CN103556106A - 一种1Cr17Ni2合金材料高温真空渗碳层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种1Cr17Ni2合金材料高温真空渗碳层的制备方法，通过吹砂、低压渗碳、热处理三个阶段，实现了1Cr17Ni2合金材料的渗碳层制备，这其中确定了1Cr17Ni2不锈钢低压渗碳真空扩散脉冲工艺的渗碳温度、保温时间、渗碳剂、载气、冰冷处理，以及钝化膜去除方法。通过零件的验证试验、渗碳层显微组织及硬度检测，证明其渗碳层深度、显微组织及硬度满足了技术条件的要求。

Description

一种1Cr17Ni2合金材料高温真空渗碳层的制备方法
技术领域
本发明属于金属材料的化学热处理工艺技术领域，，具体为一种1Cr17Ni2合金材料高温真空渗碳层的制备方法。
背景技术
1Cr17Ni2合金材料是马氏体不锈钢中强度与韧性搭配较好的一种钢种，在航空材料领域中，目前出现了对1Cr17Ni2合金材料进行渗碳的工艺要求，但由于1Cr17Ni2不锈钢有钝化膜而不易进行渗碳，且1Cr17Ni2不锈钢渗碳要求温度过高，而高温对渗层组织又会产生不利影响，所以，目前对1Cr17Ni2合金材料进行渗碳尚无有效方法。
发明内容
要解决的技术问题
为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种1Cr17Ni2合金材料高温真空渗碳层的制备方法，确定了1Cr17Ni2不锈钢低压渗碳真空扩散脉冲工艺的渗碳温度、保温时间、渗碳剂、载气、冰冷处理，以及钝化膜去除方法。通过零件的验证试验、渗碳层显微组织及硬度检测，证明其渗碳层深度、显微组织及硬度满足了技术条件的要求。
技术方案
本发明的技术方案为：
所述一种1Cr17Ni2合金材料高温真空渗碳层的制备方法，其特征在于：采用以下步骤：
步骤1：采用Al2O3砂对1Cr17Ni2合金材料零件的待渗表面进行吹砂，去除零件待渗表面的钝化膜；而后用丙酮对零件进行清洗，并晾干；
步骤2：在零件清洗后2h内，将零件放入低压真空渗碳炉中，真空渗碳炉抽真空至真空度至少15Pa，零件随炉升温到1000℃～1020℃，而后进入低压渗碳阶段；所述低压渗碳阶段由若干个脉冲过程循环组成，每个脉冲过程分为先只通入丙烷、后只通入氮气两个过程，且随之脉冲过程的循环进行，只通入丙烷过程的时间逐渐缩短，只通入氮气过程的时间逐渐延长；
步骤3：根据1Cr17Ni2合金材料的热处理要求，对零件进行淬火处理、冷处理和回火处理。
所述一种1Cr17Ni2合金材料高温真空渗碳层的制备方法，其特征在于：步骤1中采用的Al2O3砂的粒度为110目至130目，吹砂的风压在0.2MPa～0.4MPa之间。
所述一种1Cr17Ni2合金材料高温真空渗碳层的制备方法，其特征在于：步骤2中低压真空渗碳炉的温度均匀性满足HB5354中Ⅲ类炉要求。
所述一种1Cr17Ni2合金材料高温真空渗碳层的制备方法，其特征在于：步骤2中低压渗碳阶段，炉内压力保持在700～800Pa。
所述一种1Cr17Ni2合金材料高温真空渗碳层的制备方法，其特征在于：步骤2中，只通入丙烷过程的时间为1分钟～5分钟，只通入氮气过程的时间为2分钟～30分钟。
所述一种1Cr17Ni2合金材料高温真空渗碳层的制备方法，其特征在于：步骤2中低压渗碳阶段的总时长为6h～8h。
