00Ni18Co8Mo5AlTi高強度馬氏體時效鋼的氣體滲氮工藝的製作方法
2023-05-01 02:02:11
專利名稱：00Ni18Co8Mo5AlTi高強度馬氏體時效鋼的氣體滲氮工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種高強度馬氏體時效鋼的滲氮熱處理工藝，特別是 00Nil8Co8Mo5AlTi材料的氣體滲氮工藝。
背景技術：
滲氮熱處理是將活性的氮原子滲入零件表面，形成一層極硬的合金氮化物，以提 高表層的硬度、耐磨性和耐腐蝕性。滲氮的工藝方法主要包括氣體滲氮、液體滲氮和離子滲 氮等，其中氣體滲氮佔主導地位。滲氮處理通常在460 650°C下進行，其最大的優點是滲 後零件畸變小。目前，滲氮處理的鋼種主要包括合金結構鋼和各種不鏽鋼。00Nil8Co8Mo5AlTi是一種高強度馬氏體時效鋼，它具有優良的機械性能，固溶處 理後，其顯微組織為超低碳、高鎳的單相馬氏體；時效處理後，在馬氏體區域的金屬間化合 物沉澱析出、細化和彌散，使材料得以強化，其強度、塑性和韌性匹配優良，主要應用於航空 航天、石油化工和原子能等重要工業領域。美中不足的是，與其他高強度鋼一樣，這種材料 的疲勞強度偏低。近年來，旨在改善表面抗疲勞特性的研究主要集中在表面噴丸處理和表 面改性熱處理等方面。其中，滲氮處理無疑是一種較好的選擇，但由於這種材料的表面有 一層阻礙活性氮原子滲入的鈍化膜，採用常規的滲氮方法，無法形成有效的滲氮層，用於 OONi 18Co8Mo5AlTi材料的氣體滲氮工藝尚屬空白。
發明內容
為了能採用表面改性熱處理來改善高強度馬氏體時效鋼的表面抗疲勞特性，本發 明的目的是提供一種OONi 18Co8Mo5AlTi高強度馬氏體時效鋼的氣體滲氮工藝，採用該氣 體滲氮工藝，滲氮零件尺寸和形狀的畸變小，心部具有優良的強度、塑性和韌性，且顯著提 高表面的耐磨性和抗疲勞性。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的一種00Nil8Co8Mo5AlTi高強度馬氏體時效鋼的氣體滲氮工藝，其特徵在於該工 藝按下列步驟進行1)對原材料進行固溶處理，然後將零件加工至成品尺寸；2)在滲氮箱底鋪上經乾燥並混合均勻的氯化銨與石英砂；3)將00Nil8Co8Mo5AlTi鋼製零件洗淨油汙並吹乾；4)對滲氮前的零件進行吹砂處理；5)零件裝箱密封后通氨氣趕盡箱內空氣，當箱內的氨分解率為「零」時，隨爐升溫， 進行二段法滲氮處理；6)滲氮保溫終了時，斷開加熱爐電源，繼續供氣維持滲氮箱內正壓，並隨爐降溫冷 卻至300°C以下時，將滲氮箱移出加熱爐，在空氣中進行冷卻；待滲氮箱的溫度降至150°C 以下時，停止供氣並取出滲氮零件。本發明步驟2)中，氯化銨與石英砂的比例可以為1 5，氯化銨放置量按滲氮箱體積100 150g/m3計算。步驟3)中，將00Nil8Co8Mo5AlTi鋼製零件用汽油及丙酮洗淨油 汙並吹乾。步驟4)中，控制氣壓不大於0. 15MPa、使用200 250目的剛玉砂對滲氮前的零 件進行吹砂處理，吹砂後的零件應立即進行裝箱並嚴禁用手直接觸摸，吹砂與裝箱的時間 間隔不得超過1小時。本發明滲氮前需事先對材料進行固溶處理，然後將零件加工至成品尺寸，採用普 通箱式電阻爐作為加熱設備，在時效溫度區間(480 510°C )進行二段法滲氮處理。按下述工藝參數進行二段法滲氮處理(1)保溫溫度500士5°C，保溫3 4. 5小時，氨分解率20 30%(2)保溫溫度505士5°C，保溫45 75小時，氨分解率65 85%。滲氮過程中，應始終保持進排氣管道的暢通，每隔30分鐘測量一次溫度、氣體壓 力和氨分解率。本發明滲氮保溫終了時，斷開加熱爐電源後，繼續通氨氣或通入氮氣對箱內氣氛 進行置換，維持滲氮箱內正壓，以防止零件氧化。由於00Nil8Co8Mo5AlTi材料在常態下易形成緻密的鈍化膜，阻礙活性氮原子的 滲入。本發明採取在滲氮前對零件進行吹砂處理、在滲氮過程中加入氯化銨的方法，以促進 表面活化並達到催滲的效果。採用本發明所述的00Nil8Co8Mo5AlTi高強度馬氏體時效鋼的氣體滲氮工藝，滲 氮零件尺寸和形狀的畸變小，心部具有優良的強度、塑性和韌性，且顯著提高表面的耐磨性 和抗疲勞性。滲氮層深度為0. 08 0. 20mm，滲層表面硬度不小於700HV，心部硬度為49 52HRC，其性能滿足某些航空、航天用高強度傳動軸和齒輪的需求。
