專利名稱：00Ni18Co8Mo5AlTi高強(qiáng)度馬氏體時(shí)效鋼的氣體滲氮工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度馬氏體時(shí)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(shù)：
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，其中氣體滲氮占主導(dǎo)地位。滲氮處理通常在460 650°C下進(jìn)行，其最大的優(yōu)點(diǎn)是滲 后零件畸變小。目前，滲氮處理的鋼種主要包括合金結(jié)構(gòu)鋼和各種不銹鋼。00Nil8Co8Mo5AlTi是一種高強(qiáng)度馬氏體時(shí)效鋼，它具有優(yōu)良的機(jī)械性能，固溶處 理后，其顯微組織為超低碳、高鎳的單相馬氏體；時(shí)效處理后，在馬氏體區(qū)域的金屬間化合 物沉淀析出、細(xì)化和彌散，使材料得以強(qiáng)化，其強(qiáng)度、塑性和韌性匹配優(yōu)良，主要應(yīng)用于航空 航天、石油化工和原子能等重要工業(yè)領(lǐng)域。美中不足的是，與其他高強(qiáng)度鋼一樣，這種材料 的疲勞強(qiáng)度偏低。近年來(lái)，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(wú)疑是一種較好的選擇，但由于這種材料的表面有 一層阻礙活性氮原子滲入的鈍化膜，采用常規(guī)的滲氮方法，無(wú)法形成有效的滲氮層，用于 OONi 18Co8Mo5AlTi材料的氣體滲氮工藝尚屬空白。

發(fā)明內(nèi)容
為了能采用表面改性熱處理來(lái)改善高強(qiáng)度馬氏體時(shí)效鋼的表面抗疲勞特性，本發(fā) 明的目的是提供一種OONi 18Co8Mo5AlTi高強(qiáng)度馬氏體時(shí)效鋼的氣體滲氮工藝，采用該氣 體滲氮工藝，滲氮零件尺寸和形狀的畸變小，心部具有優(yōu)良的強(qiáng)度、塑性和韌性，且顯著提 高表面的耐磨性和抗疲勞性。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種00Nil8Co8Mo5AlTi高強(qiáng)度馬氏體時(shí)效鋼的氣體滲氮工藝，其特征在于該工 藝按下列步驟進(jìn)行1)對(duì)原材料進(jìn)行固溶處理，然后將零件加工至成品尺寸；2)在滲氮箱底鋪上經(jīng)干燥并混合均勻的氯化銨與石英砂；3)將00Nil8Co8Mo5AlTi鋼制零件洗凈油污并吹干；4)對(duì)滲氮前的零件進(jìn)行吹砂處理；5)零件裝箱密封后通氨氣趕盡箱內(nèi)空氣，當(dāng)箱內(nèi)的氨分解率為“零”時(shí)，隨爐升溫， 進(jìn)行二段法滲氮處理；6)滲氮保溫終了時(shí)，斷開加熱爐電源，繼續(xù)供氣維持滲氮箱內(nèi)正壓，并隨爐降溫冷 卻至300°C以下時(shí)，將滲氮箱移出加熱爐，在空氣中進(jìn)行冷卻；待滲氮箱的溫度降至150°C 以下時(shí)，停止供氣并取出滲氮零件。本發(fā)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(jì)算。步驟3)中，將00Nil8Co8Mo5AlTi鋼制零件用汽油及丙酮洗凈油 污并吹干。步驟4)中，控制氣壓不大于0. 15MPa、使用200 250目的剛玉砂對(duì)滲氮前的零 件進(jìn)行吹砂處理，吹砂后的零件應(yīng)立即進(jìn)行裝箱并嚴(yán)禁用手直接觸摸，吹砂與裝箱的時(shí)間 間隔不得超過(guò)1小時(shí)。本發(fā)明滲氮前需事先對(duì)材料進(jìn)行固溶處理，然后將零件加工至成品尺寸，采用普 通箱式電阻爐作為加熱設(shè)備，在時(shí)效溫度區(qū)間(480 510°C )進(jìn)行二段法滲氮處理。按下述工藝參數(shù)進(jìn)行二段法滲氮處理(1)保溫溫度500士5°C，保溫3 4. 5小時(shí)，氨分解率20 30%(2)保溫溫度505士5°C，保溫45 75小時(shí)，氨分解率65 85%。