所述一种1Cr17Ni2合金材料高温真空渗碳层的制备方法，其特征在于：步骤3中冷处理过程中的温度为-70℃～-80℃，时长1h～2h，在空气中回复到室温。
有益效果
本发明中的1Cr17Ni2合金材料高温真空渗碳层的制备方法，通过吹砂去除1Cr17Ni2合金材料表面的钝化膜，然后通过低压渗碳真空扩散脉冲工艺实现了1Cr17Ni2合金材料的表面渗碳，从而提高了材料表面硬度，增强了材料的表面耐磨性。
具体实施方式
下面结合具体实施例描述本发明：
实施例1：
本实施例中制备1Cr17Ni2合金材料高温真空渗碳层的方法，采用以下步骤：
步骤1：采用风压在0.2Mpa、粒度为130目的Al2O3砂，对1Cr17Ni2合金材料零件和随炉试样的待渗表面进行吹砂，去除待渗表面的钝化膜，使吹砂表面呈现均匀一致的无光泽外观；而后清理干净残砂，用丙酮对零件和随炉试样进行清洗，并晾干；
步骤2：在零件和随炉试样清洗后2h内，将零件和随炉试样放入低压真空渗碳炉中，真空渗碳炉抽真空至真空度为13Pa，零件和随炉试样随炉升温到1020℃，而后进入低压渗碳阶段。
所述低压渗碳阶段由若干个脉冲过程循环组成，整个低压渗碳阶段，炉内压力保持在700Pa～800Pa。每个脉冲过程分为先只通入丙烷、后只通入氮气两个过程，其中只通入丙烷的过程中，在700Pa～800Pa压力下炉中的待渗表面形成了较高碳势，而后只通入氮气则是碳原子向试样内部的扩散阶段。随之脉冲过程的循环进行，只通入丙烷过程的时间逐渐缩短，只通入氮气过程的时间逐渐延长；本实施例中只通入丙烷过程的时间为1分钟～3分钟，只通入氮气过程的时间为2分钟～20分钟，低压渗碳阶段的总时长为6小时，渗碳结束后气冷至室温。
这里低压渗碳阶段采用的低压真空渗碳炉的温度均匀性满足HB5354中Ⅲ类炉要求。
步骤3：根据1Cr17Ni2合金材料的热处理要求，对零件进行淬火处理、冷处理和回火处理。淬火在双室低压真空渗碳炉或空气炉中进行，淬火温度为1000±10℃，油冷。冷处理在FWD80冷处理机内进行，温度为-70℃～-80℃，时长1h～2h，在空气中回复到室温。回火在空气炉内进行，回火炉温度均匀性满足HB5354中Ⅱ类炉要求，回火温度为300℃，时长4h～5h，空冷。
对随炉试样进行金相解剖检查，渗层硬度达到59-59.5HRC，渗层深度控制在0.8～0.85mm范围内；渗层组织为渗碳马氏体及较大的点状、量条、角状、半连续网状碳化物，金相组织符合HB5492；按GJB2294-95对材料进行性能试验，σb/MPa=1410、δ5/%=20、Ak/J=54，满足要求。
实施例2：
本实施例中制备1Cr17Ni2合金材料高温真空渗碳层的方法，采用以下步骤：
步骤1：采用风压在0.4Mpa、粒度为110目的Al2O3砂，对1Cr17Ni2合金材料零件和随炉试样的待渗表面进行吹砂，去除待渗表面的钝化膜，使吹砂表面呈现均匀一致的无光泽外观；而后清理干净残砂，用丙酮对零件和随炉试样进行清洗，并晾干；
步骤2：在零件和随炉试样清洗后2h内，将零件和随炉试样放入低压真空渗碳炉中，真空渗碳炉抽真空至真空度为15Pa，零件和随炉试样随炉升温到1000℃，而后进入低压渗碳阶段。
