CN100429331C - 钢件快速热渗铝工艺 - Google Patents
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Abstract
一种钢件快速热渗铝工艺如下：①除油；②除锈；③清水刷洗；④表面活化；⑤助渗；⑥烘干或自然干燥；⑦熔剂处理；⑧渗铝。其优点是：渗铝温度低(680℃左右)，渗铝时间短(2-4分钟)，节约了能源，提高了效率。同时由于：从实验的数据比较得出“低温快速”渗铝新工艺，提高了扩散渗铝的抗热，冲击稳定性和疲劳强度各10%以上；提高了焊接性能；由于“低温快速”的特点完全保持了工件表面的纯铝层，提高了抗腐蚀性，因铝受到温度和空气氧化后形成了一层坚硬又致密的Al2O3的保护层，更好的对铁铝合金层起到封闭作用；渗铝前后的金属组织，常规的机械性能保持强度均无明显变化。
Description
技术领域
本发明涉及金属热处理技术领域，具体地说是一种钢件快速热渗铝工艺。
背景技术
渗铝可提高合金在氧化介质和腐蚀介质中的耐蚀性和耐热性，渗铝的钢质工件在500℃～700℃的含硫介质中可与不锈钢媲美，为石油化工工业节约大量的不锈钢，渗铝可成倍的提高涡轮叶片的使用时间，渗铝可增加铁基和铁镍基合金的抗高温性能等。但是传统的渗铝老工艺需要高温度(950℃～1050℃左右)，周期长(6～8小时以上)，由于长时间高温，零件容易变形，对机械性能有很大影响，炉子使用寿命短，使产品成本增加。而且传统的老工艺渗铝层总有表面脆性区，脆性区在弯曲变形，运输碰撞，或加工时容易剥落，产生应力集中，促使裂纹向渗铝层深处扩展。因此，在使用安装过程中，需要变形弯曲的零件无法采用老工艺渗铝。
发明内容
本发明的目的是改善传统渗铝工艺中的温度高，消耗大，周期长，产量低，成本高的缺点，利用电流补偿加热式渗铝，以电流补偿的方法，缩短渗铝周期，通过加热速度控制渗层中的铝含量，相成分和渗层组织，消除表面脆性区，提高了弯曲的性能，以及在保留老工艺渗层的抗高温，耐磨性的基础上，同时提高了抗腐蚀能力，并保持原基材机械的强度的钢件快速热渗铝工艺。
本发明钢件快速热渗铝工艺如下：
①除油：将待渗铝钢件先放入空气炉中加热，在350℃～400℃温度下烘烧20分钟左右，待渗铝钢件表面达到无油并干燥为止；
②除锈：除油后的待渗铝钢件，从加热炉中取出，浸入浓度为15％的工业硫酸和浓度为12％的盐酸混合水液中，经15分钟的酸浸反应，当表面出现银灰色时取出；
③清水刷洗：待渗铝钢件经过酸浸去锈后，用清水冲洗4～6分钟；
④表面活化：待渗铝钢件经清水冲洗好后立即浸入1/1000浓度的铬酐，2/1000浓度的高锰酸钾，1.5/1000浓度的亚硝酸钠，余量为水的活化液中，经2～4分钟反应后，取出水洗；
⑤助渗：将待渗铝钢件泡浸在1/1000浓度的氟化锆，1.2/1000浓度的氟锆酸钠，0.5/1000浓度的锆酸酐，余量为水的助镀液中4分钟；
⑥烘干或自然干燥；
⑦熔剂处理：将晾干的待渗铝钢件放进氟化铝10-30％、氟化钠10-35％和氯化钠余数，温度600℃的熔剂中浸1分钟；
⑧渗铝：经熔剂1分钟处理后，采用电流补偿加热方式和合适的加热速度50℃/秒，待渗铝钢件立即进入1-3％硅、0.1-0.3％钯、0.01-0.03％铈和0.005-0.03％镧，温度680℃的铝液浸2～4分钟。
本发明钢件快速热渗铝工艺的优点是：渗铝温度低(680℃左右)，渗铝时间短(2-4分钟)，节约了能源，提高了效率。同时由于：
1、从实验的数据比较得出“低温快速”渗铝新工艺，提高了扩散渗铝的抗热，冲击稳定性和疲劳强度各10％以上；
