專利名稱：一種易切削鋼部件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋼材部件及其制造方法，具體涉及一種易切削鋼部件及其制造方法。
背景技術(shù)：
易切削鋼在鋼中加入一定數(shù)量的一種或一種以上的易切削元素，以改善其切削性的合金鋼。又稱自動(dòng)機(jī)床加工用鋼，簡(jiǎn)稱自動(dòng)鋼。這類鋼可以用較高的切削速度和較大的切削深度進(jìn)行切削加工。由于鋼中加入的易切削元素，使鋼的切削抗力減小，同時(shí)易切削元素本身的特性和所形成的化合物起潤(rùn)滑切削刀具的作用，易斷屑，減輕了磨損，從而降低了工件的表面粗糙度，提高了刀具壽命和生產(chǎn)效率。為了提高易切削鋼所構(gòu)成的部件的表面性能，往往對(duì)易切削鋼所構(gòu)成部件進(jìn)行表面處理，以制造出具有相應(yīng)性能的易切削鋼部件。碳氮共滲是一種較為普遍能夠提高表面性能的方法，一般的碳氮共滲包括一個(gè)碳勢(shì)較高強(qiáng)滲階段和一個(gè)碳勢(shì)較低擴(kuò)散階段，但是，由于碳氮共滲初期滲層中吸入大量的氮，在碳氮共滲后期由于碳濃度的升高，發(fā)生氮化物分解及脫氮過(guò)程，原子氮變成分子氮而形成孔洞，并且是非金屬氮原子被還原，成為氣體分子形成氣球，產(chǎn)生點(diǎn)狀黑色組織及孔洞，造成作為表面的共滲層厚度達(dá)標(biāo)的情況下并不能實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)的表面性能，使易切削鋼部件出現(xiàn)表面硬度不均勻，個(gè)別檢測(cè)點(diǎn)低出要求范圍的情況。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種易切削鋼部件及其制造方法以克服因出現(xiàn)孔洞而降低性能的問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案
一種易切削鋼部件，其特征在于，包括含有一種以上的易切削元素的基體、含有碳元素和氮元素的強(qiáng)化層；上述基體與上述強(qiáng)化層緊密相接，上述強(qiáng)化層形成于上述基體的表層，上述強(qiáng)化層為致密結(jié)構(gòu)；上述強(qiáng)化層的厚度為0. lmm-o. 8mm。具體而言，上述易切削元素包括硫、磷、鉛。具體而言，上述強(qiáng)化層的HRl5N硬度值范圍為88-92。具體而言，上述強(qiáng)化層中氮元素以原子的形式存在，上述強(qiáng)化層含有細(xì)針狀的回火馬氏體、殘余奧氏體。本發(fā)明一種易切削鋼部件的制造方法，其特征在于，以國(guó)標(biāo)GB8731-88標(biāo)準(zhǔn)中的易切削鋼作為胚材，方法包括如下的步驟
a表面清潔對(duì)待處理的易切削鋼胚材的表面進(jìn)行清潔處理；b升溫、保溫加熱升溫至攝氏溫度800-880度保溫10-60分鐘；c強(qiáng)滲階段在攝氏溫度800-880度、碳勢(shì)為I. 0%-1. 4%的條件下滲碳30-200分鐘，該階段碳勢(shì)范圍所允許的誤差為±0. 05% ；d擴(kuò)散階段在攝氏溫度800-880度、碳勢(shì)為0. 8%-1%、氮?dú)猸h(huán)境的條件下滲碳20-100分鐘，該階段碳勢(shì)范圍所允許的誤差為±0.05%;使用氨氣作為氮源、氨氣充入量為
