CN103556105B - 10CrNi2Mo3Cu2V材料的渗碳方法 - Google Patents

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本发明涉及一种10CrNi2Mo3Cu2V材料的渗碳方法，采用调质热处理工艺及表面渗碳强化技术，在保证表面均有高强度、高耐磨性及高疲劳寿命的前提下，心部组织的具有高的综合机械性能，确定其热处理的最佳温度范围及渗碳的温度及渗碳后冷却及淬火、冰冷及回火工艺，以及采用可控气氛渗碳技术，保证了材料在渗碳后表面显微组织及心部的显微组织符合MMS5001《渗碳金相组织检验标准》的相应要求，达到航空产品所要求的技术指标。

Description

10CrNi2Mo3Cu2V材料的渗碳方法
技术领域
本发明涉及一种渗碳方法，尤其是一种10CrNi2Mo3Cu2V材料的渗碳方法。
背景技术
目前，欧洲及美国直升机齿轮基本上采用的材料为9310钢，即通常所称的一代齿轮钢，其热处理工艺为渗碳热处理，国内近几年正在进行9310钢材料的研制，研制过程中存在很多问题，还正在解决，国外的9310钢的热处理工艺，经过几年的研究，现在基本可以进行生产，国产化的9310钢已经部分试生产使用，渗碳热处理工艺也开始应用，但还存在很多问题没有解决。10CrNi2Mo3Cu2V材料其各项性能优于9310钢，10CrNi2Mo3Cu2V材料主要增加了耐热及强化元素Si、Mo、Cu和V的含量，提高了中温强度，可以在200℃环境中工作，由于该材料具有的优良性能，该材料已逐步被国外先进的航空发动机所采用。对于在航空产品上的应用，要求在保证表面均有高强度、高耐磨性及高疲劳寿命的前提下，心部组织的具有高的综合机械性能，具体要达到的技术指标为：渗碳层深度在0.4mm以上；渗碳后表面硬度HRC60，心部硬度HRC33～41；其表面显微组织及心部的显微组织符合MMS5001《渗碳金相组织检验标准》的相应要求，即表面显微组织为马氏体+少量碳化物，心部组织为低碳马氏体+少量铁素体，残余奥氏体小于10%。由于在国内对于10CrNi2Mo3Cu2V材料的研制刚刚起步，尚没有成型渗碳方法，因此不能达到航空产品所要求的性能。
发明的内容
本发明的目的是提供一种10CrNi2Mo3Cu2V材料的渗碳方法，使材料达到航空产品所要求的性能，即材料渗碳后，渗碳层深度在0.4mm以上；渗碳后表面硬度HRC60，心部硬度HRC33～41；表面显微组织为马氏体+少量碳化物，心部组织为低碳马氏体+少量铁素体，残余奥氏体小于10%。
本发明的具体方法为：
1准备10CrNi2Mo3Cu2V材料的零件；
2将零件放入空气循环炉中进行预氧化，保温温度为450±14℃，时间为30～40min，然后空冷至室温；
3将零件取出后，放入可控气氛双室炉进行渗碳，渗碳温度为927℃±8℃，Ⅰ阶段碳势为0.35%～0.45%，保温时间为30～40min，Ⅱ阶段碳势为1.2%～1.25%，保温时间4.5～5.5h，随炉冷却至低于150℃时出炉；在空气中冷却至室温，然后放置在可控气氛双室炉内进行高温回火，温度621±15℃，保温2～3.5h后，充氮气冷却至室温；
4将零件放入到少氧化设备内进行淬火，温度904℃±8℃，保温时间15～45min后，油冷，然后放在氟利昂制冷的冰冷设备中冷却，温度低于-80℃，保温时间不小于4h，然后放在专用的回火设备内进行回火，回火温度为150±8℃，保温时间为2～4h；
5将零件取出后，在0.15～0.25MPa压力下进行吹砂，吹砂时间不超过20min；
6最终检验。
