一种中碳合金钢精密紧固件微碳氮共渗工艺的制作方法

1.本技术涉及金属处理技术领域，尤其涉及一种中碳合金钢精密紧固件微碳氮共渗工艺。


背景技术：

2.随着紧固件行业的快速发展以及市场竞争的日益激烈，再加上客户对紧固件产品质量如轻量化、环保、寿命长等的方面要求的不断提高，而处理工艺需要不断地适应市场需求，不断发展。
3.碳氮共渗是以渗碳为主同时渗入氮的化学热处理工艺。它在一定程度上克服了渗氮层硬度虽高但渗层较浅，而渗碳层虽硬化深度大，但表面硬度较低的缺点。
4.现有技术中对中碳合金钢精密紧固件按传统渗碳工艺温度900-930℃,碳浓度为1.0-1.6％之间时间1h以上工艺，用维氏硬度测芯部430-490hv，牙部550hv。该传统工艺容易导致精密紧固件较小外径在m0.8mm-m1.2mm的渗碳层过深，精密紧固件表面脆性增加降低材料塑性变形情况，造成中碳合金钢精密紧固件使用过程会出现断裂现象，且牙部硬度因牙部经过搓牙挤压后牙部组织不均，在热处理渗碳过程中组织转变时间也有差异不好控制。
5.因此，亟需开发一种能够避免中碳合金钢精密紧固件较小外径在m0.8mm-m1.2mm下发生断裂的技术。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术存在的缺陷和不足，本技术实施例提供一种中碳合金钢精密紧固件微碳氮共渗工艺，通过对温度、碳浓度、氨气流量以及时间进行合理控制，有效避免精密紧固件断裂现象的发生。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种中碳合金钢精密紧固件微碳氮共渗工艺，按如下步骤进行：
8.步骤1)：将紧固件材料放入含有水溶性脱脂剂的水溶液中进行超声脱脂，生成待碳氮共渗的紧固件材料；
9.步骤2)：将液化石油气与空气混合通入变成炉内进行触媒分解，生成液化石油气与空气混合分解后的混合气体；
10.步骤3)：将所述步骤2)中生成的液化石油气与空气混合分解后的混合气体通入预定温度的淬火炉内与所述步骤1)中待碳氮共渗的紧固件材料相接触，在此过程中通入氨气，得到经过碳氮共渗处理的淬火后的碳氮共渗的紧固件材料；
11.步骤4)：将步骤3)中得到淬火后的碳氮共渗的紧固件材料放入含有水溶性脱脂剂的水溶液中进行超声脱脂，得到碳氮共渗紧固件成品；
12.其中，所述步骤3)中碳氮共渗处理中碳浓度为0.45-0.5％，通入氨气0.2-0.25m3/h；碳氮共渗时间为23-27min。
13.进一步的，步骤3)中所述的淬火炉内预定温度设置为880-890℃之间。
14.进一步的，所述步骤1)中将紧固件材料放入含有水溶性脱脂剂的水溶液中进行超声脱脂，生成待碳氮共渗的紧固件材料中，具体包括：
15.将紧固件材料放入含有水溶性脱脂剂的水溶液中进行超声脱脂，生成脱脂后的的紧固件材料；
16.将脱脂后的紧固件材料放入清洗设备，加水清洗除去表面脱脂残留，拉网频率30分/次，再次水洗，得到清洗干净的紧固件材料；
17.将所述清洗干净的紧固件材料置于脱水机内脱水，得到干燥的紧固件材料；
18.将所述干燥的紧固件材料平铺在网带上，得到待碳氮共渗的紧固件材料。
19.进一步的，所述步骤2)中将液化石油气与空气混合通入变成炉内进行触媒分解，生成液化石油气与空气混合分解后的混合气体，所述变成炉内温度为1030℃。
20.进一步的，所述触媒分解的触媒为镍触媒；
21.所述的镍触媒为以镍为活性组份,氧化铝为主要载体的二段转化催化剂。
22.进一步的，步骤3)中将所述步骤2)中生成的液化石油气与空气混合分解后的混合气体通入预定温度的淬火炉内与所述步骤1)中待碳氮共渗的紧固件材料相接触，在此过程中通入氨气，得到经过碳氮共渗处理的淬火后的碳氮共渗的紧固件材料中，还包括：
23.对所述经过碳氮共渗处理得到淬火后的碳氮共渗的紧固件材料进行油浴冷却。