所述低压渗碳阶段由若干个脉冲过程循环组成，整个低压渗碳阶段，炉内压力保持在700Pa～800Pa。每个脉冲过程分为先只通入丙烷、后只通入氮气两个过程，其中只通入丙烷的过程中，在700Pa～800Pa压力下炉中的待渗表面形成了较高碳势，而后只通入氮气则是碳原子向试样内部的扩散阶段。随之脉冲过程的循环进行，只通入丙烷过程的时间逐渐缩短，只通入氮气过程的时间逐渐延长；本实施例中只通入丙烷过程的时间为2分钟～5分钟，只通入氮气过程的时间为5分钟～30分钟，低压渗碳阶段的总时长为8小时，渗碳结束后气冷至室温。
这里低压渗碳阶段采用的低压真空渗碳炉的温度均匀性满足HB5354中Ⅲ类炉要求。
步骤3：根据1Cr17Ni2合金材料的热处理要求，对零件进行淬火处理、冷处理和回火处理。淬火在双室低压真空渗碳炉或空气炉中进行，淬火温度为1000±10℃，油冷。冷处理在FWD80冷处理机内进行，温度为-70℃～-80℃，时长1h～2h，在空气中回复到室温。回火在空气炉内进行，回火炉温度均匀性满足HB5354中Ⅱ类炉要求，回火温度为150℃，时长4h～5h，空冷。
对随炉试样进行金相解剖检查，渗层硬度达到59.5-60.5HRC，渗层深度控制在1.0mm范围内；渗层组织为渗碳马氏体及较大的点状、量条、角状、半连续网状碳化物，金相组织符合HB5492；按GJB2294-95对材料进行性能试验，σb/MPa=1670、δ5/%=15、Ak/J=66，满足要求。

Claims (7)

1.一种1Cr17Ni2合金材料高温真空渗碳层的制备方法，其特征在于：采用以下步骤：
步骤1：采用Al2O3砂对1Cr17Ni2合金材料零件的待渗表面进行吹砂，去除零件待渗表面的钝化膜；而后用丙酮对零件进行清洗，并晾干；
步骤2：在零件清洗后2h内，将零件放入低压真空渗碳炉中，真空渗碳炉抽真空至真空度至少15Pa，零件随炉升温到1000℃～1020℃，而后进入低压渗碳阶段；所述低压渗碳阶段由若干个脉冲过程循环组成，每个脉冲过程分为先只通入丙烷、后只通入氮气两个过程，且随之脉冲过程的循环进行，只通入丙烷过程的时间逐渐缩短，只通入氮气过程的时间逐渐延长；
步骤3：根据1Cr17Ni2合金材料的热处理要求，对零件进行淬火处理、冷处理和回火处理。
2.根据权利要求1所述一种1Cr17Ni2合金材料高温真空渗碳层的制备方法，其特征在于：步骤1中采用的Al2O3砂的粒度为110目至130目，吹砂的风压在0.2MPa～0.4MPa之间。
3.根据权利要求1所述一种1Cr17Ni2合金材料高温真空渗碳层的制备方法，其特征在于：步骤2中低压真空渗碳炉的温度均匀性满足HB5354中Ⅲ类炉要求。
4.根据权利要求1或2所述一种1Cr17Ni2合金材料高温真空渗碳层的制备方法，其特征在于：步骤2中低压渗碳阶段，炉内压力保持在700～800Pa。
5.根据权利要求4所述一种1Cr17Ni2合金材料高温真空渗碳层的制备方法，其特征在于：步骤2中，只通入丙烷过程的时间为1分钟～5分钟，只通入氮气过程的时间为2分钟～30分钟。
6.根据权利要求5所述一种1Cr17Ni2合金材料高温真空渗碳层的制备方法，其特征在于：步骤2中低压渗碳阶段的总时长为6h～8h。
7.根据权利要求1或6所述一种1Cr17Ni2合金材料高温真空渗碳层的制备方法，其特征在于：步骤3中冷处理过程中的温度为-70℃～-80℃，时长1h～2h，在空气中回复到室温。
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