的前提下，达到了提高金属表面硬度与强度、耐磨、有韧性、耐 腐蚀 等综合性能，解决了热处理行业中目前普遍存在的变形、脆性、深度、防腐和环保等技术难题。，下面是一种金属表面热处理方法专利的具体信息内容。
1、一种金属表面热处理方法，其特征在于包括以下步骤：
A、将非金属气体氨气介质经过净化后通入炉罐内；
B、同时开始给炉子加热，在温度升到350℃左右，氨气开始析出 氮离子；
C、当温度达到所需保温温度410-620℃时，经过混合器加入氧气， 同时给炉罐施加0.01-0.5大气压力；
D、经过15-20小时的保温后，停电降温，并关氧气；
E、当炉温降至480-450℃，关氨气，工件出炉，空气冷却，清理 工件。
2、根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于上述的步骤A 中氨气通入炉罐内的方式是由底部通入炉罐内。
3、根据权利要求2所述的热处理方法，其特征在于上述的步骤A 中氨气通入炉罐内的方式是经过螺旋管道取得旋流后由底部通入炉罐 内。
4、根据权利要求1或2或3所述的热处理方法，其特征在于上述 的步骤C中所述的混合器为二个进气口，一个出气口的三通管形式。
5、根据权利要求4所述的热处理方法，其特征在于上述的步骤C 中氧气和氨气在三通管混合，并经过电磁超声振动、加热获得一定能 量后，经螺旋管道由底部通入炉罐内，以旋流并形成涡流从下而上慢 速地充满炉罐中待处理的工件四周。
6、根据权利要求1或2或3所述的热处理方法，其特征在于上述 的步骤A中氨气的流量为60-1400L/h。
7、根据权利要求5所述的热处理方法，其特征在于上述的步骤A 中氨气的流量为60-1400L/h。
8、根据权利要求1或2或3所述的热处理方法，其特征在于上述 的步骤C中氧气的流量为20-120ml/min。
9、根据权利要求5所述的热处理方法，其特征在于上述的步骤 C中氧气的流量为20-120ml/min。
技术领域 本发明涉及金属材料表面工程技术，更具体地说涉及通 过热处理手段提高铁碳合金(包括各种钢材、铸铁、粉末冶金等)材 料及由其制成的零部件、各种模具表面机械性能和化学性能的技术领 域。
背景技术 钢铁材料即铁碳合金是最基本的工业原材料，其质量和 数量直接关系到工业生产、国计民生、技术进步。从铁矿石到钢材， 并制造出零部件到装配成一部机器是一个十分复杂、繁重和成本高、 周期长的生产过程。如何提高零部件、模具的表面性能，延长使用期 限，是一项十分有价值的工作。
一部机器或模具对用户来说，是越耐用越好，那么就要使零部件 具有较高的硬度、强度、耐磨和耐腐蚀等性能，但对零部件的加工来 说，又要求各种钢材的硬度不能太高，以方便切削。这个矛盾可由热 处理方法来解决，然而，目前众多的热处理工艺都普遍存在着难以克 服的缺陷，即变形、脆性和易受腐蚀，在生产和使用上造成诸多麻烦， 如整体淬火、表面淬火、高频、中频处理、渗碳等均属如此。温度较 低的如氮化、等离子渗氮等，变形量虽小，但由于氮原子渗入的钝性 存在，造成硬度层太浅(0.05-0.06毫米，超不过0.100毫米)，实用 价值不佳。现在技术中还有一种以大幅度延长处理时间(5-7昼夜)来 达到0.50-0.60毫米深度的硬氮化方法，但这种方法由于部件在炉里 长时间加热，使工件表面遭受破坏、整体产生变形，需重新进行校正 和磨削才可投入使用。另外，一些新的表面处理技术如：渗金属元素、 蒸气真空离子注入等，大都因设备复杂、技术难度大、成本高等缺点， 实用上受到限制。所以目前金属热处理技术中普遍存在容易变形、变 脆、处理层深度硬度不够等缺陷，已不适应机械、模具工业的快的发 展的要求。
发明内容 本发明的目的是提供一种具有使被处理金属变形小，硬 度高、韧性好、硬度层较深达到0.3-0.5毫米和防腐性能好的金属热 处理工艺。
本发明包括以下步骤：
B、同时开始给炉子加热，在温度升到350℃左右，氨气开始析出 氮离子；
C、当温度达到所需保温温度410-620℃时，经过混合器加入氧 气，同时给炉罐施加一定大气压力；
D、经过15-20小时的保温后，停电降温，并关氧气；
E、当炉温降至480-450℃，关氨气，工件出炉，空气冷却，清 理工件。
上述的步骤A中氨气通入炉罐内的方式是由底部通入炉罐内。
上述的步骤A中氨气通入炉罐内的方式是经过螺旋管道取得旋 流后由底部通入炉罐内。
上述的步骤C中所述的混合器为二个进气口，一个出气口的三通 管形式。
