本發明屬于金屬材料熱處理技術領域，具體涉及一種控制31CrMoV9齒輪材料氮化物的熱處理方法。

　　背景技術：

　　為了提高31CrMoV9齒輪表面的硬度及耐磨性，現階段國內通常使用氣體滲氮作為提高31CrMoV9齒輪表面性能的有效熱處理方法，工業生產中要求31CrMoV9齒輪材料的氮化層層深≥0.6mm。31CrMoV9由于含有V元素，其氮化時氮原子的滲入速度低，V等高合金元素阻礙了氮原子的進入，若形成氮化物則氮原子很難遷移而擴散，因此材質不容易形成白亮層以及疏松，且氮化物很難控制?，F階段氣體滲氮中常采用以下方法：1、嚴格控制滲氮工藝，特別要控制爐氣的氮勢，減輕或防止脈狀或網狀氮化物的形成；2、嚴格控制氨氣中的水分，采用一級液氨或采用高效的吸濕劑，以降低其水分含量；3、工件設計時，應避免尖角呈銳角，控制工件表面的粗糙度。

　　現有工藝由于氣體滲氮工藝不當，氮化層常出現網狀及脈狀氮化物，嚴重影響滲氮質量，使滲層脆性增加，降低了氮化層的疲勞強度和耐磨性，氮化層極易脫落?，F有工藝氮化后31CrMoV9齒輪材料的金相組織中氮化物較為嚴重，根據GB/T11354金相組織評判標準，氮化物級別為4級。

　　技術實現要素：

　　本發明主要提供了一種控制31CrMoV9齒輪材料氮化物的熱處理方法，有效解決了原有氮化工藝產生的網狀或者脈狀氮化物的問題，從而有效提高了31CrMoV9齒輪材料氮化層的耐疲勞強度和耐磨性。其技術方案如下：

　　一種控制31CrMoV9齒輪材料氮化物的熱處理方法，包括以下步驟：

　　(1)預處理：調質奧氏體化溫度為910-920℃，高溫奧氏體化將避免基體鐵素體以及貝氏體的形成，使嚴重脈狀網狀氮化物的載體消除，回火控制調質硬度在330-350HB，使用有機溶劑對31CrMoV9齒輪清洗，除去31CrMoV9齒輪上的油漬及殘物，對31CrMoV9齒輪進行防滲，裝架后吊入氣體滲氮爐內；

　　(2)排氣：檢查爐蓋蓋好無誤后，調整電壓、電流，對滲氮爐進行升溫并通氮氣；

　　(3)氧化：當爐溫升到300-350℃時，關閉氮氣，通入氧氣，對工件進行高強度氧化處理，打破V元素對氮原子的阻尼，氧化結束后關閉氧氣，通氮氣，繼續對爐體升溫；

　　(4)強滲：當爐溫升到440-460℃時，通入氨氣進行氨氣置換，當爐溫升至550-570℃時，控制氮勢及氮化時間進行強滲，使快速氮化形成氮化層主體；

　　(5)擴散：強滲結束后，擴散采用低溫高氮勢與高溫低氮勢的變溫交替勢能控制模型，先510℃且氮勢0.5保持10h，再升溫至530℃且氮勢2.18保持10h，交替3次進行擴散處理，層深要求更深時可以增加交替次數；