本发明采用调质热处理工艺及表面渗碳强化技术，在保证表面均有高强度、高耐磨性及高疲劳寿命的前提下，心部组织的具有高的综合机械性能，确定其热处理的最佳温度范围及渗碳的温度及渗碳后冷却及淬火、冰冷及回火工艺，以及采用可控气氛渗碳技术，保证了材料在渗碳后渗碳层深度在0.40mm以上，渗碳后表面硬度大于HRC60，心部硬度达到HRC33～41；表面显微组织为马氏体+少量碳化物，心部组织为低碳马氏体+少量铁素体，残余奥氏体小于10%，其表面显微组织及心部的显微组织符合MMS5001《渗碳金相组织检验标准》的相应要求，达到航空产品所要求的技术指标。
具体实施方式
1准备10CrNi2Mo3Cu2V材料的零件；
2将零件放入空气循环炉中进行预氧化，保温温度为450±14℃，时间为30～40min，然后空冷至室温；
3将零件取出后，放入可控气氛双室炉进行渗碳，渗碳温度为927℃±8℃，Ⅰ阶段碳势为0.35%～0.45%，保温时间为30～40min，Ⅱ阶段碳势为1.2%～1.25%，保温时间4.5～5.5h，随炉冷却至低于150℃时出炉；在空气中冷却至室温，然后放置在可控气氛双室炉内进行高温回火，温度621±15℃，保温2～3.5h后，充氮气冷却至室温；
4将零件放入到少氧化设备内进行淬火，温度904℃±8℃，保温时间15～45min后，油冷，然后放在氟利昂制冷的冰冷设备中冷却，温度低于-80℃，保温时间不小于4h，然后放在专用的回火设备内进行回火，回火温度为150±8℃，保温时间为2～4h；
5将零件取出后，在0.15～0.25MPa压力下进行吹砂，吹砂时间不超过20min；
6最终检验。
实施例
材料为10CrNi2Mo3Cu2V的某发动机齿轮，最大外径达到φ537mm。零件进行渗碳后的要求为：渗层深度1.05～1.24mm，齿根及齿根圆角渗层深度≥0.96mm，表面硬度HRC≥60，心部硬度HRC33～41。
1准备10CrNi2Mo3Cu2V材料的零件；
2将零件放入空气循环炉中进行预氧化，保温温度为450℃，时间为30min，然后空冷至室温；
3将零件取出后，放入可控气氛双室炉进行渗碳，渗碳温度为927℃℃，Ⅰ阶段碳势为0.35%，保温时间为30min，Ⅱ阶段碳势为1.2%%，保温时间5h，随炉冷却至145℃时出炉；然后在可控气氛双室炉内进行高温回火，温度621℃，保温3h后，充氮气冷却至室温；
4将零件放入到少氧化炉内进行淬火，温度904℃℃，保温时间20min后，油冷，然后放在氟利昂制冷的冰冷设备中冷却，温度为-85℃，保温时间为4.5h，然后放在……内回火，回火温度为150℃，保温时间为4h；
5将零件取出后，在0.25MPa压力下进行吹砂，吹砂时间为10min；
6最终检验。检验结果为：零件渗层深度1.20mm，齿根及齿根圆角渗层深度1.02mm，表面硬度HRC61，心部硬度HRC37，满足要求。

Claims (1)

1.一种10CrNi2Mo3Cu2V材料的渗碳方法，其特征是，所述的方法包括以下步骤：
（1）准备10CrNi2Mo3Cu2V材料的零件；
（2）将零件放入空气循环炉中进行预氧化，保温温度为450±14℃，时间为30～40min，然后空冷至室温；
（3）将零件取出后，放入可控气氛双室炉进行渗碳，渗碳温度为927℃±8℃，Ⅰ阶段碳势为0.35%～0.45%，保温时间为30～40min，Ⅱ阶段碳势为1.2%～1.25%，保温时间4.5～5.5h，随炉冷却至低于150℃时出炉；在空气中冷却至室温，然后放置在可控气氛双室炉内进行高温回火，温度621±15℃，保温2～3.5h后，充氮气冷却至室温；
（4）将零件放入到少氧化设备内进行淬火，温度904℃±8℃，保温时间15～45min后，油冷，然后放在氟利昂制冷的冰冷设备中冷却，温度低于-80℃，保温时间不小于4h，然后放在专用的回火设备内进行回火，回火温度为150±8℃，保温时间为2～4h；
（5）将零件取出后，在0.15～0.25MPa压力下进行吹砂，吹砂时间不超过20min；
（6）最终检验。
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