CN101392361A

CN101392361A - 马氏体不锈钢氮碳共渗方法及其制品

Info

Publication number: CN101392361A
Application number: CNA2008100464388A
Authority: CN
Inventors: 郑雄; 彭涛
Original assignee: SICHUAN AERO HYDRAULIC MACHINERY FACTORY
Current assignee: SICHUAN AERO HYDRAULIC MACHINERY FACTORY
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2009-03-25

Abstract

本发明公开一种铬含量10～15重量％马氏体不锈钢氮碳共渗方法及其制品。它是将制品的半成品经调质处理、去除油污及钝化膜后，在氨气和二氧化碳气氛中于550～560℃温度范围内氮碳共渗，共渗层深度≥0.05mm，渗碳层表面硬度HV≥509；再将半成品精加工为成品，最后将成品置于钝化液中钝化，使其表面的理化性质稳定。

Description

马氏体不锈钢氮碳共渗方法及其制品

技术领域

本发明涉及金属体表面氮碳共渗方法，具体说，是一种马氏体不锈钢氮碳共渗方法及其制品。

背景技术

在奥氏体不锈钢制品表面氮碳共渗，使其硬化，既保持制品的耐蚀性，又改善制品的耐磨性，在机械制造领域被广泛应用，而马氏体不锈钢氮碳共渗工艺尚无先例。但在一些特殊场合，例如飞机的平板阀组件，该组件中有好几个零件，都需要用马氏体不锈钢材料制造，再经氮碳共渗处理，才能满足使用要求，否则，飞机的安全性难于保证。

发明内容

本发明提供一种马氏体不锈钢氮碳共渗方法及其制品，可满足上述要求。

本发明的技术方案是：

一种马氏体不锈钢氮碳共渗方法，所述马氏体不锈钢是铬含量10～15重量％的马氏体不锈钢，在氨气和二氧化碳气氛中于550～560℃温度范围内氮碳共渗。该方法包括步骤：

①.共渗前的调质热处理；

②.去除油污及钝化膜；

③.氮碳共渗。

所述调质热处理的步骤是：

淬火：时在1020～1040℃的温度下保持10+2分钟/每mm零件厚度，油冷；

高温回火：600～640℃的温度下保温60+1分钟/每mm零件厚度，水冷。

所述去除油污及钝化膜的步骤是：

1).表面喷砂或化学除油；

2).酸液洗涤去除钝化膜。

所述氮碳共渗的工艺条件是：氮碳共渗温度550～560℃，第一段氨分解率为25～40％，二氧化碳的通往量为氨气的8～12％，保持时间为4～8小时；第二段氨分解率为30～50％，二氧化碳的通往量为氨气的8～12％，保持时间为1～1.5小时；第三段氨分解率为35～50％，二氧化碳的通往量为氨气的8～12％，保持时间为1～1.5小时。

一种马氏体不锈钢制品，该制品用铬含量10～15重量％的马氏体不锈钢制成，具有由上述方法制得的氮碳共渗硬化表层。

所述氮碳共渗硬化表层深度≥0.05mm；氮碳共渗硬化表层硬度HV≥509。

一种用于上述马氏体不锈钢制品的钝化液，由如下组分配制而成：

硝酸20-25％(体积比)；重铬酸钠3-4％(体积比)；余量(体积比)是水。

上述马氏体不锈钢制品的钝化方法，将该马氏体不锈钢制品置于上述的钝化液中钝化，钝化时间5分钟。

本发明的技术效果：

本发明找到了马氏体不锈钢氮碳共渗的方法，成功地开发出氮碳共渗的马氏体不锈钢制品，满足了特殊行业对该类制品的需求。用本发明制造的飞机平板阀组件零件，技术性能优越，完全满足使用要求，有效地提高了飞机的安全性。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图

具体实施方式

现以2Cr13马氏体不锈钢(零件厚度为10mm)氮碳共渗热处理为例，详细说明本发明。

用马氏体不锈钢材料粗加工成零件半成品，留精加工余量。然后按照图1所示的步骤进行处理：

一、调质热处理

将半成品零件进行调质处理，淬火时在1030℃的温度下保持(10+2分钟/每mm零件厚度)30分钟，油冷；高温回火620℃的温度下(60+1分钟/每mm零件厚度)保温70分钟，水冷；检查硬度HRC24-28，按HB5022-94检查芯部组织合格。