　　(6)冷卻：擴散結束后，關閉氨氣，繼續通入氮氣，使爐溫緩冷再進行風冷，工件出爐即可。

　　優選的，步驟(1)中所述有機溶劑為酒精。

　　優選的，步驟(2)中通入氮氣的流量為15-20m3/h，爐壓為300-400Pa。

　　優選的，步驟(3)中氧氣流量為0.8m3/h，氧化時間為60min。

　　優選的，步驟(4)中在氮勢16、氮化時間10h的條件下進行強滲。

　　優選的，步驟(6)中當爐溫緩冷至400-450℃時開冷風機進行風冷，風冷至150-180℃工件出爐。

　　優選的，所述氣體滲氮爐為井式氣體滲氮爐或罩式氣體滲氮爐。

　　采用上述方案，本發明具有以下優點：

　　本發明工藝設計合理，氮化前910-920℃高溫奧氏體化調質可以為氮化提供優良的基體，摒棄常規的890-900℃奧氏體化工藝，該工藝在氣體氮化階段之前添加人工氧化干預過程，31CrMoV9需要更高的氧氣流量以及保持時間以打破V元素對氮原子的阻尼，將在31CrMoV9齒輪材料表面快速生成一層較薄的均勻氧化膜，該氧化膜具有很高的表面自由能，對氮化物有很強的吸附性，顯著提高了工件表面的氮含量，增大了工件表面的氮濃度梯度，形成了高的濃度差，顯著提高了氮原子向基體擴散速度，避免了脈狀及網狀氮化物的形成，提高了工件表面耐疲勞強度和耐磨性。強滲階段采用高溫高氮勢模型，將V等合金元素對氮原子的阻尼打破，快速形成氮化層的主體，在擴散時采用變溫勢能交替控制模型，高溫低氮勢擴散可以擴散氮化物，低溫高氮勢擴散可以增加層深，通過該工藝路線可以將強滲產生的氮化物擴散同時不形成嚴重脈狀氮化物。同時本發明在氧化階段不用附加任何輔助設備，氧化介質為瓶裝工業氧氣，通過管道配以流量計接入爐膛內，比單純空氣中氧化更均勻且效率更高，氧化與氮化同在氣體滲氮爐內進行，操作簡單易行。

　　附圖說明

　　圖1為現有氮化工藝曲線圖；

　　圖2為本發明氮化工藝曲線圖；

　　圖3為現有工藝氣體滲氮層中氮化物的金相組織；

　　圖4為本發明中氣體滲氮層中氮化物的金相組織。

　　具體實施方式

　　以下實施例中的實驗方法如無特殊規定，均為常規方法，所涉及的實驗試劑及材料如無特殊規定均為常規生化試劑和材料。

　　實施例1

　　一種控制31CrMoV9齒輪材料氮化物的熱處理方法，包括以下步驟：

　　(1)預處理：調質奧氏體化溫度為920℃，回火控制調質硬度在330HB，使用酒精對31CrMoV9齒輪清洗，除去31CrMoV9齒輪上的油漬及殘物，對31CrMoV9齒輪進行防滲，裝架后吊入井式氣體滲氮爐或罩式氣體滲氮爐內；

　　(2)排氣：對滲氮爐進行升溫并通氮氣，氮氣的流量為15m3/h，爐壓為400Pa；

　　(3)氧化：當爐溫升到300℃時，關閉氮氣，通入氧氣，對工件進行高強度氧化處理，氧氣流量為0.8m3/h，氧化時間為60min，氧化結束后關閉氧氣，通氮氣，繼續對爐體升溫；

　　(4)強滲：當爐溫升到460℃時，通入氨氣進行氨氣置換，當爐溫升至550℃時，在氮勢16、氮化時間10h的條件下進行強滲，使快速氮化形成氮化層主體；

　　(5)擴散：強滲結束后，先510℃且氮勢0.5保持10h，再升溫至530℃且氮勢2.18保持10h，交替進行擴散處理3次；

　　(6)冷卻：擴散結束后，關閉氨氣，繼續通入氮氣，使爐溫緩冷至450℃時開冷風機進行風冷，風冷至150℃工件出爐即可。

　　上述工藝流程如圖2所示。

　　實施例2

　　一種控制31CrMoV9齒輪材料氮化物的熱處理方法，包括以下步驟：

　　(1)預處理：調質奧氏體化溫度為910℃，回火控制調質硬度在350HB，使用酒精對31CrMoV9齒輪清洗，除去31CrMoV9齒輪上的油漬及殘物，對31CrMoV9齒輪進行防滲，裝架后吊入井式氣體滲氮爐或罩式氣體滲氮爐內；

