CN100392143C - 高温合金材料渗氮热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了高温合金材料渗氮热处理工艺，其按下列步骤进行：(1)将装有零件的炉子炉温加热至150℃±10℃，同时通氨气，保温2小时以排除炉内空气；(2)再将炉温加热至300℃±10℃，保温2小时；(3)再以不大于每小时50℃的速度将炉温加热至575℃±15℃，同时调整氨分解率在30～65%，并至少保温40小时，然后检测外试样，决定最终保温结束时间；(4)保温结束后将炉温加热至650℃±10℃，同时调整氨分解率至不小于90%，并至少保温4小时；(5)切断电源，工件随炉自然冷却，同时通以微量氨气，使炉内保持正压；(6)当炉温降至小于等于150℃时，工件可出炉空冷。采用本发明渗氮热处理工艺后的零件，其表面硬度高达800HV以上，大大提高零件耐磨性。

Description

高温合金材料渗氮热处理工艺
(一)技术领域
本发明涉及高温合金材料渗氮热处理工艺，特别是GH901高温合金材料的渗氮热处理工艺。
(二)背景技术
GH901合金是一种以γ′相沉淀强化型的Fe-Ni-Cr基高温合金，基体为奥氏体组织，主要以Al、Ti、Mo等为主要的强化元素。在650℃以下合金具有较高的强度、抗氧化性、组织稳定性以及良好的综合性能。因其合金元素含量高，特别是Ti、Ni、Mo元素降低了氮在铁中的扩散系数，而合金元素与空气作用，在零件的表面生成致密的具有保护性的氧化膜，这层氧化膜阻碍了氮原子的渗入，所以按常规的渗氮热处理无法使其表面形成耐磨的渗氮层。
对于工作温度在560℃以上的超临界汽轮机组中的某些零件，如阀杆，既需要有良好的高温性能又需耐磨性，因此需在性能热处理基础上增加抗磨损的渗氮热处理。而按照常规渗氮材料或不锈钢的渗氮热处理工艺对由GH901高温合金材料制造的零件进行化学热处理，其表面根本无法形成耐磨的渗氮层。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种高温合金材料渗氮热处理工艺，特别是GH901高温合金材料渗氮热处理工艺，采用该渗氮热处理工艺后的零件，其表面硬度高达800HV以上，大大提高了零件的耐磨性。
本发明是这样实现的：一种高温合金材料渗氮热处理工艺，按下列步骤进行：
(1)将装有零件的炉子炉温加热至150℃±10℃，同时通氨气，保温2小时以排除炉内空气；
(2)继续将炉温加热至300℃±10℃，保温2小时；
(3)再以不大于每小时50℃的速度将炉温加热至575℃±15℃，同时调整氨分解率在30～65％，并至少保温40小时，然后检测外试样，决定最终保温结束时间；
(4)保温结束后将炉温加热至650℃±10℃，同时调整氨分解率至不小于90％，并至少保温4小时；
(5)切断电源，零件随炉自然冷却，同时通以微量氨气，使炉内保持正压；
(6)当炉温降至小于等于150℃时，零件可出炉空冷。
采用本发明的渗氮热处理工艺后的零件，其表面硬度高达800HV以上，大大提高了零件的耐磨性，满足工作温度在560℃以上的超临界汽轮机组使用要求。同时该工艺的实施操作方便、易与控制、质量稳定、无污染。
(四)附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
图1为本发明GH901高温合金材料渗氮热处理工艺示意图。
(五)具体实施方式
参见图1，零件阀杆由GH901高温合金材料制成，渗氮处理开始前，应先对零件阀杆表面进行清洁去油，再将阀杆放在带自动控温及仪表记录装置的井式电阻炉内，挂在支架上分散排列，且使用搪瓷气体渗氮包子并放置氯化铵催渗剂。GH901高温合金材料的渗氮热处理工艺实际操作见下列步骤：
(1)将炉温加热至150℃±10℃，同时通氨气，保温2小时以排除炉内空气；
(2)继续将炉温加热至300℃±10℃，保温2小时；
(3)再以每小时50℃的速度将炉温加热至575℃±15℃，同时调整氨分解率在32～55％，保温45小时，然后检测外试样，硬度和渗层深度全部合格，结束保温；
(4)最后将炉温加热至650℃±10℃，同时调整氨分解率为大于95％，并保温4小时；
(5)切断电源，零件随炉自然冷却，同时通以微量氨气，使炉内保持正压；
(6)当炉温降至150℃时，零件出炉空冷。
至此GH901高温合金材料的渗氮热处理工艺完成。经对渗氮后的零件阀杆的随炉内试样检测，其金相试验数据见表1。
表1阀杆氮化后金相试验数据
  试样编号   氮化层深度(mm)   氮化层硬度(HV)
  1   0.0558   806-927
  2   0.0558   817-995
  3   0.0527   809-849
  4   0.0527   917-995
  5   0.0558   857-965
  6   0.0527   833-955
分析试验数据可见，经渗氮处理后，工件阀杆的表面硬度达到800～1000HV，大大提高了零件的耐磨性，GH901高温合金材料在650℃以下可以长期使用，满足工作温度在560℃以上的超临界汽轮机组使用要求。

Claims (1)

1.一种高温合金材料渗氮热处理工艺，其特征是按下列步骤进行：
(1)将装有零件的炉子炉温加热至150℃±10℃，同时通氨气，保温2小时以排除炉内空气；
(2)继续将炉温加热至300℃±10℃，保温2小时；
(3)再以不大于每小时50℃的速度将炉温加热至575℃±15℃，同时调整氨分解率在30～65％，并至少保温40小时，然后检测外试样，决定最终保温结束时间；
(4)保温结束后将炉温加热至650℃±10℃，同时调整氨分解率至不小于90％，并至少保温4小时；
(5)切断电源，零件随炉自然冷却，同时通以微量氨气，使炉内保持正压；
(6)当炉温降至小于等于150℃时，零件可出炉空冷。
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