上述调质处理也可在下料后进行，将零件毛料调质后再粗加工成半成品。

二、表面喷砂

将零件半成品表面喷砂，可以除去油污，还可以破坏零件表面钝化膜。

三、表面去钝化膜

再用10％体积比的磷酸洗涤零件，进一步腐蚀残余钝化膜，将其彻底去除，其化学反应如下：

8H₃PO₄+3Fe₃O₄→6Fe(PO₄)+Fe₃(PO₄)₂+12H₂O

H₃PO₄+Fe→Fe₃(PO₄)₂+H₂↑

去除表面钝化膜务必彻底，否则将严重影响后序的氮碳共渗，钝化膜会阻止氮碳原子的渗入，使氮碳共渗极其困难，导致氮碳共渗层各处的深度不一致。

四、氮碳共渗

用氨气和二氧化碳作氮碳共渗剂，在550～560℃下进行氮碳共渗。

氨气和二氧化碳作为氮碳共渗剂比其它渗剂，具有氮碳共渗剂速度快、操作简便等特点，适合于井式气体氮化炉氮碳共渗。

不锈钢氮碳共渗时，渗层中碳化物网状结构极难控制合格，用计算机可控气氛井式渗碳炉，可实现对炉内氮势的准确调控，为渗层氮化物合格的氮碳共渗参数调控提供了极大的方便。用井式炉进行气体氮碳共渗时，通过调整渗碳工艺参数，尽量减小氮化物网以及硬化层脆性，使氮化物合格。

氮碳共渗硬化层深度应控制在0.1～0.15mm，氮化物级别应符合HB5022-94中规定的≤5级，使之满足后序金属加工工艺的要求，硬化层脆性大于3级，机械加工时容易断裂崩块。

通过调整渗碳工艺参数，控制氮碳共渗硬化层质量，具体参数为：

氮碳共渗温度550℃，第一段氨分解率为30％，二氧化碳的通往量为氨气的10％，保持时间为7小时；第二段氨分解率为40％，二氧化碳的通往量为氨气的10％，保持时间为1小时；第三段氨分解率为45％，二氧化碳的通往量为氨气的10％，保持时间为1小时。

零件装炉时，炉温不能大于200℃，同时应根据随炉参考试样决定氮碳共渗时间，使氮化物级别符合HB5022-94中规定的≤5级。

共渗后，零件的技术指标如下：

氮碳共渗表面硬度：HV≥509；

非渗面硬度：HRC24-28

金相组织：氮碳共渗层氮化物级别、氮碳共渗层疏松层按HB5022-94检查合格。

五、零件精加工

将渗后零件精加工至设计要求的形状、尺寸，表面粗糙度符合要求。

六、低温回火

低温回火条件：回火温度140℃、时间≥180分钟。

七、表面钝化处理

将零件置于钝化溶液中钝化，使硬化层次表面硬度保持稳定，硬度稳定在HRC50以上。硬度低于HRC50不合格，氮碳共渗面容易被划伤。目视氮碳共渗表面颜色发暗，硬度检测必然低于HRC50。其原因是，氮碳共渗表面在钝化时发生腐蚀，析出碳黑，从而降低了氮碳共渗面表层的硬度。因此，钝化处理的关键是钝化液配方和钝化时间。本工艺的钝化方法，是在下述钝化液中钝化5分钟：

钝化液配方(体积比)：22％硝酸；3％重铬酸钠；75％水。

需要说明，以上只是本发明的一个应用实例，按照本发明技术方案的教导，调整相应的工艺参数，也可加工其它牌号的马氏体不锈钢氮碳共渗制品。

Claims

1.一种马氏体不锈钢氮碳共渗方法，其特征在于，所述马氏体不锈钢是铬含量10～15重量％的马氏体不锈钢；在氨气和二氧化碳气氛中于550～560℃温度范围内氮碳共渗。

2.根据权利要求1所述的马氏体不锈钢氮碳共渗方法，其特征在于，该方法包括步骤：

①.共渗前的调质热处理；

②.去除油污及钝化膜；

③.氮碳共渗。

3.根据权利要求2所述的马氏体不锈钢渗碳方法，其特征在于，所述调质热处理的步骤是：

淬火：时在1010～1030℃的温度下保持10+2分钟/每mm零件厚度，油冷；

4.根据权利要求2所述的马氏体不锈钢渗碳方法，其特征在于，所述去除油污及钝化膜的步骤是：

1).表面喷砂或化学除油；

2).酸液洗涤去除钝化膜。

5.根据权利要求2所述的马氏体不锈钢渗碳方法，其特征在于，所述氮碳共渗的工艺条件是：氮碳共渗温度550～560℃，第一段氨分解率为25～40％，二氧化碳的通往量为氨气的8～12％，保持时间为4～8小时；第二段氨分解率为30～50％，二氧化碳的通往量为氨气的8～12％，保持时间为1～1.5小时；第三段氨分解率为35～50％，二氧化碳的通往量为氨气的8～12％，保持时间为1～1.5小时。

6.一种马氏体不锈钢制品，其特征在于，该制品用铬含量10～15重量％的马氏体不锈钢制成，具有由权利要求1所述方法制得的氮碳共渗硬化表层。

7.根据权利要求6所述的马氏体不锈钢制品，其特征在于，所述氮碳共渗硬化表层深度≥0.05mm；氮碳共渗硬化表层硬度HV≥509。

8.一种用于权利要求6所述马氏体不锈钢制品的钝化液，其特征在于，该钝化液由如下组分配制而成(体积比)：

20～25％硝酸，3～4％重铬酸钠，余量是水。

9.权利要求6所述马氏体不锈钢制品的钝化方法，其特征在于，将该马氏体不锈钢制品置于权利要求8所述的钝化液中钝化，钝化时间5～8分钟。