滲氮過(guò)程中，應(yīng)始終保持進(jìn)排氣管道的暢通，每隔30分鐘測(cè)量一次溫度、氣體壓 力和氨分解率。本發(fā)明滲氮保溫終了時(shí)，斷開加熱爐電源后，繼續(xù)通氨氣或通入氮?dú)鈱?duì)箱內(nèi)氣氛 進(jìn)行置換，維持滲氮箱內(nèi)正壓，以防止零件氧化。由于00Nil8Co8Mo5AlTi材料在常態(tài)下易形成致密的鈍化膜，阻礙活性氮原子的 滲入。本發(fā)明采取在滲氮前對(duì)零件進(jìn)行吹砂處理、在滲氮過(guò)程中加入氯化銨的方法，以促進(jìn) 表面活化并達(dá)到催滲的效果。采用本發(fā)明所述的00Nil8Co8Mo5AlTi高強(qiáng)度馬氏體時(shí)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(yōu)良的強(qiáng)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，滲層表面硬度不小于700HV，心部硬度為49 52HRC，其性能滿足某些航空、航天用高強(qiáng)度傳動(dòng)軸和齒輪的需求。
具體實(shí)施例方式一種本發(fā)明所述的00Nil8Co8Mo5AlTi高強(qiáng)度馬氏體時(shí)效鋼的氣體滲氮工藝，對(duì) 材料為00Nil8Co8Mo5AlTi的齒輪進(jìn)行滲氮處理，生產(chǎn)時(shí)，按每批20只齒輪，共3個(gè)批次分 別進(jìn)行滲氮處理1、領(lǐng)取同一采購(gòu)批次、材料為00Nil8Co8Mo5AlTi的鋼棒(35_X 200mm)，進(jìn)行 固溶處理加熱設(shè)備箱式電阻爐 加熱溫度820士 10°C保溫時(shí)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(jīng)過(guò)固溶的材料，每批次加工用于隨爐滲 氮的熱處理試件2只，試件的尺寸為小32mmX小15mmX 10mm(外徑X內(nèi)徑X高度)。3、準(zhǔn)備好加熱設(shè)備和滲氮箱，滲氮加熱爐(箱式電阻爐)應(yīng)配備溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)記 錄儀及報(bào)警裝置，儀器、儀表及熱電偶應(yīng)在鑒定合格期內(nèi)。滲氮前，應(yīng)對(duì)滲氮加熱爐、滲氮箱 和進(jìn)排氣管道進(jìn)行清理，排除污物及灰渣。4、每批次取一個(gè)清潔、干燥的滲氮箱，將10g化學(xué)純的無(wú)水氯化銨與50g經(jīng)烘干處 理的石英砂進(jìn)行充分混合，并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后用汽油和丙酮洗凈油污并吹干，控制氣壓 不大于0. 15MPa、使用200 250目的剛玉砂對(duì)其進(jìn)行吹砂處理，吹砂后的零件及試件應(yīng)立 即進(jìn)行裝箱并嚴(yán)禁用手直接觸摸，吹砂與裝箱的時(shí)間間隔不得超過(guò)1小時(shí)。
6、零件裝箱密封后通入氨氣，當(dāng)箱內(nèi)的氨分解率測(cè)得為“零”時(shí)，將滲氮箱裝入加 熱爐內(nèi)隨爐升溫，各批次的齒輪按表1的工藝參數(shù)進(jìn)行二段法滲氮處理
表1各批次齒輪滲氮處理工藝參數(shù)
權(quán)利要求
一種00Ni18Co8Mo5AlTi高強(qiáng)度馬氏體時(shí)效鋼的氣體滲氮工藝，其特征在于該工藝按下列步驟進(jìn)行1)對(duì)原材料進(jìn)行固溶處理，然后將零件加工至成品尺寸；2)在滲氮箱底鋪上經(jīng)干燥并混合均勻的氯化銨與石英砂；3)將00Ni18Co8Mo5AlTi鋼制零件洗凈油污并吹干；4)對(duì)滲氮前的零件進(jìn)行吹砂處理；5)零件裝箱密封后通氨氣趕盡箱內(nèi)空氣，當(dāng)箱內(nèi)的氨分解率為“零”時(shí)，隨爐升溫，進(jìn)行二段法滲氮處理；6)滲氮保溫終了時(shí)，斷開加熱爐電源，繼續(xù)供氣維持滲氮箱內(nèi)正壓，并隨爐降溫冷卻至300℃以下時(shí)，將滲氮箱移出加熱爐，在空氣中進(jìn)行冷卻；待滲氮箱的溫度降至150℃以下時(shí)，停止供氣并取出滲氮零件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的00Nil8Co8Mo5AlTi高強(qiáng)度馬氏體時(shí)效鋼的氣體滲氮工藝，其 特征在于步驟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(jì)算。