24.进一步的，步骤4)中将步骤3)中得到淬火后的碳氮共渗的紧固件材料放入含有水溶性脱脂剂的水溶液中进行超声脱脂，得到碳氮共渗紧固件成品，具体包括：
25.将步骤3)中得到淬火后的碳氮共渗的紧固件材料放入含有水溶性脱脂剂的水溶液中进行超声脱脂，得到脱脂后的紧固件材料；
26.将脱脂后的紧固件材料放入清洗设备，加水清洗除去表面脱脂残留，拉网频率30分/次，再次水洗，得到干净的碳氮共渗紧固件材料；
27.将得到的干净的碳氮共渗紧固件材料放入脱水机内，脱水并加热，得到脱水后的紧固件；
28.将脱水后的紧固件放置于烤盘中进行回火处理得到碳氮共渗紧固件成品。
29.进一步的，所述将脱水后的紧固件放置于烤盘中进行回火处理得到碳氮共渗紧固件成品，具体包括：
30.所述回火处理温度在415-420℃之间，时间为80-90min。
31.进一步的，所述将步骤3)中得到淬火后的碳氮共渗的紧固件材料放入含有水溶性脱脂剂的水溶液中进行超声脱脂的水溶性脱脂剂的水溶液的温度设置在60-70℃之间。
32.进一步的，所述步骤3)中碳氮共渗处理的碳氮共渗时间为25min。
33.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
34.1)本发明在实施过程中通过对温度、碳浓度、通入氨气流量以及时间进行合理控制，在保证机械性能(碳氮共渗钢硬度和破坏扭力)的前提下保证精密紧固件不会断裂，降低了成本，缩短了时间；
35.2)本发明要求保护的微碳氮共渗工艺主要针对外径在m0.8mm-m1.2mm之内的精密紧固件的碳氮共渗处理，并将紧固件表面牙部硬度控制在450-500hv之间，芯部硬度控制在370-450hv之间，而目前公开较多的传统渗碳技术要求紧固件表面牙部硬度在550hv以上，
芯部硬度控制在430-490hv之间，该硬度容易造成外径在m0.8mm-m1.2mm之内的精密紧固件发生断裂，从而影响使用。
具体实施方式
36.下面结合实施例对本发明作进一步描述。
37.实施例1一种中碳合金钢精密紧固件微碳氮共渗工艺
38.具体如下步骤：
39.步骤1)：将紧固件材料放入60℃含有水溶性脱脂剂的水溶液中进行超声脱脂10min，然后将脱脂后的紧固件材料放入清洗设备，加水清洗5min除去表面脱脂残留，拉网频率30分/次，再次水洗，得到清洗干净的紧固件材料；
40.步骤2)：将步骤1)中清洗干净的紧固件材料置于脱水机内脱水5min，得到干燥的紧固件材料；
41.步骤3)：将步骤2)中清洗干净的紧固件材料平铺在网带上，所铺厚度为0.4cm，得到待碳氮共渗的紧固件材料；
42.步骤4)：将液化石油气3m3/h与空气20m3/h混合通入变成炉内控制温度为1030℃并经触媒分解出co,h2,n2混合气体，将液化石油气与空气混合分解后的co,h2,n2混合气体流量控制16m3/h通入温度为880℃的淬火炉内并接触步骤3)得到的待碳氮共渗的紧固件材料，在此过程中通入氨气0.25m3/h，碳浓度为0.45％，碳氮共渗时间为23min处理后的紧固件材料经油浴90℃冷却，得到淬火后的碳氮共渗的紧固件材料；
43.步骤5)：将步骤4)中得到的淬火后的紧固件材料放入60-70℃含有水溶性脱脂剂的水溶液中进行超声脱脂8-10min，然后将脱脂后的紧固件材料放入清洗设备，加水清洗8-10min除去表面脱脂残留，拉网频率30分/次，再次水洗，得到干净的碳氮共渗紧固件材料；
44.步骤6)：将步骤5)得到的干净的碳氮共渗紧固件材料放入脱水机内，脱水5min并加热80℃，得到脱水后的紧固件；
45.步骤7)：将脱水后的紧固件放置于烤盘中进行回火处理，回火处理温度415℃，时间80min，得到碳氮共渗紧固件成品。
46.上述步骤4)中所述的触媒为镍触媒；所述的镍触媒为以镍为活性组份,氧化铝为主要载体的二段转化催化剂。
47.实施例2一种中碳合金钢精密紧固件微碳氮共渗工艺
48.具体如下步骤：