具體實施例方式一種本發明所述的00Nil8Co8Mo5AlTi高強度馬氏體時效鋼的氣體滲氮工藝，對 材料為00Nil8Co8Mo5AlTi的齒輪進行滲氮處理，生產時，按每批20隻齒輪，共3個批次分 別進行滲氮處理1、領取同一採購批次、材料為00Nil8Co8Mo5AlTi的鋼棒(35_X 200mm)，進行 固溶處理加熱設備箱式電阻爐 加熱溫度820士 10°C保溫時間70 90分鐘 冷卻方式空冷2、將所有的齒輪加工至成品尺寸，另取經過固溶的材料，每批次加工用於隨爐滲 氮的熱處理試件2隻，試件的尺寸為小32mmX小15mmX 10mm(外徑X內徑X高度)。3、準備好加熱設備和滲氮箱，滲氮加熱爐(箱式電阻爐)應配備溫度自動調節記 錄儀及報警裝置，儀器、儀表及熱電偶應在鑑定合格期內。滲氮前，應對滲氮加熱爐、滲氮箱 和進排氣管道進行清理，排除汙物及灰渣。4、每批次取一個清潔、乾燥的滲氮箱，將10g化學純的無水氯化銨與50g經烘乾處 理的石英砂進行充分混合，並均勻地鋪在滲氮箱底部。5、將每批次的齒輪和隨爐滲氮試件先後用汽油和丙酮洗淨油汙並吹乾，控制氣壓 不大於0. 15MPa、使用200 250目的剛玉砂對其進行吹砂處理，吹砂後的零件及試件應立 即進行裝箱並嚴禁用手直接觸摸，吹砂與裝箱的時間間隔不得超過1小時。
6、零件裝箱密封后通入氨氣，當箱內的氨分解率測得為「零」時，將滲氮箱裝入加 熱爐內隨爐升溫，各批次的齒輪按表1的工藝參數進行二段法滲氮處理
表1各批次齒輪滲氮處理工藝參數
權利要求
一種00Ni18Co8Mo5AlTi高強度馬氏體時效鋼的氣體滲氮工藝，其特徵在於該工藝按下列步驟進行1)對原材料進行固溶處理，然後將零件加工至成品尺寸；2)在滲氮箱底鋪上經乾燥並混合均勻的氯化銨與石英砂；3)將00Ni18Co8Mo5AlTi鋼製零件洗淨油汙並吹乾；4)對滲氮前的零件進行吹砂處理；5)零件裝箱密封后通氨氣趕盡箱內空氣，當箱內的氨分解率為「零」時，隨爐升溫，進行二段法滲氮處理；6)滲氮保溫終了時，斷開加熱爐電源，繼續供氣維持滲氮箱內正壓，並隨爐降溫冷卻至300℃以下時，將滲氮箱移出加熱爐，在空氣中進行冷卻；待滲氮箱的溫度降至150℃以下時，停止供氣並取出滲氮零件。
2.根據權利要求1所述的00Nil8Co8Mo5AlTi高強度馬氏體時效鋼的氣體滲氮工藝，其 特徵在於步驟2)中，氯化銨與石英砂的比例為1 5，氯化銨放置量按滲氮箱體積100 150g/m3 計算。
3.根據權利要求1所述的00Nil8Co8Mo5AlTi高強度馬氏體時效鋼的氣體滲氮工藝，其 特徵在於；步驟3)中，將00Nil8Co8Mo5AlTi鋼製零件用汽油及丙酮洗淨油汙並吹乾。
4.根據權利要求1所述的00Nil8Co8Mo5AlTi高強度馬氏體時效鋼的氣體滲氮工藝，其 特徵在於步驟4)中，控制氣壓不大於0. 15MPa、使用200 250目的剛玉砂對滲氮前的零 件進行吹砂處理，吹砂後的零件應立即進行裝箱並嚴禁用手直接觸摸，吹砂與裝箱的時間 間隔不得超過1小時。
5.根據權利要求1所述的00Nil8Co8Mo5AlTi高強度馬氏體時效鋼的氣體滲氮工藝，其 特徵在於步驟5)中，按下述工藝參數進行二段法滲氮處理(1)保溫溫度500士5°C，保溫3 4.5小時，氨分解率20 30%(2)保溫溫度505士5°C，保溫45 75小時，氨分解率65 85%。
6.根據權利要求1所述的00Nil8Co8Mo5AlTi高強度馬氏體時效鋼的氣體滲氮工藝， 其特徵在於步驟5)中，滲氮過程中，始終保持進排氣管道的暢通，每隔30分鐘測量一次溫 度、氣體壓力和氨分解率。
7.根據權利要求1所述的00Nil8Co8Mo5AlTi高強度馬氏體時效鋼的氣體滲氮工藝，其 特徵在於步驟6)中，繼續通氨氣或通入氮氣對箱內氣氛進行置換，以維持滲氮箱內正壓。
全文摘要
本發明公開了一種00Ni18Co8Mo5AlTi高強度馬氏體時效鋼的氣體滲氮工藝，具體為對原材料進行固溶處理，然後將零件加工至成品尺寸；在滲氮箱底鋪上經乾燥並混合均勻的氯化銨與石英砂；將00Ni18Co8Mo5AlTi鋼製零件洗淨油汙並吹乾；對滲氮前的零件進行吹砂處理；零件裝箱密封后通氨氣趕盡箱內空氣，當箱內的氨分解率為「零」時，隨爐升溫，進行二段法滲氮處理；滲氮保溫終了時，斷開加熱爐電源，繼續供氣維持滲氮箱內正壓，並隨爐降溫冷卻至300℃以下時，將滲氮箱移出加熱爐，在空氣中進行冷卻；待滲氮箱的溫度降至150℃以下時，停止供氣並取出滲氮零件。採用本發明，滲氮零件尺寸和形狀的畸變小，心部具有優良的強度、塑性和韌性，且顯著提高表面的耐磨性和抗疲勞性。
文檔編號C23C8/26GK101942632SQ20101029033
公開日2011年1月12日 申請日期2010年9月21日 優先權日2010年9月21日
發明者張長英 申請人:南京工業職業技術學院