CN114107883B - 一种沉淀硬化不锈钢环形零件内腔局部离子渗氮方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种05Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化不锈钢环形零件内腔局部离子渗氮的方法。内容包括设计防渗工装，将零件外表面及内腔无需渗氮部位进行保护后，放于离子氮化炉中，通入渗氮气体，控制气体流量，调节渗氮过程中的电参数，使炉内温度升至所需渗氮温度，在渗氮温度下进行保温后缓慢冷却。通过本发明，05Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化不锈钢环形零件内部需渗氮部位的渗层硬度、深度满足技术要求，其余部位在工装的保护下无渗氮层；基体硬度未改变。
Description
技术领域
本发明涉及化学热处理技术领域，特别涉及一种便携式塞尺自动在线检定装置。
背景技术
05Cr17Ni4Cu4Nb是典型的马氏体沉淀硬化不锈钢，通过固溶后时效析出沉淀硬化相并弥散分布于低碳马氏体基体中，从而提高材料的强度。同时该材料又具有优异的耐蚀性，被广泛应用于航天产品中。
该环形零件使用05Cr17Ni4Cu4Nb作为原材料，用于球形解锁装置中，是对锁紧套筒起限位作用的一种零件。在解锁装置解锁后，锁紧套筒会撞击在弹簧盖零件上。为防止接触表面产生损伤，要求接触面具有较高的硬度≥50HRC。而05Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化不锈钢经过固溶、时效处理后，最高硬度只能达41～44HRC左右，无法满足使用要求。为了提高该零件表面硬度，采用离子渗氮的工艺方法，从而延长零件的使用寿命。同时为了保持基体的韧性，要求基体硬度为28～32HRC。
离子渗氮是利用高压电场，使连续通入炉内的含氮气体发生分解，进而产生氮等离子不断轰击工件表面使其被加热，同时产生活性氮原子渗入工件表面，使工件表面强化的一种化学热处理方法。本方法是针对内腔形状复杂的环形零件进行局部渗氮，需要将零件外表面及内腔其他无需渗氮部位进行保护，防止不需要渗氮部位被渗氮，同时保护工装又不得阻碍内腔需渗氮部位的渗氮效果。通过本方法进行渗氮后，能达到零件基体硬度不变，需渗氮部位表面硬度≥HV1000，渗层深度≥0.1mm，渗层均匀，无需渗氮部位无渗层的效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种便携式塞尺自动在线检定装置，通过工装设计保护零件外表面及内腔无需渗氮部位，使其无渗层。调节渗氮过程中的温度、时间、电参数等，确定合适的工艺参数，使内腔需渗部位满足技术要求提出的表面硬度
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供一种沉淀硬化不锈钢环形零件内腔局部离子渗氮方法，包括如下步骤：
S1、工装设计：根据沉淀硬化不锈钢零件的尺寸形状制作防渗工装；
S2、准备：清洗沉淀硬化不锈钢零件及防渗工装，并在＜100℃的烘箱中进行烘干或用无水无油的压缩空气吹干；
S3、局部保护：将防渗工装安装于零件外部及底部；
S4、装炉：将多个安装好防渗工装的零件，呈环形均匀放置在阴极料盘上；
S5、离子渗氮：对环形零件进行渗氮处理。
进一步的，所述步骤S1中，根据沉淀硬化不锈钢零件的尺寸形状制作防渗工装：
所述沉淀硬化不锈钢零件形状为环形结构；内腔有环形凸出台阶，需渗氮面为凸出台阶上的内圆面；所述防渗工装由第一组件和第二组件构成，第一组件覆盖沉淀硬化不锈钢零件上表面，中间通孔，露出需要渗氮的内腔局部表面，覆盖内腔无需渗氮部位；第二组件放于沉淀硬化不锈钢零件内腔下方，中间有通孔，露出需要渗氮的内腔局部表面，覆盖内腔无需渗氮部位。
进一步的，所述步骤S1中，所述防渗工装使用1Cr18Ni9奥氏体不锈钢加工而成。
进一步的，所述步骤S2中，沉淀硬化不锈钢零件及防渗工装的内外表面应用溶剂型清洗剂将表面污物、油渍清理干净，并在＜100℃的烘箱中进行烘干或用无水无油的压缩空气吹干，确保表面清洁、干燥。