49.步骤1)：将紧固件材料放入70℃含有水溶性脱脂剂的水溶液中进行超声脱脂8min，然后将脱脂后的紧固件材料放入清洗设备，加水清洗3min除去表面脱脂残留，拉网频率30分/次，再次水洗，得到清洗干净的紧固件材料；
50.步骤2)：将步骤1)中清洗干净的紧固件材料置于脱水机内脱水5min，得到干燥的紧固件材料；
51.步骤3)：将步骤2)中清洗干净的紧固件材料平铺在网带上，所铺厚度为0.8cm，得到待碳氮共渗的紧固件材料；
52.步骤4)：将液化石油气3.5m3/h与空气25m3/h混合通入变成炉内控制温度为1030℃并经触媒分解出co,h2,n2混合气体，将液化石油气与空气混合分解后的co,h2,n2混合气体
流量控制16m3/h通入温度为890℃的淬火炉内并接触步骤3)得到的待碳氮共渗的紧固件材料，在此过程中通入氨气0.25m3/h，碳浓度为0.5％，碳氮共渗时间为27min处理后的紧固件材料经油浴100℃冷却，得到淬火后的碳氮共渗的紧固件材料；
53.步骤5)：将步骤4)中得到的淬火后的紧固件材料放入70℃含有水溶性脱脂剂的水溶液中进行超声脱脂8min，然后将脱脂后的紧固件材料放入清洗设备，加水清洗8min除去表面脱脂残留，拉网频率30分/次，再次水洗，得到干净的碳氮共渗紧固件材料；
54.步骤6)：将步骤5)得到的干净的碳氮共渗紧固件材料放入脱水机内，脱水5min并加热80℃，得到脱水后的紧固件；
55.步骤7)：将脱水后的紧固件放置于烤盘中进行回火处理，回火处理温度420℃，时间90min，得到碳氮共渗紧固件成品。
56.上述步骤4)中所述的触媒为镍触媒；所述的镍触媒为以镍为活性组份,氧化铝为主要载体的二段转化催化剂。
57.实施例3一种中碳合金钢精密紧固件微碳氮共渗工艺
58.具体如下步骤：
59.步骤1)：将紧固件材料放入65℃含有水溶性脱脂剂的水溶液中进行超声脱脂9min，然后将脱脂后的紧固件材料放入清洗设备，加水清洗4min除去表面脱脂残留，拉网频率30分/次，再次水洗，得到清洗干净的紧固件材料；
60.步骤2)：将步骤1)中清洗干净的紧固件材料置于脱水机内脱水5min，得到干燥的紧固件材料；
61.步骤3)：将步骤2)中清洗干净的紧固件材料平铺在网带上，所铺厚度为0.6cm，得到待碳氮共渗的紧固件材料；
62.步骤4)：将液化石油气3.5m3/h与空气25m3/h混合通入变成炉内控制温度为1030℃并经触媒分解出co,h2,n2混合气体，将液化石油气与空气混合分解后的co,h2,n2混合气体流量控制16m3/h通入温度为885℃的淬火炉内并接触步骤3)得到的待碳氮共渗的紧固件材料，在此过程中通入氨气0.25m3/h，碳浓度为0.48％，碳氮共渗时间为25min处理后的紧固件材料经油浴95℃冷却，得到淬火后的碳氮共渗的紧固件材料；
63.步骤5)：将步骤4)中得到的淬火后的紧固件材料放入65℃含有水溶性脱脂剂的水溶液中进行超声脱脂9min，然后将脱脂后的紧固件材料放入清洗设备，加水清洗9min除去表面脱脂残留，拉网频率30分/次，再次水洗，得到干净的碳氮共渗紧固件材料；
64.步骤6)：将步骤5)得到的干净的碳氮共渗紧固件材料放入脱水机内，脱水5min并加热75℃，得到脱水后的紧固件；
65.步骤7)：将脱水后的紧固件放置于烤盘中进行回火处理，回火处理温度418℃，时间85min，得到碳氮共渗紧固件成品。
66.上述步骤4)中所述的触媒为镍触媒；所述的镍触媒为以镍为活性组份,氧化铝为主要载体的二段转化催化剂。
67.对比例
68.使用本领域常规方法制备紧固件成品，然后进行性能测试。
69.具体操作方法为：
70.步骤1)：将紧固件材料放入65℃含有水溶性脱脂剂的水溶液中进行超声脱脂
9min，然后将脱脂后的紧固件材料放入清洗设备，加水清洗4min除去表面脱脂残留，拉网频率30分/次，再次水洗，得到清洗干净的紧固件材料；
