CN106893822B - 离心压缩机用35CrMoV齿套或齿环的离子氮化热处理工艺 - Google Patents

离心压缩机用35CrMoV齿套或齿环的离子氮化热处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种离心压缩机用35CrMoV齿套或齿环的离子氮化热处理工艺，属于热处理工艺技术领域，该工艺包括以下步骤：(1)正火处理：正火温度900℃，保温时间按“有效厚度/40mm”小时计算，然后空冷；(2)淬火处理：淬火温度900℃，保温时间按“有效厚度/40mm”小时计算，然后油冷；(3)回火处理：回火温度600℃，保温时间按“1.5倍淬火保温时间”小时计算，然后空冷；(4)离子氮化处理，在520℃下离子氮化18.0～25.0小时，炉冷降温到200℃，然后出炉空冷。经本发明离子氮化热处理后的工件，由于心部强度和硬度的提高，从而接触疲劳强度可以大幅提高。

Description

离心压缩机用35CrMoV齿套或齿环的离子氮化热处理工艺
技术领域
本发明涉及热处理工艺技术领域，具体涉及一种离心压缩机用35CrMoV齿套或齿环的离子氮化热处理工艺。该工艺适用于所有离心压缩机用35CrMoV齿套(环)的离子氮化热处理工艺，也适用于其它产品工件应用35CrMoV材料进行离子氮化的热处理工艺。
背景技术
目前，离心压缩机用35CrMoV齿套(环)的传统离子氮化热处理工艺是先经调质处理，即900℃空冷+900℃油冷+660℃空冷，使齿套(环)工件心部性能达到屈服强度≥735MPa，硬度HB269～302；然后进行离子氮化处理，使表面硬度HV5≥502，渗层厚度≥0.35mm。
中国已经成为制造大国，但中国的关键构件存在寿命短、可靠性差和结构重等三大问题，在这种情况下，国家发布了“中国制造2025”，核心是由制造大国向制造强国转变。在走向制造强国的路上，材料热处理是机械制造的核心技术、关键技术、共性技术和基础技术，属于国家核心竞争力。“中国热处理与表面改性技术路线图”也已出炉，提出了快速实现关键构件长寿命、高可靠、结构减重，用10-15年时间达到国际先进水平。关键构件的三大问题源自疲劳强度应力集中敏感，疲劳强度应力集中敏感对关键构件的伤害之大出人意料，所以提出了“抗疲劳制造的理念”。表面硬化是最有效地提高齿轮疲劳强度的方法之一。压缩机行业也不例外，离心压缩机用齿套(环)的疲劳寿命亟待提高，上述传统离子氮化热处理工艺显然已不能满足实际需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种离心压缩机用35CrMoV齿套或齿环的离子氮化热处理工艺，采用该改进后的离子氮化热处理工艺，能够提高离子氮化齿环的心部强度和硬度，以提高接触疲劳强度，从而达到提高齿环的疲劳寿命的目的。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种离心压缩机用35CrMoV齿套或齿环的离子氮化热处理工艺，该工艺首先对工件进行调质处理，包括依次进行的正火处理、淬火处理和回火处理，然后将调质处理后的工件进行离子氮化处理；该工艺具体包括以下步骤：
(1)正火处理：正火温度900℃，保温时间为(有效厚度/40mm)小时，然后空冷；
(2)淬火处理：淬火温度900℃，保温时间为(有效厚度/40mm)小时，然后油冷；
(3)回火处理：回火温度590-610℃，保温时间为淬火处理中保温时间的1.5倍，然后空冷；
(4)离子氮化处理：在520℃条件下离子氮化18.0～25.0小时，炉冷降温到200℃，然后出炉空冷。
所述35CrMoV齿套(环)的化学成分满足GB/T3077-1999标准的规定。
上述步骤(3)中，根据35CrMoV材料的实际化学成分，在590-610℃范围内调整回火处理的温度。
上述步骤(4)中，所述离子氮化处理采用辉光离子氮化炉设备，该工艺过程具体如下：
首先要对工件进行清洗，装炉后先抽真空到13.3Pa以下，然后通入经过干燥的氨气，开始升温，温度升到520℃进行保温，保温阶段氨气流量控制在1.0-1.5L/min之间，电压控制在600-850V，电流在10-20A，工作气压为100-1200Pa(工作气压优选为300-400Pa)，保温时间18～25小时，降温到200℃出炉空冷。
所述离心压缩机用35CrMoV齿套(环)工件经调质处理后，工件心部力学性能为：屈服强度≥833MPa，抗拉强度≥931MPa，硬度HB293～341。所述离心压缩机用35CrMoV齿套(环)工件经调质处理和离子氮化处理后，渗氮层厚度为≥0.50mm，渗氮层表面硬度≥650HV5。
本发明离子氮化热处理工艺设计原理如下：
回火温度降低后，材料的心部强度、硬度提高。离子氮化后的硬度梯度曲线中过渡层的硬度提高，相当于渗氮层的厚度增大，两者(硬度提高、厚度增大)都显著提高齿轮的疲劳寿命。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明对传统的离子氮化热处理工艺进行改进，即将传统预处理工艺方法“900℃空冷+900℃油冷+660℃空冷”改为“900℃空冷+900℃油冷+(590-610)℃空冷”，通过降低回火温度以达到提高工件心部强度和硬度的目的，渡层的硬度提高，间接增加了渗氮层的厚度。
