一种5CrNiMo热作钢TD盐浴硼钒共渗表面强化处理工艺 |
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| 申请号 | CN202311755673.3 | 申请日 | 2023-12-20 | 公开(公告)号 | CN117737643A | 公开(公告)日 | 2024-03-22 |
| 申请人 | 海安北京机电研究所锻压产业研发中心; | 发明人 | 蒋鹏; 邓裕彤; 陈浩; 元莎; 金浩星; 朱喆; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及金属 表面处理 技术领域，且公开了一种5CrNiMo热作 钢 TD盐浴 硼 钒 共渗表面强化处理工艺，包括以下步骤：S1：入货检查：对 工件 进行检查，检测工件是否有焊补修复和裂纹 缺陷 ；S2：表面 抛光 ：对工件进行打磨抛光处理；S3： 脱脂 清洁：采用金属清洁剂对工件表面进行脱脂处理，除去机加工残留的矿物油，然后使用清 水 进行清洗；S4：安装工件：将清洗完成的工件整齐装夹悬挂在货架处，等待入炉；S5：预热：对工件进行预 热处理 ；通过将 合金 钢在高温下进行盐浴共渗，使 合金钢 在几乎不 变形 的情况下使合金钢表面形成共渗层，提高了合金钢表面的热强性和抗 氧 化性，并具有抗氢 腐蚀 能 力 ，持久强度高。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种5CrNiMo热作钢TD盐浴硼钒共渗表面强化处理工艺，其特征在于，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种5CrNiMo热作钢TD盐浴硼钒共渗表面强化处理工艺技术领域背景技术[0002] 目前，随着航空航天、地质钻探、机械加工和模具制造工业的飞速发展，单一的材料已经无法满足高性能特种装备的使用要求，航空和地质勘探用高承载相对运动件，对材料的承载能力和表面耐磨特性的要求越来越高，材料耐磨与强化技术应运而生，并广泛应用在航空航天、地质钻探、机械加工和模具制造工业的运动部件之中，提高装备的服役性能与寿命。 [0004] 为此，我们提出一种5CrNiMo热作钢TD盐浴硼钒共渗表面强化处理工艺。 发明内容[0005] 本发明主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种5CrNiMo热作钢TD盐浴硼钒共渗表面强化处理工艺。 [0006] 为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种5CrNiMo热作钢TD盐浴硼钒共渗表面强化处理工艺，包括以下步骤： [0008] S2：表面抛光：对工件进行打磨抛光处理； [0010] S4：安装工件：将清洗完成的工件整齐装夹悬挂在货架处，等待入炉； [0012] S6：盐浴共渗：加入混合好的共渗盐浴配方搅拌均匀，建浴完成后进行升温，待共渗盐浴温度达到930℃后，将装有工件的货架放置于盐浴炉之中，并保温4h，获得共渗层； [0013] S7：后续热处理：工件进行盐浴处理后，对工件进行淬火，然后再进行回火处理； [0014] S8：表面粘盐清洗：使用废水的工件进行沸煮，沸煮1‑2h后，去除表面的粘盐，以此合金钢表面硼砂盐浴硼铬共渗处理工艺完成。 [0015] 作为对上述方案的进一步限定，所述共渗盐浴配方包括75％无水硼砂、5％氟化钠、10％三氧化二铬和15％铝，其中无水硼砂和铝的反应公式为：Na2B4O7+4Al＝Na2O+2Al2O3+4[B]，三氧化二铬和铝的反应公式为：Cr2O3+4Al＝Al2O3+2[Cr]。 [0016] 作为对上述方案的进一步限定，所述S2步骤中，表面抛光详细步骤为：将工件表面利用砂纸进行打磨，再利用抛光机进行抛光处理。 [0017] 作为对上述方案的进一步限定，所述盐浴炉包括盐浴炉外壳，盐浴炉外壳的顶部设置有炉盖，盐浴炉外壳的内部开设有炉膛腔，盐浴炉外壳的内壁均匀设置有电热元件，盐浴炉外壳的内壁底部固定安装有坩埚支架，坩埚支架的顶部固定安装有坩埚本体，坩埚本体的外壁上端固定安装有坩埚固定圈，且坩埚固定圈远离坩埚本体的一端与盐浴炉外壳的内壁固定连接，坩埚本体的内部设置有中心热电偶，且中心热电偶的顶部贯穿炉盖的顶部，盐浴炉外壳的内部设置有控温热电偶，且控温热电偶的右侧壁面贯穿盐浴炉外壳的右侧壁面。 [0018] 有益效果 [0019] 本发明提供了一种5CrNiMo热作钢TD盐浴硼钒共渗表面强化处理工艺。具备以下有益效果： [0020] 该一种5CrNiMo热作钢TD盐浴硼钒共渗表面强化处理工艺，通过将合金钢在高温下进行盐浴共渗，使合金钢在几乎不变形的情况下使合金钢表面形成共渗层，提高了合金钢表面的热强性和抗氧化性，并具有抗氢腐蚀能力，持久强度高。 [0021] 该一种5CrNiMo热作钢TD盐浴硼钒共渗表面强化处理工艺，共渗盐浴配方使用易于在盐浴中溶解和悬浮的三氧化二铬(Cr2O3)为供铬剂，这样供剂既利用悬浮于盐浴中又解决了粘附工件表面的问题，从而大大降低了劳动量以及成本控制。 [0022] 该一种5CrNiMo热作钢TD盐浴硼钒共渗表面强化处理工艺，由于在发明选择了金属氧化物Cr2O3作为供铬剂，所以为了得到活性铬原子，还需要添加适量的还原剂，通过加热到一定温度，保温一定时间后把活性铬原子从其金属氧化物中还原出来，以顺利进行覆层的形成过程，加入铝粉作为还原剂时熔盐流动性且渗铬效果最好，加入铝粉所还原出的活性铬原子与硼原子，在熔盐中被吸附于工件表面，在盐浴过程中能够不断向内部扩散。附图说明 [0023] 图1为本发明的盐浴炉内部结构透视图。 [0024] 图例说明：10、盐浴炉外壳；11、炉盖；12、炉膛腔；13、电热元件；14、坩埚支架；15、坩埚本体；16、坩埚固定圈；17、中心热电偶；18、控温热电偶。 具体实施方式[0025] 为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见的，下面描述中的附图仅仅是示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其他的实施附图。 [0026] 本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。 [0027] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。 [0028] 在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“内”、“外”、“侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。 [0029] 在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。 [0030] 实施例：一种5CrNiMo热作钢TD盐浴硼钒共渗表面强化处理工艺，如图1所示，包括如下步骤： [0031] S1：入货检查：对工件进行检查，检测工件是否有焊补修复和裂纹缺陷； [0032] S2：表面抛光：对工件进行打磨抛光处理； [0033] S3：脱脂清洁：采用金属清洁剂对工件表面进行脱脂处理，除去机加工残留的矿物油，然后使用清水进行清洗； [0034] S4：安装工件：将清洗完成的工件整齐装夹悬挂在货架处，等待入炉； [0035] S5：预热：对工件进行预热处理； [0036] S6：盐浴共渗：加入混合好的共渗盐浴配方搅拌均匀，建浴完成后进行升温，待共渗盐浴温度达到930℃后，将装有工件的货架放置于盐浴炉之中，并保温4h，获得共渗层； [0037] S7：后续热处理：工件进行盐浴处理后，对工件进行淬火，然后再进行回火处理； [0038] S8：表面粘盐清洗：使用废水的工件进行沸煮，沸煮1‑2h后，去除表面的粘盐，以此合金钢表面硼砂盐浴硼铬共渗处理工艺完成。 [0039] 其中，共渗盐浴配方包括75％无水硼砂、5％氟化钠、10％三氧化二铬和15％铝，其中：无水硼砂和铝的反应公式为：Na2B4O7+4Al＝Na2O+2Al2O3+4[B]，三氧化二铬和铝的反应公式为：Cr2O3+4Al＝Al2O3+2[Cr]。 [0040] 其中，共渗盐浴配方使用工业硼砂(Na2B4O7·10H2O)作为处理试验基盐，其纯度为99.5％，比重为1.73g/cm，熔点为740℃，工业硼砂在380℃时所有结晶水蒸发，故在盐浴处理前需先将工业硼砂进行脱水处理后得到无水硼砂(Na2B4O7)后方可混合其他配方成分。 [0041] 硼砂盐浴的流动性较中性盐浴等较差，因此为了加强盐浴流动性使盐浴配方与硼砂均匀混合并分布于工件表面周围，活化剂的加入十分必要，盐浴中加入氟化钠(NaF)作为活化剂有助于保证覆层的生成，且氟化钠(NaF)在盐浴中不参与Cr2O3和硼砂的分解，添加量不超过9％。 [0042] 其中，共渗盐浴配方使用易于在盐浴中溶解和悬浮的三氧化二铬(Cr2O3)为供铬剂，这样供剂既利用悬浮于盐浴中又解决了粘附工件表面的问题，从而大大降低了劳动量以及成本控制，供铬剂三氧化二铬(Cr2O3)其熔点为2500K，沸点为4190K，比重为5.13g/cm，化学性质为：不溶于水、酸和碱的溶液，溶于热的酸钾溶液，纯度为99.0％。 [0043] 由于在发明选择了金属氧化物Cr2O3作为供铬剂，所以为了得到活性铬原子，还需要添加适量的还原剂，通过加热到一定温度，保温一定时间后把活性铬原子从其金属氧化物中还原出来，以顺利进行覆层的形成过程，加入铝粉作为还原剂时熔盐流动性且渗铬效果最好，加入铝粉所还原出的活性铬原子与硼原子，在熔盐中被吸附于工件表面，在盐浴过程中能够不断向内部扩散，还原剂铝粒纯度约99.5％，比重为2.7g/cm3，规格为φ2.0mm。 [0044] 综上所述，硼铬多元复合共渗所使用的盐浴主要成分为：基盐选取75％无水硼砂(Na2B4O7)，还原剂选取15％铝粒(Al)，供铬剂选取10％三氧化二铬(Cr2O3)，活化剂选取5％氟化钠(NaF)。 [0045] 其中，S2步骤中，表面抛光详细步骤为：将工件表面利用砂纸进行打磨，再利用抛光机进行抛光处理。 [0046] 其中，盐浴炉包括盐浴炉外壳10，盐浴炉外壳10的顶部设置有炉盖11，盐浴炉外壳10的内部开设有炉膛腔12，盐浴炉外壳10的内壁均匀设置有电热元件13，盐浴炉外壳10的内壁底部固定安装有坩埚支架14，坩埚支架14的顶部固定安装有坩埚本体15，坩埚本体15的外壁上端固定安装有坩埚固定圈16，且坩埚固定圈16远离坩埚本体15的一端与盐浴炉外壳10的内壁固定连接，坩埚本体15的内部设置有中心热电偶17，且中心热电偶17的顶部贯穿炉盖11的顶部，盐浴炉外壳10的内部设置有控温热电偶18，且控温热电偶18的右侧壁面贯穿盐浴炉外壳10的右侧壁面。 [0047] 本发明中工件的力学性能为： [0048] 抗拉强度σb(MPa):≥440； [0049] 屈服强度σs(MPa):≥295； [0050] 伸长率δ5(％):≥22； [0051] 断面收缩率ψ(％):≥60； [0052] 冲击功Akv(J):≥94。 [0053] 本发明的工件材料成分包括： [0056] 锰：0.40‑0.70； [0057] 硫：≤0.035； [0058] 磷：≤0.035； [0059] 铬：0.80‑1.10； [0060] 钼：0.40‑0.55； [0061] 镍：≤0.30； [0062] 铜：≤0.25。 [0063] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。 |
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