CN115074500B - 一种甲醇机喷嘴的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种甲醇机喷嘴的热处理方法，涉及金属加工技术领域。热处理方法包括：将甲醇机喷嘴加注焊料后置于真空中，分三个阶段处理，升温至500℃~520℃，保温处理；升温至895℃~905℃，保温处理；升温至1135℃~1145℃，保温处理；降温至955℃~965℃，保温处理，用氮气淬火，冷却至60℃以下；然后置于真空中，升温至545℃~555℃，回火4~5h；将甲醇机喷嘴置于氯化铵中，在氨气气氛下，分四个阶段处理，升温至345℃~355℃，保温处理；升温至545℃~555℃，保温处理；升温至575℃~585℃，保温处理；降温，空冷。本发明通过优化甲醇机喷嘴的加工工艺，提升了甲醇机喷嘴的力学性能和使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及金属热处理技术领域，具体涉及一种甲醇机喷嘴的热处理方法。
背景技术
随着国家对节能减排要求的提高，催生了甲醇机的研制。甲醇机为使用甲醇作为主要燃料的发动机。其中，甲醇机的喷嘴属于精密偶件，甲醇机喷嘴的工作压力一般为高压或超高压，且甲醇燃料对甲醇机喷嘴有较强的腐蚀作用。因此，甲醇机喷嘴的机械强度和抗腐蚀性能均会影响甲醇机的使用性能和寿命。
现有技术中，甲醇机喷嘴的机械强度除采用高强度材料作为基本保证外，甲醇机喷嘴在加工制造中合理的加工工艺也直接影响着最后产品的性能，因此，优化甲醇机喷嘴的加工工艺也是提高甲醇机喷嘴机械强度和抗腐蚀性能的重要手段。
发明内容
本发明的目的在于提供一种甲醇机喷嘴的热处理方法，以优化甲醇机喷嘴的加工工艺，提升甲醇机喷嘴的力学性能和使用寿命。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种甲醇机喷嘴的热处理方法，包括以下步骤：
钎焊热处理：将甲醇机喷嘴加注焊料后置于真空中，分三个阶段处理，第一阶段：升温至500℃~520℃，保温1~1.5h；第二阶段：升温至895℃~905℃，保温1~1.5h；第三阶段：升温至1135℃~1145℃，保温1.5~2h；
淬火：降温至955℃~965℃，保温1~1.5h，用5~10bar氮气淬火，冷却至60℃以下；
回火处理：将甲醇机喷嘴置于真空炉中，升温至545℃~555℃，回火4~5h；
氮化处理：将甲醇机喷嘴置于井式氮化炉中，加入适量氯化铵，在氨气气氛条件下，分四个阶段处理，第一阶段：升温至345℃~355℃，保温1.5~2h；第二阶段：升温至545℃~555℃，保温19~21h；第三阶段：升温至575℃~585℃，保温39~41h；第四阶段：降温至80~100℃，空冷。
根据上述技术手段，甲醇机喷嘴经过真空钎焊热处理后直接降温气淬，不仅有效保证了甲醇机喷嘴芯部的硬度，还节约了能源，提升了生产效率，并通过控制淬火的温度，有效提升了甲醇机喷嘴的综合力学性能，且在淬火后进行回火处理，能有效提升甲醇机喷嘴芯部的硬度，去除淬火应力，同时，将氮化处理过程分阶段进行，第一阶段温度较低，使甲醇机喷嘴表面充分活化，以去除甲醇机喷嘴表面的钝化膜，为后续氮化层的形成提供了充分的前提条件，第二阶段通过控制氮化温度在一个适中的范围，有效保证了氮化层的硬度和深度，第三阶段通过进一步升温处理，加速了氮化层的形成，且能有效控制氮化层的硬度和脆性，避免了氮化硬度过高导致出现裂纹等质量问题，满足了产品要求的各项技术指标。对成功开发、推广应用甲醇机起到关键作用。
其中，经过实验研究发现，如果在第二阶段和第三阶段均将温度控制在545℃~555℃之间，会使得氮化层形成时间过长，不经济，同时，会使氮化硬度过高导致氮化层出现裂纹等质量问题。