进一步的，所述步骤S3中，防渗工装第一组件覆盖沉淀硬化不锈钢零件外部，第二组件放于沉淀硬化不锈钢零件底部，实现将沉淀硬化不锈钢零件的外表面及内部无需渗氮处完全覆盖，同时露出沉淀硬化不锈钢零件内部需渗氮部位。
进一步的，所述步骤S4中，防渗工装的轴向均与阴极料盘的轴向平行；各工装间保持20mm～30mm的相同间隙，且处于同一圆周上，与炉壁间隙50mm～60mm。
进一步的，所述步骤S5包括：
S51：对离子渗氮炉抽真空处理；
S52：点燃辉光进行辉光放电清理零件表面；
S53：升温过程中通入氨气，在渗氮温度进行保温；
S54：保温结束后，冷却出炉。
进一步的，所述步骤S51中，离子渗氮炉抽真空后，真空度＜50Pa；S52中逐渐升高电压点燃辉光，其中电压不高于400V；
S53中，以≤200℃/h的升温速度升至400℃后，通入氨气，氨气流量为3L/min～5L/min；再以≤120℃/h的速度升至560℃，保温10h。通过真空比例阀调节炉内压力为300～500Pa，调节电压为400～800V，保持温度稳定；
S54中保温结束后进行炉冷，冷至400℃以下停止通氨气；炉冷至70℃以下，将包覆环形零件的防渗工装取出，拆除防渗工装，完成渗氮处理。
进一步的，离子渗氮后的沉淀硬化不锈钢环形零件，需渗氮部位表面硬度≥HV1000，渗层深度≥0.1mm。
进一步的，进行离子渗氮后的沉淀硬化不锈钢环形零件，基体硬度与渗氮前硬度保持一致。
本发明提供的沉淀硬化不锈钢环形零件内腔局部离子渗氮方法使05Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化不锈钢环形零件内部需渗氮部位的渗层硬度、深度满足技术要求，其余部位在工装的保护下无渗氮层；基体硬度未改变。
附图说明
下面结合附图对发明作进一步说明：
图1为本发明05CrNi4Cu4Nb沉淀硬化不锈钢环形零件内腔局部离子渗氮方法的流程图；
图2为本发明沉淀硬化不锈钢环形零件示意图；
图3为本发明渗氮工装示意图；
图4为装有零件的渗氮工装在阴极盘上的摆放示意图；
图5为本发明金相照片图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的沉淀硬化不锈钢环形零件内腔局部离子渗氮方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例1：
请参阅图1-4，包括如下步骤：
步骤S1，详细说明如下：
根据沉淀硬化不锈钢环形零件(1)的尺寸形状制作防渗工装(2)。零件形状为环形结构；内腔有环形凸出台阶，需渗氮面为凸出台阶上的内圆面(11)。防渗工装(2)由组件(21)和组件(22)构成，组件(21)覆盖零件上表面，中间通孔，露出需要渗氮的内腔局部表面，覆盖内腔无需渗氮部位；组件(22)放于零件内腔下方，中间有通孔，露出需要渗氮的内腔局部表面，覆盖内腔无需渗氮部位。
步骤S2，清洗零件(1)及防渗工装(2)，并在＜100℃的烘箱中进行烘干。
步骤S3，将防渗工装安装于零件外部及底部。其中组件(21)覆盖零件(1)外部，组件(22)放于零件(1)底部。实现将环形零件(1)的外表面及内部无需渗氮处完全覆盖，同时露出环形零件内腔需渗氮部位。
步骤S4，打开放气阀，打开炉门，将多个安装有防渗工装的零件放置于阴极料盘上。工装轴向均与阴极料盘的轴向平行；各工装间保持30mm的相同间隙，且处于同一圆周上，与炉壁间隙60mm。关闭炉门，关闭放气阀。
步骤S5，该步骤包括步骤S51至步骤S54，具体详述如下：
S51打开真空泵，抽真空至炉膛内压强50Pa；
S52逐步升高电压(不高于400V)点燃辉光，利用辉光放电作用清理零件表面。当零件表面不出现打弧时，清理结束进入升温阶段；
S53以180℃/h的升温速度升至400℃后，通入氨气，氨气流量为3L/min。再以80℃/h的速度升至560℃，保温10h；通过真空比例阀调节炉内压力为(400～500)Pa，调节电压为(700～800)V，保持温度稳定；
S54保温结束后，且逐步调小氨气比例阀，调大真空比例阀，调节电压，以120℃/h的速度炉冷至400℃，停止通氨气，继续炉冷至70℃后出炉。