2、提高了焊接性能；
3、由于“低温快速”的特点完全保持了工件表面的纯铝层，提高了抗腐蚀性，因铝受到温度和空气氧化后形成了一层坚硬又致密的Al2O3的保护层，更好的对铁铝合金层起到封闭作用；
4、试验证明：渗铝前后的金属组织，常规的机械性能保持强度均无明显变化。
下面对性能进行试验分析：
一、时间的影响及其机理
钢的渗铝都在高温奥氏体区进行，渗铝时铝在零件表面的扩散速度除了和温度有关外，还和铝在奥氏体中的扩散路径有关。由于奥氏体晶粒细化是与渗铝的加热方式及加热速度和加热温度有很大关系。电流快速渗铝加热50℃/秒，热渗铝老工艺加热速度0.1℃/秒，10℃/秒。在不同加热速度下获不同的扩散系数。
二、抗热冲击稳定性
渗铝工件在工作或修理安装时可能遭受热冲击，两种方式渗铝的比较方法是：把渗铝试样加热到550℃，然后室冷或水冷，如此反复一定次数后，再进行金相观察渗铝层的裂纹，得出结果证明，用原扩散工艺渗铝的有表面脆性区渗层，经二次热循环冲击以后，就开始出现裂纹。用电流补偿的渗层，由于没有表面脆性区，对热冲击的灵敏较小，经40项热冲击循环后，也没有在渗层中形成裂纹。
渗铝的CRSMO钢件试样热稳定性试验
| 渗铝方法形式和加热速度 | 渗层深(毫米) | 热环次 | 扩散层特性 |
| 在气密容器中用炉子加热(加热速度0.1℃/秒) | 0.7～0.15 | 2357 | 没有裂纹有裂纹有大量裂纹内部有氧化裂纹 |
| 热渗扩散加热(加热速度0.1℃/秒) | 0.5～0.15 | 125 | 没有明显裂纹有少量部位裂纹有大量裂纹并氧化性裂纹 |
| 在膏剂中用炉子加热(加热温度10℃/秒) | 1.0 | 815 | 在整个渗层有裂纹加有内部氧化裂纹 |
| 热渗电流法加热温度(50℃/秒) | 0.1～0.15 | 102040 | 没有裂纹未出现裂纹很微小的裂纹出现 |
具体实施方式
实施例一：
钢件快速热渗铝工艺如下：
①除油：将待渗铝钢件先放入空气炉中加热，在350℃～400℃温度下烘烧20分钟左右，待渗铝钢件表面达到无油并干燥为止；
②除锈：除油后的待渗铝钢件，从加热炉中取出，浸入浓度为15％的工业硫酸和浓度为12％的盐酸混合水液中，经15分钟的酸浸反应，当表面出现银灰色时取出；
③清水刷洗：待渗铝钢件经过酸浸去锈后，用清水冲洗4～6分钟；
④表面活化：待渗铝钢件经清水冲洗好后立即浸入1/1000浓度的铬酐，2/1000浓度的高锰酸钾，1.5/1000浓度的亚硝酸钠，余量为水的活化液中，经2～4分钟反应后，取出水洗；
⑤助渗：将待渗铝钢件泡浸在1/1000浓度的氟化锆，1.2/1000浓度的氟锆酸钠，0.5/1000浓度的锆酸酐，余量为水的助镀液中4分钟；
⑥烘干或自然干燥；
⑦熔剂处理：将晾干的待渗铝钢件放进氟化铝10％、氟化钠10％和氯化钠80％，温度600℃的熔剂中浸1分钟；
⑧渗铝：经熔剂1分钟处理后，采用电流补偿加热方式和合适的加热速度50℃/秒，待渗铝钢件立即进入1％硅、0.1％钯、0.01％铈和0.005％镧，温度680℃的铝液浸2～4分钟。
实施例二：
钢件快速热渗铝工艺如下：
①除油：将待渗铝钢件先放入空气炉中加热，在350℃～400℃温度下烘烧20分钟左右，待渗铝钢件表面达到无油并干燥为止；
②除锈：除油后的待渗铝钢件，从加热炉中取出，浸入浓度为15％的工业硫酸和浓度为12％的盐酸混合水液中，经15分钟的酸浸反应，当表面出现银灰色时取出；
③清水刷洗：待渗铝钢件经过酸浸去锈后，用清水冲洗4～6分钟；