优选的，所述氮化处理，在第二阶段，氨的分解率控制在59~60%之间。
通过控制氮化处理在第二阶段的氨的分解率，能进一步有效控制氮化层的硬度和深度，从而提升甲醇机喷嘴的综合力学性能。
优选的，所述氮化处理，在第三阶段，氨的分解率控制在64~65%之间。
通过控制氮化处理在第三阶段的氨的分解率，能进一步有效控制氮化层的深度、硬度脆性，从而提升甲醇机喷嘴的综合力学性能。
优选的，所述氮化处理，在第四阶段，降温之前需通入氨气，使氨气气氛中的压力高于1个大气压。
在氮化处理的第四阶段，降温之前通过控制氨气气氛中的压力高于1个大气压，避免了空气进入导致甲醇机喷嘴被氧化或变形的问题，进一步有效保证了甲醇机喷嘴的质量。
优选的，所述氮化处理，氯化铵为无水氯化铵粉末，甲醇机喷嘴置于井式氮化炉中，并加入适量无水氯化铵粉末，相邻甲醇机喷嘴之间的间隙至少为5mm。
通过控制在无水氯化铵粉末中相邻甲醇机喷嘴之间的间隙，进一步有效保证了在第一阶段，甲醇机喷嘴表面的充分活化，从而有效保证后续氮化层的形成更加均匀，提升了产品的质量。
优选的，所述淬火，采用5bar氮气淬火。
通过控制淬火过程氮气的压力，进一步有效保证了甲醇机喷嘴芯部的硬度，避免了空气或其他气体对甲醇机喷嘴产生的不良影响。
优选的，所述喷嘴的材质为1Cr12Ni2WMoVNb。
优选的，用氮气淬火，冷却至60℃以下后，0.5h内需进行回火处理。
优选的，在氮化处理前，还需进行机加工处理，结束后需清洗甲醇机喷嘴，并用压缩空气吹干。
其中，在机加工前，甲醇机喷嘴为粗品，经过焊接、淬火和回火处理后，需进行机加工处理，机加工的目的在于改善甲醇机喷嘴的粗糙度和进一步提高产品的精度。
优选的，氮化处理后，甲醇机喷嘴表面氮化层的硬度大于851HV1，氮化层深度大于0.45mm。
本发明的有益效果：
本发明的甲醇机喷嘴的热处理方法，在甲醇机喷嘴经过真空钎焊热处理后直接降温气淬，不仅有效保证了甲醇机喷嘴芯部的硬度，还节约了能源和成本，提升了生产效率，并通过控制淬火的温度，有效提升了甲醇机喷嘴的综合力学性能，且在淬火后进行回火处理，能有效提升甲醇机喷嘴芯部的硬度，去除淬火应力，同时，将氮化处理过程分阶段进行，第一阶段温度较低，使甲醇机喷嘴表面充分活化，以去除甲醇机喷嘴表面的钝化膜，为后续氮化层的形成提供了充分的前提条件，第二阶段通过控制氮化温度和氨分解率在一个适中的范围，有效保证了氮化层的硬度，第三阶段通过进一步升温处理，加速了氮化层的形成，且能有效控制氮化层的硬度、深度和脆性，避免了氮化硬度过高导致出现裂纹等质量问题，有效延长了产品的使用寿命，在金属热处理技术领域，具有推广应用价值。
附图说明
图1为本发明的甲醇机喷嘴的焊接调质装炉方式的结构示意图；
图2为本发明的甲醇机喷嘴在氮化处理过程摆放的结构示意图；
其中，1-座面，2-芯部，3-端面，4-焊接工装，5-焊料。
具体实施方式
以下将参照附图和优选实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例1
一种甲醇机喷嘴的热处理方法，包括以下步骤：
S1、钎焊热处理：将采用1Cr12Ni2WMoVNb材料制成的甲醇机喷嘴的针阀体和冷却套装配好置于焊接工装4上，并在针阀体和冷却套相接触的部位加注相应焊料5后按如图1所示的方式摆放，然后装入真空钎焊气淬炉，先抽真空，随后升温至510℃保温60分钟，再升温至900℃保温60分钟，最后升温至1140℃保温120分钟，然后降温至960℃保温60分钟；
S2、淬火：真空焊接处理结束后，直接通入5bar的高纯氮气进行淬火，冷至60℃以下出炉，甲醇机喷嘴出炉后半小时内必须转入真空回火炉；
S3、回火处理：将甲醇机喷嘴置于真空炉中，用550℃回火240～300分钟；
S4、机加工：回火处理完成后进行机加工，机加工结束后清洗干净零件各孔和外表面，并用压缩空气吹干；