得到的局部渗氮零件表面硬度采用显微维氏硬度计进行检测，渗层深度及均匀度采用金相法进行检测。渗层表面硬度达(1019～1028)HV、渗层深度为(0.123～0.124)mm，均满足设计要求，渗层均匀。基体硬度为(280～288)HV，与渗氮前基体硬度一致。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
Claims (5)
1.一种沉淀硬化不锈钢环形零件内腔局部离子渗氮方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、工装设计：根据沉淀硬化不锈钢零件的尺寸形状制作防渗工装；
S2、准备：清洗沉淀硬化不锈钢零件及防渗工装，并在＜100℃的烘箱中进行烘干或用无水无油的压缩空气吹干；
S3、局部保护：将防渗工装安装于零件外部及底部；
S4、装炉：将多个安装好防渗工装的零件，呈环形均匀放置在阴极料盘上；
S5、离子渗氮：对环形零件进行渗氮处理；
所述步骤S1中，根据沉淀硬化不锈钢零件的尺寸形状制作防渗工装：
所述沉淀硬化不锈钢零件形状为环形结构；内腔有环形凸出台阶，需渗氮面为凸出台阶上的内圆面；所述防渗工装由第一组件和第二组件构成，第一组件覆盖沉淀硬化不锈钢零件上表面，中间通孔，露出需要渗氮的内腔局部表面，覆盖零件外表面及内腔渗氮面以上无需渗氮的部位；第二组件放于沉淀硬化不锈钢零件内腔下方，中间有通孔，露出需要渗氮的内腔局部表面，覆盖内腔渗氮面以下无需渗氮的部位；
所述步骤S2中，沉淀硬化不锈钢零件及防渗工装的内外表面应用溶剂型清洗剂将表面污物、油渍清理干净，并在＜100℃的烘箱中进行烘干或用无水无油的压缩空气吹干，确保表面清洁、干燥；
所述步骤S4中，防渗工装的轴向均与阴极料盘的轴向平行；各工装间保持20mm～30mm的相同间隙，且处于同一圆周上，与炉壁间隙50mm～60mm；
所述步骤S5包括：
S51：对离子渗氮炉抽真空处理；
S52：点燃辉光进行辉光放电清理零件表面；
S53：升温过程中通入氨气，在渗氮温度进行保温；
S54：保温结束后，冷却出炉；
所述步骤S51中，离子渗氮炉抽真空后，真空度＜50Pa；S52中逐渐升高电压点燃辉光，其中电压不高于400V；
S53中，以≤200℃/h的升温速度升至400℃后，通入氨气，氨气流量为3L/min～5L/min；再以≤120℃/h的速度升至560℃，保温10h；通过真空比例阀调节炉内压力为300Pa～500Pa，调节电压为400V～800V，保持温度稳定；
S54中，保温结束后进行炉冷，冷至400℃以下停止通氨气；炉冷至70℃以下，将包覆环形零件的防渗工装取出，拆除防渗工装，完成渗氮处理。
2.如权利要求1所述的沉淀硬化不锈钢环形零件内腔局部离子渗氮方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述防渗工装使用1Cr18Ni9奥氏体不锈钢加工而成。
3.如权利要求1所述的沉淀硬化不锈钢环形零件内腔局部离子渗氮方法，其特征在于，所述步骤S3中，防渗工装第一组件覆盖沉淀硬化不锈钢零件外部，第二组件放于沉淀硬化不锈钢零件底部，实现将沉淀硬化不锈钢零件的外表面及内部无需渗氮处完全覆盖，同时露出沉淀硬化不锈钢零件内部需渗氮部位。
4.如权利要求1所述的沉淀硬化不锈钢环形零件内腔局部离子渗氮方法，其特征在于，离子渗氮后的沉淀硬化不锈钢环形零件，需渗氮部位表面硬度≥HV1000，渗层深度≥0.1mm。
5.如权利要求4所述的沉淀硬化不锈钢环形零件内腔局部离子渗氮方法，其特征在于，进行离子渗氮后的沉淀硬化不锈钢环形零件，基体硬度与渗氮前硬度保持一致。
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| "14-7PH不锈钢离子渗氮工艺"，周华茂，《工程科技Ⅰ辑》，第32-34页;周华茂;《工程科技Ⅰ辑》;第32-34页 * |
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