71.步骤2)：将步骤1)中清洗干净的紧固件材料置于脱水机内脱水5min，得到干燥的紧固件材料；
72.步骤3)：将步骤2)中清洗干净的紧固件材料平铺在网带上，所铺厚度为0.6cm，得到待渗碳处理的紧固件材料；
73.步骤4)：将液化石油气3.5m3/h通入变成炉内控制温度为1030℃并经触媒分解，将液化石油气分解后的气体流量控制16m3/h通入温度为900℃的淬火炉内并接触步骤3)得到的待碳氮共渗的紧固件材料，碳浓度为1.0％，接触时间为25min，处理后的紧固件材料经油浴95℃冷却，得到淬火后的渗碳处理的紧固件材料；
74.步骤5)：将步骤4)中得到的淬火后的紧固件材料放入65℃含有水溶性脱脂剂的水溶液中进行超声脱脂9min，然后将脱脂后的紧固件材料放入清洗设备，加水清洗9min除去表面脱脂残留，拉网频率30分/次，再次水洗，得到干净的渗碳处理的紧固件材料；
75.步骤6)：将步骤5)得到的干净的渗碳处理的紧固件材料放入脱水机内，脱水5min并加热75℃，得到脱水后的紧固件；
76.步骤7)：将脱水后的紧固件放置于烤盘中进行回火处理，回火处理温度418℃，时间85min，得到渗碳处理的紧固件成品。
77.上述步骤4)中所述的触媒为镍触媒；所述的镍触媒为以镍为活性组份,氧化铝为主要载体的二段转化催化剂。
78.效果实验
79.根据实施例1-3和对比例公开的方法分别制备精密紧固件成品200件，然后分别随机选取50件进行硬度和破坏扭力测试，取平均值，检测结果见下表1和表2。
80.1、硬度测试
81.检测方法：根据标准iso898-1:2009公开的方法进行检测，检测结果见下表1。
82.表1实施以1-3及对比例制备的紧固件的硬度测试结果
83.实例表面牙部硬度芯部硬度实施例1479hv410hv实施例2480hv421hv实施例3483hv426hv对比例1550hv460hv
84.根据上表1的检测数据可以看出使用本发明中公开的微碳氮共渗工艺，用于制备碳氮共渗紧固件成品，可以使外径在m0.8mm-m1.2mm之内的精密紧固件表面牙部硬度控制在479-484hv之间，芯部硬度控制在407-429hv之间，能够满足使用需求，且不会造成精密紧固件发生断裂的情况发生，而对比例中改变工艺中的参数不在本发明要求保护的范围内得到的精密紧固件表面牙部硬度为550hv，芯部硬度在460hv，该传统工艺容易导致精密紧固件较小外径在m0.8mm-m1.2mm的渗碳层过深，精密紧固件表面脆性增加降低材料塑性变形情况，造成中碳合金钢精密紧固件使用过程会出现断裂现象，不能满足行业需求。
85.2、破坏扭力测试
86.检测方法：根据标准iso898-1:1992公开的方法进行检测，检测结果见下表2。
87.表2实施以1-3及对比例制备的紧固件的破坏扭力结果
88.实例破坏扭力实施例11.22kgf.cm实施例21.24kgf.cm实施例31.28kgf.cm对比例1.08kgf.cm
89.根据上表2的检测数据可以看出本发明提供的微碳氮共渗工艺，用于制备碳氮共渗紧固件成品，可以使外径在m0.8mm-m1.2mm之内的精密紧固件的破坏扭力提升到1.22kgf.cm，并不会发生断裂现象，完全满足使用需求，而对比例中改变工艺中的参数不在本发明要求保护的范围内得到的精密紧固件破坏扭力仅能达到1.08kgf.cm，明显低于本发明，得到的产品不能满足行业需求。
90.惟以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，即大凡依本发明权利要求及发明说明书所记载的内容所作出简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明权利要求所涵盖范围之内。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明之权利范围。