④表面活化：待渗铝钢件经清水冲洗好后立即浸入1/1000浓度的铬酐，2/1000浓度的高锰酸钾，1.5/1000浓度的亚硝酸钠，余量为水的活化液中，经2～4分钟反应后，取出水洗；
⑤助渗：将待渗铝钢件泡浸在1/1000浓度的氟化锆，1.2/1000浓度的氟锆酸钠，0.5/1000浓度的锆酸酐，余量为水的助镀液中4分钟；
⑥烘干或自然干燥；
⑦熔剂处理：将晾干的待渗铝钢件放进氟化铝20％、氟化钠25％和氯化钠55％，温度600℃的熔剂中浸1分钟；
⑧渗铝：经熔剂1分钟处理后，采用电流补偿加热方式和合适的加热速度50℃/秒，待渗铝钢件立即进入2.5％硅、0.2％钯、0.02％铈和0.01％镧，温度680℃的铝液浸2～4分钟。
实施例三：
钢件快速热渗铝工艺如下：
①除油：将待渗铝钢件先放入空气炉中加热，在350℃～400℃温度下烘烧20分钟左右，待渗铝钢件表面达到无油并干燥为止；
②除锈：除油后的待渗铝钢件，从加热炉中取出，浸入浓度为15％的工业硫酸和浓度为12％的盐酸混合水液中，经15分钟的酸浸反应，当表面出现银灰色时取出；
③清水刷洗：待渗铝钢件经过酸浸去锈后，用清水冲洗4～6分钟；
④表面活化：待渗铝钢件经清水冲洗好后立即浸入1/1000浓度的铬酐，2/1000浓度的高锰酸钾，1.5/1000浓度的亚硝酸钠，余量为水的活化液中，经2～4分钟反应后，取出水洗；
⑤助渗：将待渗铝钢件泡浸在1/1000浓度的氟化锆，1.2/1000浓度的氟锆酸钠，0.5/1000浓度的锆酸酐，余量为水的助镀液中4分钟；
⑥烘干或自然干燥；
⑦熔剂处理：将晾干的待渗铝钢件放进氟化铝30％、氟化钠35％和氯化钠35％，温度600℃的熔剂中浸1分钟；
⑧渗铝：经熔剂1分钟处理后，采用电流补偿加热方式和合适的加热速度50℃/秒，待渗铝钢件立即进入3％硅、0.3％钯、0.03％铈和0.02％镧，温度680℃的铝液浸2～4分钟。
Claims (3)
1、一种钢件快速热渗铝工艺，其特征在于：
①除油：将待渗铝钢件先放入空气炉中加热，在350℃～400℃温度下烘烧20分钟左右，待渗铝钢件表面达到无油并干燥为止；
②除锈：除油后的待渗铝钢件，从加热炉中取出，浸入浓度为15％的工业硫酸和浓度为12％的盐酸混合水液中，经15分钟的酸浸反应，当表面出现银灰色时取出；
③清水刷洗：待渗铝钢件经过酸浸去锈后，用清水冲洗4～6分钟；
④表面活化：待渗铝钢件经清水冲洗好后立即浸入1/1000浓度的铬酐，2/1000浓度的高锰酸钾，1.5/1000浓度的亚硝酸钠，余量为水的活化液中，经2～4分钟反应后，取出水洗；
⑤助渗：将待渗铝钢件泡浸在1/1000浓度的氟化锆，1.2/1000浓度的氟锆酸钠，0.5/1000浓度的锆酸酐，余量为水的助镀液中4分钟；
⑥烘干或自然干燥；
⑦熔剂处理：将晾干的待渗铝钢件放进氟化铝10-30％、氟化钠10-35％和氯化钠余数，温度600℃的熔剂中浸1分钟；
⑧渗铝：经熔剂1分钟处理后，采用电流补偿加热方式和合适的加热速度50℃/秒，待渗铝钢件立即进入1-3％硅、0.1-0.3％钯、0.01-0.03％铈和0.005-0.03％镧，温度680℃的铝液浸2～4分钟。
2、根据权利要求1所述的钢件快速热渗铝工艺，其特征在于：熔剂的组份重量百分比为∶10-20％氟化铝，10-25％氟化钠，氯化钠余数。
3、根据权利要求1所述的钢件快速热渗铝工艺，其特征在于：熔剂的组份重量百分比为：20％氟化铝，25％氟化钠和氯化钠55％。
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