I.33-2. 34升/立方米/小時(shí)。e淬火在冷卻油中冷卻10至20分鐘； f回火在加熱爐中進(jìn)行回火處理?！ぞ唧w而言,在步驟b、C、d中均采用帶有循環(huán)風(fēng)扇的箱式多用滲碳爐,在步驟C、d中，滲碳稀釋氣體通過(guò)使用甲醇滴入爐內(nèi)裂解實(shí)現(xiàn)，富化氣采用甲烷。具體而言，上述冷卻油為光亮淬火油。具體而言，上述冷卻油的油溫范圍為攝氏溫度60度至120度。具體而言，上述步驟f中，回火溫度范圍為攝氏溫度160度至240度，回火的保溫時(shí)間為100分鐘至120分鐘。具體而言，上述胚材為國(guó)標(biāo)GB8731-88中牌號(hào)為Y15Pb或Y15所代表的鋼材。本發(fā)明的有益之處在于由于采用了優(yōu)化了的參數(shù)和工藝，避免了因碳濃度增高導(dǎo)致氮化物氮化物分解及脫氮從而使原子氮變成分子氮而形成孔洞和黑色組織的缺陷，提供一種表面性能更好的易切削鋼部件及其制造方法。


圖I所示為采用一般的碳氮共滲方法加工出的一個(gè)材質(zhì)為Y15Pb的易切削鋼部件的表面附近處的金相照片，放大倍數(shù)為300倍；
圖2所示為圖I所示的鋼部件的表面附近處經(jīng)過(guò)質(zhì)量濃度為5%的硝酸溶液侵蝕后的金相照片，放大倍數(shù)為300倍；
圖3是本發(fā)明的一種易切削鋼部件的剖視結(jié)構(gòu)示意 圖4是利用本發(fā)明的方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)例制造出的一個(gè)材質(zhì)為Y15Pb的易切削鋼部件的表面附近處的金相照片，放大倍數(shù)為300倍；
圖5是所示為圖4所示的鋼部件的表面附近處經(jīng)過(guò)質(zhì)量濃度為5%的硝酸溶液侵蝕后的金相照片，放大倍數(shù)為300倍。圖中附圖標(biāo)記的含義
I、基體，2、強(qiáng)化層。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作具體的介紹。參照?qǐng)D3所示，本發(fā)明的一種易切削鋼部件主要包括兩部分，基體和強(qiáng)化層，其中強(qiáng)化層由基體進(jìn)行后期熱處理而形成。具體而言，基體組分和結(jié)構(gòu)相當(dāng)于含有易切削元素的碳鋼，即相當(dāng)于未經(jīng)處理的易切削鋼胚材本身，因此其能繼承了易切削鋼本身的優(yōu)良性能，使本發(fā)明的易切削鋼部件的內(nèi)部強(qiáng)韌性較好。作為一種優(yōu)選方案，基體中易切削元素包括硫、磷、鉛中的一種或幾種。參照?qǐng)D4和圖5，我們可以看出，本發(fā)明的強(qiáng)化層中含有增強(qiáng)元素碳元素和氮元素，強(qiáng)化層本身為一層致密結(jié)構(gòu)，致密結(jié)構(gòu)是一直在強(qiáng)化層中沒(méi)有明顯的孔洞或間隙，強(qiáng)化層與基體也緊密接觸，是指強(qiáng)化層和基體之間沒(méi)有明顯縫隙和孔洞以及其他結(jié)構(gòu)的阻隔，強(qiáng)化層是緊緊依附在基體上的。進(jìn)一步說(shuō)明的是，強(qiáng)化層的厚度為0. lmm-0. 8mm，其HRl5N硬度值范圍為88-92。本發(fā)明的方法中，以國(guó)標(biāo)GB8731-88中的易切削鋼作為制造部件的胚材，具體而言，作為優(yōu)選可以采用牌號(hào)為Y15、Y15Pb的易切削鋼。選取胚材后依次進(jìn)行如下的步驟
a表面清潔對(duì)待處理的易切削鋼胚材的表面進(jìn)行清潔處理。這樣的作用是排除表面的油污等缺陷對(duì)后繼步驟的影響。
b升溫、保溫加熱升溫至攝氏溫度800-880度保溫10_60分鐘；
c強(qiáng)滲階段在攝氏溫度800-880度、碳勢(shì)為I. 0%-1. 4%的條件下滲碳30-200分鐘，該階段碳勢(shì)范圍所允許的誤差為±0.05%。在該階段，并不進(jìn)行滲氮處理，消除了出現(xiàn)缺陷的源頭。d擴(kuò)散階段在攝氏溫度800-880度、碳勢(shì)為0. 8%_1%、氮?dú)猸h(huán)境的條件下滲碳20-100分鐘，該階段碳勢(shì)范圍所允許的誤差為±0. 05% ;使用氨氣作為氮源、氨氣充入量為
