一种气体氮化方法 |
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| 申请号 | CN202311331685.3 | 申请日 | 2023-10-13 | 公开(公告)号 | CN117535616A | 公开(公告)日 | 2024-02-09 |
| 申请人 | 中国航发长江动力有限公司; | 发明人 | 袁贵; 嵇佳佳; 宾浩宇; 刘亚雄; 郝瑶; 李唯健; 柳禄敏; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属于局部氮化 热处理 技术领域，具体涉及一种气体氮化方法，依次包括调质步骤、 涂装 保护步骤、吹砂步骤和渗氮步骤，本发明将传统的保温时间和工艺 温度 进行了 修改 ，降低了工艺时间，且由原本的分两阶段渗氮，优化为一阶段渗氮，节约了 能源 成本，提升了生产效率。通过 真空 油淬后回火，有效的保证了心部硬度；同时，本发明采用零件表面吹砂和 坩埚 内部添加氯化 氨 混合物进行双效表面活化，优化氮化工艺参数，有效的提高了渗氮层深度，确保了渗氮层硬度、金相组织，在1Cr12Ni2WMoVNb材料热处理技术领域，具有推广应用价值。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种气体氮化方法，用于执行1Cr12Ni2WMoVNb钢工件的表面渗氮，其特征在于，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种气体氮化方法技术领域背景技术[0002] 针对马氏体不锈钢1Cr12Ni2WMoVNb所制造的轴类零件，因其要求具有高的耐磨性、抗疲劳性、抗腐蚀性，通常需采用渗氮处理进行表面强化。在实际生产过程中，由于不锈钢的材料特性，通过常规工艺氮化，室温入炉，200℃以下通氨排气至氨分解率为零。升温至400℃保温1‑2h。再缓慢升温至545℃±5℃，保温30h，再升温到565±5℃，保温20h。保温期间，氨分解率为40‑60％，随炉通氨冷却至200℃以下出炉空冷。会出现因渗氮层深度不够(见图4、5)，表面氮化层硬度不够，氮化时间长，渗氮层组织不合格(见图6)等一系列问题，不能正常使用。 发明内容[0003] 有鉴于此，本发明提供一种气体氮化方法，采用新型渗氮工艺，解决了渗层深度不够，表面渗氮层硬度不够，渗层金相组织不合格等问题，满足工件在使用和加工过程中对渗层的要求。 [0004] 为了实现上述技术目的，本发明所采用的具体技术方案为： [0005] 一种气体氮化方法，用于执行1Cr12Ni2WMoVNb钢工件的表面渗氮包括以下步骤： [0006] S101、调质：将工件的渗氮部分调质为心部硬度HRC30～37； [0007] S102、涂料保护：对所述工件的非渗氮面进行涂装保护，涂装的厚度为0.5‑1mm； [0008] S103、吹砂：将所述工件的渗氮面执行吹砂，使渗氮面的粗糙度小于等于0.8μm； [0010] 进一步的，所述S101中，采用双室油淬真空炉对所述工件执行调质，调质过程包括以下步骤：1140‑1170℃保温45‑55min→油冷→600℃‑620℃保温100‑120min； [0011] 其中，所述双室油淬真空炉在调质过程中的真空度设置为0.133‑1.33Pa。 [0013] 所述堵塞与所述涂装之间还包括轻吹步骤：采用细砂对所述非渗氮面执行均匀轻吹。 [0014] 进一步的，所述涂装采用的涂料为A‑N‑O‑2型；若所述涂料的粘稠度过高，则在所述涂料中加入蒸馏水后在47‑53℃的热水中进行加热并搅拌均匀。 [0015] 进一步的，所述涂装后还包括烘干步骤：第一阶段烘干温度为100±10℃，烘干时长为1.8‑2.2h；第二阶段烘干温度为150±10℃，烘干时长为1.8‑2.2h。 [0016] 进一步的，所述S103中，所述吹砂的空气压力≤0.2Mpa，吹砂的砂子粒度为150‑200目，砂子为刚玉砂。 [0017] 进一步的，所述S103完成后与所述S104开始之前的时间间隔为不大于2h。 [0018] 进一步的，所述S104具体包括以下步骤： [0019] S104.1、装炉：将所述工件悬挂在渗氮炉内； [0020] 在渗氮炉内布置坩埚，所述坩埚内放置混合均匀的且质量比为0.27～0.41:1的氯化氨和石英砂； [0021] S104.2、炉内渗氮：设置所述渗氮炉在200℃以下执行通氨排气，至所述渗氮炉内的氨分解率为零→渗氮炉内升温至400℃，保温1‑2h→渗氮炉内升温至570℃±5℃，保温43‑47h； [0022] 其中：所述S104.2中，两次保温过程中的氨分解率为50‑70％。 [0023] 进一步的，所述S104.2中，在渗氮炉内升温至570℃±5℃，保温43‑47h后还包括：在所述渗氮炉内通氨冷却至200℃以下→将所述工件出炉空冷。 [0024] 采用上述技术方案，本发明能够带来以下有益效果： [0025] 本发明将传统的保温时间和工艺温度进行了修改，降低了工艺时间，且由原本的分两阶段渗氮，优化为一阶段渗氮，节约了能源成本，提升了生产效率。通过真空油淬后回火，有效的保证了心部硬度；采用涂料和石棉绳堵塞，保护了非渗氮面且降低加工成本；通过零件装挂，热处理变形得到了有效的控制；同时，本发明采用零件表面吹砂和坩埚内部添加氯化氨混合物进行双效表面活化，优化氮化工艺参数，有效的提高了渗氮层深度，确保了渗氮层硬度、金相组织，在1Cr12Ni2WMoVNb材料热处理技术领域，具有推广应用价值。附图说明 [0026] 为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它的附图。 [0027] 图1为工件结构图； [0028] 图2为调质工艺曲线； [0029] 图3为工件炉内渗氮过程的挂装方式示意图； [0030] 图4为现有技术中工件的渗氮层深度示意图； [0031] 图5为现有技术中工件的渗氮层深度示意图； [0032] 图6为现有技术中工件的渗氮层组织结构示意图； [0033] 图7为经本发明实施例处理后的工件渗氮层深度示意图； [0034] 图8为经本发明实施例处理后的工件渗氮层深度示意图； [0035] 图9为经本发明实施例处理后的工件渗氮层组织结构示意图； [0036] 其中：1、渗氮面。 具体实施方式[0037] 下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。 [0038] 以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。 [0039] 要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。 [0040] 还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。 [0041] 另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。 [0042] 针对马氏体不锈钢1Cr12Ni2WMoVNb所制造的轴类零件，因其要求具有高的耐磨性、抗疲劳性、抗腐蚀性，通常需采用渗氮处理进行表面强化。在实际生产过程中，由于不锈钢的材料特性，通过常规工艺氮化，室温入炉，200℃以下通氨排气至氨分解率为零。升温至400℃保温1‑2h。再缓慢升温至545℃±5℃，保温30h，再升温到565±5℃，保温20h。保温期间，氨分解率为40‑60％，随炉通氨冷却至200℃以下出炉空冷。会出现因渗氮层深度不够(见图4、5)，表面氮化层硬度不够，氮化时间长，渗氮层组织不合格(见图6)等一系列问题，不能正常使用。 [0043] 在本发明的一个实施例中，提出一种气体氮化方法，用于执行如图1所示的1Cr12Ni2WMoVNb钢工件的表面渗氮，包括以下步骤： [0044] S101、调质：将工件的渗氮部分调质为心部硬度HRC30～37； [0045] S102、涂料保护：对工件的非渗氮面进行涂装保护，涂装的厚度为0.5‑1mm； [0046] S103、吹砂：将工件的渗氮面1执行吹砂，使渗氮面1的粗糙度小于等于0.8μm； [0047] S104、渗氮：将零件放入坩埚内，基于混合后的氯化氨和石英砂的反应在渗氮面1制造出渗氮层。 [0048] 在本实施例中，S101中，采用双室油淬真空炉对工件执行调质，调质过程包括以下步骤：1140‑1170℃保温45‑55min→油冷→600℃‑620℃保温100‑120min； [0049] 其中，双室油淬真空炉在调质过程中的真空度设置为0.133‑1.33Pa。 [0050] 在本实施例中，S102中，在涂装非渗氮面之前，对非渗氮面的小孔基于石棉绳进行堵塞；涂装采用分层涂装的方式，分层的次数为至少两次； [0051] 堵塞与涂装之间还包括轻吹步骤：采用细砂对非渗氮面执行均匀轻吹。 [0052] 在本实施例中，涂装采用的涂料为A‑N‑O‑2型；若涂料的粘稠度过高，则在涂料中加入蒸馏水后在47‑53℃的热水中进行加热并搅拌均匀。 [0053] 在本实施例中，涂装后还包括烘干步骤：第一阶段烘干温度为100±10℃，烘干时长为1.8‑2.2h；第二阶段烘干温度为150±10℃，烘干时长为1.8‑2.2h。 [0054] 在本实施例中，S103中，吹砂的空气压力≤0.2Mpa，吹砂的砂子粒度为150‑200目，砂子为刚玉砂。 [0055] 在本实施例中，S103完成后与S104开始之前的时间间隔为不大于2h。 [0056] 在本实施例中，S104具体包括以下步骤： [0057] S104.1、装炉：将工件悬挂在渗氮炉内； [0058] 在渗氮炉内布置坩埚，坩埚内放置混合均匀的且质量比为0.27：1‑0.41:1的氯化氨和石英砂； [0059] S104.2、炉内渗氮：设置渗氮炉在200℃以下执行通氨排气，至渗氮炉内的氨分解率为零→渗氮炉内升温至400℃，保温1‑2h→渗氮炉内升温至570℃±5℃，保温43‑47h； [0060] 其中：S104.2中，两次保温过程中的氨分解率为50‑70％。 [0061] 在本实施例中，S104.2中，在渗氮炉内升温至570℃±5℃，保温43‑47h后还包括：在渗氮炉内通氨冷却至200℃以下→将工件出炉空冷。 [0062] 工艺方法： [0063] 调质→涂料保护→吹砂→渗氮→检测 [0064] 1.保证心部硬度 [0065] 氮化处理是工件制造过程中的最后一道工序，工件氮化后只进行精磨或研磨加工，为保证零件心部具有高的强度和韧性，此次我们对该零件在渗氮处理之前进行调质处理，要求心部硬度HRC30～37。因零件中段柄处后续加工不易进行，固所留加工余量少，调质处理采用双室油淬真空炉，保温过程真空度0.133‑1.33Pa，以保证零件后续加工余量。 [0066] 2.非渗氮面的保护 [0067] 考虑到加工效率与成本，此次非渗氮面采用涂料保护。(步骤如下)，非渗氮区的小孔采用石棉绳堵塞。 [0068] (1)吹砂：除渗氮面1外，其余表面细砂均匀轻吹(注:吹砂与涂料工序间隔时间不得超过6h)； [0069] (2)预热：电炉温度70‑90℃时间40‑60min； [0070] (3)调整涂料(A‑N‑O‑2型)：涂料使用前需用洁净玻璃棒或金属棒搅拌均匀，且在涂零件前进行试涂,若过稠，则可添加适量蒸馏水，并在50℃热水中加热，搅拌均匀后再使用； [0071] (4)涂刷：用毛笔或毛刷，将涂料均匀涂在除渗氮面1以外的非渗氮面。先薄薄涂刷一次，待第一层表干后，再涂刷第二层。反复涂刷2‑3次。涂层厚度以0.5‑1mm为宜； [0074] 3.渗氮面1状态准备 [0075] (1)表面加工粗糙度控制在Ra不大于0.8μm。 [0077] 4.渗氮 [0078] (1)装挂：用镍铬丝绑扎零件，渗氮过程中采用垂直吊挂的方式装挂零件(如图3所示)。 [0079] (2)渗氮 [0080] 坩埚内放置氯化氨18‑22g,石英砂54‑66g,混合均匀；零件室温入炉，200℃以下通氨排气至氨分解率为零。升温至400℃保温1‑2h。再缓慢升温至570℃±5℃，保温43‑47h。保温期间，氨分解率为50‑70％，随炉通氨冷却至200℃以下出炉空冷。 [0081] 5.检测 [0082] 检查J表面硬度HR15N≥83 [0083] 检查渗层深度≥0.30 [0084] 检查心部硬度HB285～341(HRC30‑37) [0085] 检查J面外圆跳动≤0.03 [0086] 按HB5022检查心部和渗层金相组织 [0087] 经本实施例氮化后的工件的性能检测表如表1所示 [0088] 表一：氮化后性能检测表 [0089] [0090] 由上表可知，本实施例有效的提高了渗氮层深度(见图7、8)，确保了渗氮层硬度、金相组织(见图9)，在1Cr12Ni2WMoVNb材料热处理技术领域，具有推广应用价值。 [0091] 以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。 |
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