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的00Nil8Co8Mo5AlTi高強(qiáng)度馬氏體時(shí)效鋼的氣體滲氮工藝，其 特征在于；步驟3)中，將00Nil8Co8Mo5AlTi鋼制零件用汽油及丙酮洗凈油污并吹干。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的00Nil8Co8Mo5AlTi高強(qiáng)度馬氏體時(shí)效鋼的氣體滲氮工藝，其 特征在于步驟4)中，控制氣壓不大于0. 15MPa、使用200 250目的剛玉砂對(duì)滲氮前的零 件進(jìn)行吹砂處理，吹砂后的零件應(yīng)立即進(jìn)行裝箱并嚴(yán)禁用手直接觸摸，吹砂與裝箱的時(shí)間 間隔不得超過(guò)1小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的00Nil8Co8Mo5AlTi高強(qiáng)度馬氏體時(shí)效鋼的氣體滲氮工藝，其 特征在于步驟5)中，按下述工藝參數(shù)進(jìn)行二段法滲氮處理(1)保溫溫度500士5°C，保溫3 4.5小時(shí)，氨分解率20 30%(2)保溫溫度505士5°C，保溫45 75小時(shí)，氨分解率65 85%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的00Nil8Co8Mo5AlTi高強(qiáng)度馬氏體時(shí)效鋼的氣體滲氮工藝， 其特征在于步驟5)中，滲氮過(guò)程中，始終保持進(jìn)排氣管道的暢通，每隔30分鐘測(cè)量一次溫 度、氣體壓力和氨分解率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的00Nil8Co8Mo5AlTi高強(qiáng)度馬氏體時(shí)效鋼的氣體滲氮工藝，其 特征在于步驟6)中，繼續(xù)通氨氣或通入氮?dú)鈱?duì)箱內(nèi)氣氛進(jìn)行置換，以維持滲氮箱內(nèi)正壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種00Ni18Co8Mo5AlTi高強(qiáng)度馬氏體時(shí)效鋼的氣體滲氮工藝，具體為對(duì)原材料進(jìn)行固溶處理，然后將零件加工至成品尺寸；在滲氮箱底鋪上經(jīng)干燥并混合均勻的氯化銨與石英砂；將00Ni18Co8Mo5AlTi鋼制零件洗凈油污并吹干；對(duì)滲氮前的零件進(jìn)行吹砂處理；零件裝箱密封后通氨氣趕盡箱內(nèi)空氣，當(dāng)箱內(nèi)的氨分解率為“零”時(shí)，隨爐升溫，進(jìn)行二段法滲氮處理；滲氮保溫終了時(shí)，斷開加熱爐電源，繼續(xù)供氣維持滲氮箱內(nèi)正壓，并隨爐降溫冷卻至300℃以下時(shí)，將滲氮箱移出加熱爐，在空氣中進(jìn)行冷卻；待滲氮箱的溫度降至150℃以下時(shí)，停止供氣并取出滲氮零件。采用本發(fā)明，滲氮零件尺寸和形狀的畸變小，心部具有優(yōu)良的強(qiáng)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(hào)C23C8/26GK101942632SQ20101029033
公開日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者張長(zhǎng)英 申請(qǐng)人:南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院