I.33-2. 34升/立方米/小時(shí)。通過(guò)實(shí)踐證明在該階段的滲氮，大大降低了因?yàn)榉肿拥a(chǎn)生的黑色組織及孔洞出現(xiàn)的概率。作為一種優(yōu)選方案，在步驟b、C、d中均采用帶有循環(huán)風(fēng)扇的箱式多用滲碳爐實(shí)現(xiàn)，采用該種滲碳爐的好處在于，爐內(nèi)有循環(huán)風(fēng)扇，以保證爐內(nèi)溫度及氣氛的均勻。需要說(shuō)明的一點(diǎn)是，在步驟C、d中，滲碳稀釋氣體通過(guò)使用甲醇滴入爐內(nèi)裂解實(shí)現(xiàn)，富化氣采用甲烷。e淬火在冷卻油中冷卻10至20分鐘；作為一種優(yōu)選方案，上述冷卻油為光亮淬火油，冷卻油的油溫范圍為攝氏溫度60度至120度。f■回火在加熱爐中進(jìn)行回火處理。步驟f■中，回火溫度范圍為攝氏溫度180度至240度，回火的保溫時(shí)間為100分鐘至120分鐘。以下以牌號(hào)為Y15Pb的易切削鋼作為胚材舉例說(shuō)明。圖4和圖5為采用本發(fā)明的方法，以牌號(hào)Y15Pb的鋼材作為胚材時(shí)，采用如下的步驟
a表面清潔對(duì)待處理的易切削鋼胚材的表面進(jìn)行清潔處理； b升溫、保溫加熱升溫至攝氏溫度860度保溫10分鐘；
c強(qiáng)滲階段在攝氏溫度860度、碳勢(shì)為I. 2%的條件下滲碳160分鐘，該階段碳勢(shì)范圍所允許的誤差為±0. 05%od擴(kuò)散階段在攝氏溫度860度、碳勢(shì)為0. 9%、氮?dú)猸h(huán)境的條件下滲碳60分鐘，該階段碳勢(shì)范圍所允許的誤差為±0. 05% ;使用氨氣作為氮源、氨氣充入量為I. 33升/立方米/小時(shí)。e淬火在冷卻油中冷卻17分鐘；作為一種優(yōu)選方案，冷卻油為光亮淬火油，冷卻油的油溫為70攝氏度。f回火在加熱爐中進(jìn)行回火處理?；鼗饻囟葹?70度，回火的保溫時(shí)間為110分鐘。從圖4和圖5中可以清楚的看出按照上述優(yōu)選的方法加工出的本發(fā)明的部件，沒(méi)有明顯的孔洞、縫隙和黑色組織。經(jīng)過(guò)檢測(cè)，圖4或圖5所示的部件的表面強(qiáng)化層的厚度為0. 4mm, HR15N 硬度值為 91。而同樣的胚材，按照一般的共滲思路，在其它參數(shù)完全相同的情況下，僅在c強(qiáng)滲階段也同時(shí)進(jìn)行滲氮，即在氮?dú)猸h(huán)境下進(jìn)行c強(qiáng)滲階段，所制出的部件如圖I或圖2所示，可以明顯看出，表層中存在黑色組織和孔洞，這大大影響了表面性能，使我們性能設(shè)計(jì)達(dá)不到指標(biāo)，影響部件質(zhì)量。之所以這樣，是因?yàn)楸景l(fā)明采用了優(yōu)化了的參數(shù)和工藝，避免了因碳濃度增高導(dǎo)致氮化物氮化物分解及脫氮從而使原子氮變成分子氮而形成孔洞和黑色組織的缺陷，提供 一種表面性能更好的易切削鋼部件及其制造方法。上述實(shí)施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種易切削鋼部件，其特征在于，包括含有一種以上的易切削元素的基體、含有碳元素和氮元素的強(qiáng)化層；上述基體與上述強(qiáng)化層緊密相接，上述強(qiáng)化層形成于上述基體的表層，上述強(qiáng)化層為致密結(jié)構(gòu)；上述強(qiáng)化層的厚度為O. lmm-o. 8mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種易切削鋼部件，其特征在于，上述易切削元素包括硫、磷、鉛。