上述的步骤C中氧气和氨气在三通管混合，并经过电磁超声振 动、加热获得一定能量后，经螺旋管道由底部通入炉罐内，以旋流并 形成涡流从下而上慢速地充满炉罐中待处理的工件四周。
上述的步骤A中氨气的流量为60-1400L/h。
上述的步骤C中氧气的流量为20-120ml/min。
上述的步骤C中给炉罐施加的一定压力为0.01-0.5大气压力。
本发明在把变形控制在极微小的前提下，达到了提高金属表面硬 度与强度、耐磨、有韧性、耐腐蚀等综合性能，硬度层达0.3-0.5毫 米，解决了热处理行业中目前普遍存在的变形、脆性、深度、防腐和 环保等技术难题，具有下列优点：
(一)、适应环保要求，工艺先进。本工艺流程不含有毒成份， 冷却不用油、不用水，清洁卫生，而且可为工业上大量减少电镀工作 量，减轻对环境的污染。
(二)、解决了形状、结构复杂塑(橡)胶模具的表面处理，提 高冲剪成型五金模具的韧性，提高压铸模抵抗热应力受损的能力。总 之，提高模具质量，延长模具寿命，满足工业发展对模具的需求。
(三)、可用价廉的国产合金调质钢——40Cr代替价格高昂的进 口模具钢，降低模具成本，减少钢材进口量。
(四)、对机械零件加工方面，可减少工序、方便加工。由于变 形量之极其微小，工件要求加工到位，不留余量。经本工艺处理后即 可装机使用，大受欢迎。(对孔类零件而言，一经从夹具取下，经热 处理后变形，为了磨去变形的加工余量而要重新找回来的中心，是何 等的困难。)
(五)、防腐性能好，且外观漂亮。可代替电镀、磷化、发黑等， 一劳永逸。
(六)、适用性广。各种碳钢、合金钢、铸件、粉末冶金、不锈 钢等材料制成的形状、大小、结构复杂的机械零部件、模具均可适用。
(七)、自动化程度高。操作简单，稳定可靠。生产效率高，经 济效益十分可观。
附图说明
附图1为实施例中炉罐结构示意图。
附图2为处理过的金属的金相组织图。
附图3为处理过的金属的金相组织图。
具体实施方式
图2、图3为处理过的金属的金相组织图。图中金相组织为点状 或条状氮化物(Fe3N和Fe2N)及细片状的碳氮化物的珠光体组织。
在实施例中，本工艺与一般的氮化表面处理法的利用氨水滴入取 氮，再加风扇往下吹气的落后方法不同。而是通过净化器净化、螺旋 管道(取得旋流)后将氨气从底部通入炉罐内(流量为60-1400L/h， 根据工件量加以控制)，同时开始给炉子加温，当温度升到350℃左 右，氨气开始析出氮离子，随着炉温的上升，氮原子逐渐渗透入到 α-Fe晶格的间隙中，当温度上升到所需保温温度410-620℃(根据 工件大小和装炉量决定)，开始通过混合器(三通管形式)加入氧气， 流量为20-120ml/min，大小参照氨气流量。氧气和氨气在三通管混 合，并经过电磁超声振动、加热获得一定能量后，经螺旋管道由底部 通入炉罐内，以旋流并形成涡流从下而上慢速地充满炉罐中待处理的 工件四周。同时给炉罐施加0.01-0.5大气压力。此时受热氧气起催 化剂作用，使氮原子有足够的能量向钢件组织深部渗透，以达到提高 金属表面组织的密度的固溶强化作用。同时部份氮原子与铁原子结合 生成Fe3N和Fe2N的化合物，此时得到的金相组织为点状或条状的氮 化物和细片状的碳化物的珠光体，从而使钢件表面获得较为致密的组 织结构，并具有较深的渗透层，因此，在变形量极微小的前提下，得 到较高的硬度、脆性小、有韧性、耐磨耐腐蚀等优越的机械性能。
经过15-20小时保温(亦由工件大小，装炉量决定)后，停电降 温，并关氧气，当炉温降至480-450℃时，关氨气，工件出炉，空气 冷却，清理工件，工艺过程完毕。
炉内主要化学反过程：
(1) 2NH3→2[N]+3H2↑
O+H2→H2O↑
(2) 4NH3+5O2→4NO+6H2O↑
2NO→2[N]+O2↑
小部份氧与氢结合生成水蒸气随废气排出，减少了氢与钢件表面 发生作用而生成氢化物，减少表面脆性的发生。
从附图中可看出金相组织结构。
因此，本工艺使钢件较深范围的表面得到较高的硬度、韧性和防 腐蚀、抗氧化性能，强度也相应有所提高，而整个工艺过程均在较低 的温度下(共析温度线下)进行，并未发生奥氏体转变，故变形量极 其微小。同时，本工艺与常规热处理提高金属硬度主要手段——即通 过高温经过相变得到既硬且脆的马氏体的方法无关，故具有较好的韧 性。
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