　　(2)排氣：對滲氮爐進行升溫并通氮氣，氮氣的流量為20m3/h，爐壓為300Pa；

　　(3)氧化：當爐溫升到350℃時，關閉氮氣，通入氧氣，對工件進行高強度氧化處理，氧氣流量為0.8m3/h，氧化時間為60min，氧化結束后關閉氧氣，通氮氣，繼續對爐體升溫；

　　(4)強滲：當爐溫升到440℃時，通入氨氣進行氨氣置換，當爐溫升至570℃時，在氮勢16、氮化時間10h的條件下進行強滲，使快速氮化形成氮化層主體；

　　(5)擴散：強滲結束后，先510℃且氮勢0.5保持10h，再升溫至530℃且氮勢2.18保持10h，交替進行擴散處理3次；

　　(6)冷卻：擴散結束后，關閉氨氣，繼續通入氮氣，使爐溫緩冷至400℃時開冷風機進行風冷，風冷至180℃工件出爐即可。

　　對比例1

　　31CrMoV9齒輪至于滲氮爐中進行升溫并通氮氣保護，再在氮勢為6的條件下進行強滲，再進行恒溫擴散，冷卻即可，該常規工藝流程如圖1所示。

　　結果檢測

　　取實施例1及對比例1工藝制備的工件，分別觀察滲氮層中氮化物的金相組織。根據GB/T11354金相組織評判標準，實施例1工藝形成的氮化物擴散層中僅有少量呈脈狀分布的氮化物，級別為1級，氮化層深可以達到0.65mm，表面硬度可以達到850HV1，具體滲氮層中氮化物的金相組織如圖4所示?，F有工藝即對比例1中工藝氮化后31CrMoV9齒輪材料的金相組織中有較嚴重脈狀和少量斷續網狀分布的氮化物，根據GB/T11354金相組織評判標準，氮化物級別為4級，金相組織如圖3所示。

　　經分析可知，本工藝氮化前910-920℃高溫奧氏體化調質可以為氮化提供優良的基體，本發明中對丼式氣體滲氮爐升溫，當溫度達到一定溫度時，關閉氮氣閥門，打開氧氣流量計，通過人工氧氣流量干預對工件進行高強度氧化處理，打破V元素對氮原子的阻尼，瓶裝高純氧氣的預氧化效果比常規的空氣中氧化更均勻、更純凈、效率更高，經過此氧化處理，31CrMoV9齒輪材料表面形成一層極薄的均勻氧化膜，該氧化膜松散，缺陷較多，表面自由能很高，對氮化物有很強的吸附性，顯著提高了工件表面的氮含量，增大了材料表面氮濃度梯度，加快了氮原子向基體擴散的速度。強滲階段采用高溫高氮勢模型，將合金元素對氮原子的阻尼打破，快速形成氮化層的主體，在擴散時采用變溫勢能交替控制模型，高溫低氮勢擴散可以擴散氮化物，低溫高氮勢擴散可以增加層深，通過該工藝路線可以將強滲產生的氮化物擴散同時不形成嚴重脈狀氮化物。同無氧化階段氣體滲氮相比，工件經過相同處理溫度、時間及相同氮勢處理后，本發明工藝氮化后的氮化層中不存在脈狀或網狀氮化物，使氮化物從4級降到1級，進而提高了31CrMoV9齒輪材料表面疲勞強度及其耐磨性。同時通過氮化前的氧化處理，工件表面殘留的殘物、油漬將會被燃燒掉，起到對工件清掃的作用，同時去除了爐內及工件上殘留的水漬。

　　本發明不用附加任何輔助設備，氧化階段的瓶裝工業氧氣，管道連接，配以精確控制的流量計，控制精確簡單方便。