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種易切削鋼部件，其特征在于，上述強(qiáng)化層的HR15N硬度值范圍為88-92。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3任意一項(xiàng)所述的易切削鋼部件，其特征在于，上述強(qiáng)化層中氮元素以原子的形式存在，上述強(qiáng)化層含有細(xì)針狀的回火馬氏體、殘余奧氏體。
5.一種易切削鋼部件的制造方法，其特征在于，以國(guó)標(biāo)GB8731-88標(biāo)準(zhǔn)中的易切削鋼作為胚材，方法包括如下的步驟 a表面清潔對(duì)待處理的易切削鋼胚材的表面進(jìn)行清潔處理；b升溫、保溫加熱升溫至攝氏溫度800-880度保溫10-60分鐘；c強(qiáng)滲階段在攝氏溫度800-880度、碳勢(shì)為I. 0%-1. 4%的條件下滲碳30-200分鐘，該階段碳勢(shì)范圍所允許的誤差為±0. 05% ； d擴(kuò)散階段在攝氏溫度800-880度、碳勢(shì)為O. 8%-1%、氮?dú)猸h(huán)境的條件下滲碳20-100分鐘，該階段碳勢(shì)范圍所允許的誤差為±0.05%，使用氨氣作為氮源、氨氣充入量為.1.33-2. 34升/立方米/小時(shí)； e淬火在冷卻油中冷卻10至20分鐘； f回火在加熱爐中進(jìn)行回火處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種易切削鋼部件的制造方法，其特征在于，在步驟b、c、d中均采用帶有循環(huán)風(fēng)扇的箱式多用滲碳爐，在步驟C、d中，滲碳稀釋氣體通過(guò)使用甲醇滴入爐內(nèi)裂解實(shí)現(xiàn)，富化氣采用甲烷。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種易切削鋼部件的制造方法，其特征在于，上述冷卻油為光亮淬火油。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種易切削鋼部件的制造方法，其特征在于，上述冷卻油的油溫范圍為攝氏溫度60度至120度。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種易切削鋼部件的制造方法，其特征在于，上述步驟f中，回火溫度范圍為攝氏溫度160度至240度，回火的保溫時(shí)間為100分鐘至120分鐘。
10.根據(jù)權(quán)利要求5至9任意一項(xiàng)所述的一種易切削鋼部件的制造方法，其特征在于，上述胚材為國(guó)標(biāo)GB8731-88中牌號(hào)為Y15Pb或Y15所代表的鋼材。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種易切削鋼部件及其制造方法，其中易切削鋼部件包括含有一種以上的易切削元素的基體、含有碳元素和氮元素的強(qiáng)化層；本發(fā)明的方法，主要采用了先滲碳再碳氮共滲的方法，采用了優(yōu)化了的參數(shù)和工藝，本發(fā)明的有益之處在于由于避免了因碳濃度增高導(dǎo)致氮化物氮化物分解及脫氮從而使原子氮變成分子氮而形成孔洞和黑色組織的缺陷，提供一種表面性能更好的易切削鋼部件及其制造方法。
文檔編號(hào)B32B9/00GK102732821SQ2012102451
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月16日
發(fā)明者堯伊繼 申請(qǐng)人:鑫光熱處理工業(yè)(昆山)有限公司