S5、氮化处理：将零件整齐摆放，并按图2所示方式摆放装炉，零件间至少留5mm间隙，随后按0.63g/L（此比例表示1L的炉中放入0.63g的无水氯化铵粉末）放入无水氯化铵粉末，无水氯化铵粉末盛放在开口较大的铁制容器中，按1个/46L（此比例表示46L的炉中放入一个铁制容器）分散摆放；
气体氮化在传统井式气体氮化炉进行，装炉后先通入氨气排尽炉内空气，随后立即升温至350℃保温两小时，接着升温至550℃，氨分解率控制到59～60%保温20小时，最后再升温至580℃，氨分解率控制到64～65%保温40小时，随后通氨保持炉内正压（炉内压力必须大于1个大气压）降温至100℃以下出炉空冷。
实施例2
一种甲醇机喷嘴的热处理方法，包括以下步骤：
S1、钎焊热处理：将采用1Cr12Ni2WMoVNb材料制成的甲醇机喷嘴的针阀体和冷却套装配好置于焊接工装4上，并在针阀体和冷却套相接触的部位加注相应焊料5后按如图1所示的方式摆放，然后装入真空钎焊气淬炉，先抽真空，随后升温至515℃保温90分钟，再升温至895℃保温90分钟，最后升温至1135℃保温120分钟，然后降温至955℃保温90分钟；
S2、淬火：真空焊接处理结束后，直接通入5bar高纯氮气进行淬火，冷至60℃以下出炉，甲醇机喷嘴出炉后半小时内转入真空回火炉；
S3、回火处理：用550℃回火240～300分钟；
S4、机加工：回火处理完成后进行机加工，机加工结束后清洗干净零件各孔和外表面，并用压缩空气吹干；
S5、氮化处理：将零件整齐摆放，并按图2所示方式摆放装炉，零件间至少留5mm间隙，随后按0.7g/L放入无水氯化铵粉末，无水氯化铵粉末盛放在开口较大的铁制容器中，按1个/50L分散摆放；
装炉后先通入氨气排尽炉内空气，随后立即升温至355℃保温两小时，接着升温至555℃，氨分解率控制到59～60%保温19小时，最后再升温至585℃，氨分解率控制到64～65%保温39小时，随后通氨保持炉内正压（炉内压力必须大于1个大气压）降温至80℃以下出炉，空冷。
实施例3
一种甲醇机喷嘴的热处理方法，包括以下步骤：
S1、钎焊热处理：将采用1Cr12Ni2WMoVNb材料制成的甲醇机喷嘴的针阀体和冷却套装配好置于焊接工装4上，并在针阀体和冷却套相接触的部位加注相应焊料5后按如图1所示的方式摆放，然后装入真空钎焊气淬炉，先抽真空，随后升温至520℃保温80分钟，再升温至905℃保温80分钟，最后升温至1145℃保温120分钟，然后降温至965℃保温80分钟；
S2、淬火：真空焊接处理结束后，直接通入5bar高纯氮气进行淬火，冷至60℃以下出炉，甲醇机喷嘴出炉后半小时内转入真空回火炉；
S3、回火处理：用550℃回火240～300分钟；
S4、机加工：回火处理完成后进行机加工，机加工结束后清洗干净零件各孔和外表面，并用压缩空气吹干；
S5、氮化处理：将零件整齐摆放，并按图2所示方式摆放装炉，零件间至少留5mm间隙，随后按0.66g/L放入无水氯化铵粉末，无水氯化铵粉末盛放在开口较大的铁制容器中，按1个/48L分散摆放；
装炉后先通入氨气排尽炉内空气，随后立即升温至345℃保温两小时，接着升温至545℃，氨分解率控制到59～60%保温21小时，最后再升温至575℃，氨分解率控制到64～65%保温41小时，随后通氨保持炉内正压（炉内压力必须大于1个大气压）降温至90℃以下出炉，空冷。
检测分析
将实施例1至实施例3中经过热处理后的甲醇机喷嘴用HV1计检测甲醇机喷嘴的座面1处氮化层的深度和硬度，用HV5检测氮化脆性，用光学显微镜检测甲醇机喷嘴的芯部2（芯部即为甲醇机喷嘴去除表面氮化层的部分）的晶粒度和金相组织。