2、35CrMoV齿套(环)的离子氮化热处理采用本发明热处理工艺，可以提高心部性能提高到屈服强度≥833MPa，硬度HB293～341，从而接触疲劳强度可以提高30％。
3、本发明离子氮化热处理工艺不但可以用在离心压缩机用35CrMoV齿套(环)上，而且可以用在其它产品工件，所有应用35CrMoV材料进行离子氮化热处理的工件上。
附图说明
图1为对比例1的渗氮层厚度(金相法)。
图2为对比例1的渗氮层硬度梯度曲线。
图3为实施例1的渗氮层厚度(金相法)。
图4为实施例1的渗氮层硬度梯度曲线。
图5为对比例2的渗氮层厚度(金相法)。
图6为对比例2的渗氮层硬度梯度曲线。
图7为实施例2的渗氮层厚度(金相法)。
图8为实施例2的渗氮层硬度梯度曲线。
具体实施方式
下面结合实施例详述本发明。
以下实施例中，工件的初始状态为锻件。
以下实施例及对比例中，所述离子氮化处理工艺过程具体如下：
首先要对工件进行清洗，装炉后先抽真空到13.3Pa以下，然后通入经过干燥的氨气，开始升温，温度升到520℃进行保温，保温阶段氨气流量控制在1.0-1.5L/min之间，电压控制在800V，电流在10-20A，工作气压为300-400Pa，保温时间18～25小时，降温到200℃出炉空冷。
实施例1
离心压缩机用35CrMoV齿环材料，其有效厚度为100mm，其化学成分：C:0.048wt.％；Si：0.42wt.％；Mn：0.80wt.％；Cr：13.70wt.％；Mo：1.50wt.％；S：0.004wt.％；P：0.026wt.％；V：0.29wt.％；Fe：余量。对其进行离子氮化热处理，包括以下步骤：
(1)正火处理，在900℃下保温2.5小时，然后空冷；
(2)淬火处理，在900℃下保温2.5小时，然后油冷；
(3)回火处理，在600℃下保温4.0小时，然后空冷；
(4)离子氮化处理，在520℃下离子氮化22.0小时，炉冷降温到200℃，然后出炉空冷；
对比例1
与实施例1不同之处在于：步骤(3)的回火温度是660℃。
经测试实施例1离子氮化热处理后的35CrMoV齿环其心部力学性能指标，强度、硬度明显高于对比例1的强度、硬度指标，而延伸率、断面收缩率、冲击功等指标不仅满足设计要求，而且远高于设计要求值，数据见表1和表2。而实施例1离子氮化渗层的指标，渗氮层表面硬度高于对比例1，金相法检渗氮层厚度相差不大，渗氮层硬度梯度曲线明显优于对比例1，数据见表3和表4。
表1实施例1预热处理后35CrMoV齿环的心部力学性能
编号 屈服强度 抗拉强度 延伸率 断面收缩率 冲击功(J) 硬度(HB)
1-3 865MPa 997MPa 17.5％ 64％ 78、100 308
表2实施例1离子氮化后35CrMoV齿环的渗层性能
编号 渗氮层表面硬度 渗氮层厚度(金相法) 渗氮层硬度梯度曲线
1-3 HV5＝731 0.65mm(见图3) (见图4)
表3对比例1预热处理后35CrMoV齿环的心部力学性能
编号 屈服强度 抗拉强度 延伸率 断面收缩率 冲击功(J) 硬度(HB)
1-1 712MPa 834MPa 19.0％ 70％ 198、200 266
表4对比例1离子氮化后35CrMoV齿环的渗层性能
编号 渗氮层表面硬度 渗氮层厚度(金相法) 渗氮层硬度梯度曲线
1-1 HV5＝665 0.7mm(见图1) (见图2)
实施例2
离心压缩机用35CrMoV齿环材料，其有效厚度为100mm，其化学成分：C:0.048wt.％；Si：0.42wt.％；Mn：0.80wt.％；Cr：13.70wt.％；Mo：1.50wt.％；S：0.004wt.％；P：0.026wt.％；V：0.29wt.％；Fe：余量。对其进行离子氮化热处理，包括以下步骤：
(1)正火处理，在900℃下保温2.5小时，然后空冷；
(2)淬火处理，在900℃下保温2.5小时，然后油冷；
(3)回火处理，在600℃下保温4.0小时，然后空冷；
(4)离子氮化处理，在520℃下离子氮化18.0小时，炉冷降温到200℃，然后出炉空冷；
对比例2
与实施例2不同之处在于：步骤(3)的回火温度是660℃。
经测试实施例2离子氮化热处理后的35CrMoV齿套其心部力学性能指标，强度、硬度明显高于对比例2的强度、硬度指标，而延伸率、断面收缩率、冲击功等指标不仅满足设计要求，而且远高于设计要求值，数据见表5和表6。而实施例2离子氮化渗层的指标，渗氮层表面硬度高于对比例2，金相法检渗氮层厚度相差不大，渗氮层硬度梯度曲线明显优于比例2，数据见表7和表8。
表5实施例2预热处理后35CrMoV齿环的心部力学性能
表6实施例2离子氮化后35CrMoV齿环的渗层性能
编号 渗氮层表面硬度 渗氮层厚度(金相法) 渗氮层硬度梯度曲线
2-1 HV5＝726 0.55mm(见图7) (见图8)
表7对比例2预热处理后35CrMoV齿环的心部力学性能
编号 屈服强度 抗拉强度 延伸率 断面收缩率 冲击功(J) 硬度(HB)
2-1 721MPa 832MPa 18.0％ 74％ 162、170 254
表8对比例2离子氮化后35CrMoV齿环的渗层性能
编号 渗氮层表面硬度 渗氮层厚度(金相法) 渗氮层硬度梯度曲线
2-3 HV5＝735 0.55mm(见图5) (见图6)

Claims (6)

1.一种离心压缩机用35CrMoV齿套或齿环的离子氮化热处理工艺，其特征在于：该工艺具体包括以下步骤：
(1)正火处理：正火温度900℃，保温时间为(有效厚度/40mm)小时，然后空冷；
(2)淬火处理：淬火温度900℃，保温时间为(有效厚度/40mm)小时，然后油冷；
(3)回火处理：回火温度590-610℃，保温时间为淬火处理中保温时间的1.5倍，然后空冷；
(4)离子氮化处理：在520℃条件下离子氮化18.0～25.0小时，炉冷降温到200℃，然后出炉空冷。
2.根据权利要求1所述的离子氮化热处理工艺，其特征在于：所述35CrMoV齿套或齿环的化学成分满足GB/T3077-1999标准的规定。
3.根据权利要求1所述的离子氮化热处理工艺，其特征在于：步骤(3)中，根据35CrMoV材料的实际化学成分，在590-610℃范围内调整回火处理的温度。
4.根据权利要求1所述的离子氮化热处理工艺，其特征在于：所述离子氮化处理采用辉光离子氮化炉设备，该工艺过程具体如下：
首先要对工件进行清洗，装炉后先抽真空到13.3Pa以下，然后通入经过干燥的氨气，开始升温，温度升到520℃进行保温，保温阶段氨气流量控制在1.0-1.5L/min之间，电压控制在600-850V，电流在10-20A，工作气压为100-1200Pa，保温时间18～25小时，降温到200℃出炉空冷。
5.根据权利要求1所述的离子氮化热处理工艺，其特征在于：所述离心压缩机用35CrMoV齿套或齿环工件经调质处理后，工件心部力学性能为：屈服强度≥833MPa，抗拉强度≥931MPa，硬度HB293～341。
6.根据权利要求1或4所述的离子氮化热处理工艺，其特征在于：所述离心压缩机用35CrMoV齿套或齿环工件经调质处理和离子氮化处理后，渗氮层厚度为≥0.50mm，渗氮层表面硬度≥650HV5。
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