检测结果为：实施例1至实施例3中经过热处理后的1Cr12Ni2WMoVNb甲醇机喷嘴的座面0.05mm处硬度均可达851HV1以上，氮化层深均可达0.45mm（芯部+50HV1），磨削0.05mm后脆性均可达1级，氮化脉状2级，无氮化裂纹，芯部2硬度可达308HV1，芯部2晶粒度均可达7级，座面1至端面3的氮化变形收缩在0.05mm以内。
综上所述，本发明的甲醇机喷嘴的热处理方法，在甲醇机喷嘴经过真空焊接后直接降温气淬，有效保证了甲醇机喷嘴芯部的硬度，并通过控制淬火的温度，有效提升了甲醇机喷嘴的综合力学性能，且在淬火后进行回火处理，能有效提升甲醇机喷嘴芯部的硬度，去除淬火应力，同时，将氮化处理过程分阶段进行，第一阶段温度较低，使甲醇机喷嘴表面充分活化，以去除甲醇机喷嘴表面的钝化膜，为后续氮化层的形成提供了充分的前提条件，第二阶段通过控制氮化温度和氨分解率在一个适中的范围，有效保证了氮化层的硬度和深度，第三阶段通过进一步升温处理，加速了氮化层的形成，且能有效控制氮化层的硬度、深度和脆性，避免了氮化硬度过高导致出现裂纹等质量问题，经过相关检测得1Cr12Ni2WMoVNb甲醇机喷嘴的座面0.05mm处硬度均可达851HV1以上，氮化层深均可达0.45mm（芯部+50HV1），磨削0.05mm后脆性均可达1级，氮化脉状2级，无氮化裂纹，芯部硬度可达308HV1，芯部晶粒度均可达7级，座面至端面的氮化变形收缩在0.05mm以内，保证了产品的良好力学性能，延长了产品的使用寿命，在金属热处理技术领域，具有推广应用价值。
以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种甲醇机喷嘴的热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
钎焊热处理：将甲醇机喷嘴加注焊料后置于真空中，分三个阶段处理，第一阶段：升温至500℃~520℃，保温1~1.5h；第二阶段：升温至895℃~905℃，保温1~1.5h；第三阶段：升温至1135℃~1145℃，保温1.5~2h；
淬火：降温至955℃~965℃，保温1~1.5h，用5~10bar氮气淬火，冷却至60℃以下；
回火处理：将甲醇机喷嘴置于真空中，升温至545℃~555℃，回火4~5h；
氮化处理：将甲醇机喷嘴置于氯化铵中，在氨气气氛条件下，分四个阶段处理，第一阶段：升温至345℃~355℃，保温1.5~2h；第二阶段：升温至545℃~555℃，保温19~21h，氨的分解率控制在59~60%之间；第三阶段：升温至575℃~585℃，保温39~41h，氨的分解率控制在64~65%之间；第四阶段：降温至80~100℃，空冷；
热处理后的甲醇机喷嘴的座面至端面的氮化变形收缩在0.05mm以内。
2.根据权利要求1所述的甲醇机喷嘴的热处理方法，其特征在于，所述氮化处理，在第四阶段，降温之前需通入氨气，使氨气气氛中的压力高于1个大气压。
3.根据权利要求1所述的甲醇机喷嘴的热处理方法，其特征在于，所述氮化处理，氯化铵为无水氯化铵粉末，甲醇机喷嘴置于无水氯化铵粉末中，相邻甲醇机喷嘴之间的间隙至少为5mm。
4.根据权利要求1所述的甲醇机喷嘴的热处理方法，其特征在于，所述淬火，采用5bar氮气淬火。
5.根据权利要求1所述的甲醇机喷嘴的热处理方法，其特征在于，所述喷嘴的材质为1Cr12Ni2WMoVNb。
6.根据权利要求1所述的甲醇机喷嘴的热处理方法，其特征在于，用氮气淬火，冷却至60℃以下后，0.5h内需进行回火处理。
7.根据权利要求1所述的甲醇机喷嘴的热处理方法，其特征在于，在氮化处理前，还需进行机加工处理，结束后需清理甲醇机喷嘴，并用压缩空气吹干。
8.根据权利要求1所述的甲醇机喷嘴的热处理方法，其特征在于，氮化处理后，甲醇机喷嘴表面氮化层的硬度大于851HV1，氮化层深度大于0.45mm。
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