CN107779810A - 一种4Cr14Ni14W2Mo耐热钢快速离子氮化的工艺 - Google Patents

一种4Cr14Ni14W2Mo耐热钢快速离子氮化的工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种4Cr14Ni14W2Mo耐热钢快速离子氮化的工艺，包括如下步骤：渗氮前的调质处理：a、用清洗剂将4Cr14Ni14W2Mo耐热钢清洗干净；b、将清洗好的4Cr14Ni14W2Mo耐热钢放入电炉中，进行三次固溶处理；c、将固溶处理后的4Cr14Ni14W2Mo耐热钢进行机械性能检测，选出晶粒度为8‑10级，晶内无滑移线，双晶数量≤15%的备用；离子氮化处理：将上述步骤中选出的4Cr14Ni14W2Mo耐热钢用清洗剂清洗干净表面污物并去除毛刺，然后进行离子氮化；最后充气开炉即可。本发明的工艺具有能够解决上述技术问题，制备的材料表面硬度高，耐磨性和抗腐蚀性好的特点。

Description

一种4Cr14Ni14W2Mo耐热钢快速离子氮化的工艺
技术领域
本发明涉及一种4Cr14Ni14W2Mo耐热钢快速离子氮化的工艺，属于热处理氮化工艺技术领域。
背景技术
4Cr14Ni14W2Mo材料属于耐热钢，普遍应用气氛氮化来提高其相应的性能，在民用行业也有离子氮化的先例，但在要求高的航空行业很少或几乎没用这种方法。其合金组成为：C：0.40-0.50%，Cr：13.0-15.0%，Ni：13.0-15.0%，W:2.0%-2.75%,Mo：0.25-0.40%，Si：≤0.80%，Mn：≤0.70%，航空产品要求其深层深度≥0.1mm，气氛氮化需要50H以上才能满足，且零件变形大，耗费的成高大，时间长，还时有氮化层脱落现象。对于这种材料的热处理一般采用固溶处理，保持其综合机械性能，但试样表面常有一层防氧化膜层阻碍渗层的延伸，而常规的表面活化方法难得达到良好的效果，存在表面硬度、耐磨性和抗腐蚀性差的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种4Cr14Ni14W2Mo耐热钢快速离子氮化的工艺。本发明的工艺具有能够解决上述技术问题，制备的材料表面硬度高，耐磨性和抗腐蚀性好的特点。
本发明的技术方案：一种4Cr14Ni14W2Mo耐热钢快速离子氮化的工艺，包括如下步骤：
1）渗氮前的调质处理
a、用清洗剂将4Cr14Ni14W2Mo耐热钢清洗干净；
b、将清洗好的4Cr14Ni14W2Mo耐热钢放入电炉中，进行三次固溶处理，工艺参数如下：
第一次固溶处理：温度为1040-1060℃，保温时间为50-70分钟,然后用水冷却；
第二次固溶处理：温度为1040-1060℃，保温时间为50-70分钟,然后用水冷却；
第三次固溶处理：温度为800-820℃，保温时间为120-150分钟，然后空冷；
c、将固溶处理后的4Cr14Ni14W2Mo耐热钢进行机械性能检测，选出晶粒度为8-10级，晶内无滑移线，双晶数量≤15%的备用；
2）离子氮化处理
a、将上述步骤中选出的4Cr14Ni14W2Mo耐热钢用清洗剂清洗干净表面污物并去除毛刺，得A品；
b、将A品放入离子氮化炉内的托盘上，预设温度440-460℃，预抽真空至50Pa以下，然后给定占空比45-55%进行离子轰击表面15-25min，然后再给定电压640-660V，氨气流量190-210mL/min，占空比55-65%再次进行离子轰击25-35min；
c、第一阶段：离子氮化温度490-510℃，保温5-6h，电压690-710V，氨气流量690-710mL/min，压力275-285Pa，占空比75-85%；第二阶段：离子氮化温度510-530℃，保温7-8h，电压740-760V，氨气流量740-760mL/min，压力315-325Pa；第三阶段：离子氮化温度550-560℃，保温10-11h，电压740-760V，氨气流量740-760mL/min，压力315-325Pa；第四阶段：离子氮化温度570-590℃，保温14-15h，电压740-760v，氨气流量740-760mL/min，压力315-325Pa；
d、保温结束后降温，温度小于100℃时充气开炉即可。
前述的4Cr14Ni14W2Mo耐热钢快速离子氮化的工艺，所述清洗剂为碳氢清洗剂。
前述的4Cr14Ni14W2Mo耐热钢快速离子氮化的工艺，所述A品放入离子氮化炉内的托盘上，以辅助阴极为基准点向周围由近即远进行圆周型摆放。
前述的4Cr14Ni14W2Mo耐热钢快速离子氮化的工艺，所述4Cr14Ni14W2Mo耐热钢在调质处理前，预先加工成φ15x20的规格。
前述的4Cr14Ni14W2Mo耐热钢快速离子氮化的工艺，所述4Cr14Ni14W2Mo耐热钢中包括有 C：0.40-0.50%，Cr：13.0-15.0%，Ni：13.0-15.0%，W:2.0%-2.75%,Mo：0.25-0.40%，Si：≤0.80%，Mn：≤0.70%；余量为Fe。
本发明的有益效果
本发明与现有技术相比，具有明显的有益效果，从以上技术方案可知：本发明根据氮化温度越高，氮化时间越长，硬度有下降的趋势，但渗层深度随时间延长越来越深，而氮化硬度和深度还跟电压，压力，氨气流量，占空比有密切关系。通过选择氮化温度、时间、电压、压力，氨气流量，占空比来得到氮化后所需的表面硬度和渗层深度，先将材料清洗，再用离子轰击去除表面氧化膜后，再对材料分为四个阶段进行离子氮化处理，使材料的表面硬度、渗层深度、金相组织、脆性等得到精确控制。本发明能提高4Cr14Ni14W2Mo钢件表面硬度，耐磨性和抗腐蚀性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
本发明的实施例
实施例1：一种4Cr14Ni14W2Mo耐热钢快速离子氮化的工艺，包括如下步骤：
1）渗氮前的调质处理
a、先将4Cr14Ni14W2Mo耐热钢加工成φ15x20的规格，然后用碳氢清洗剂清洗干净；
b、将清洗好的4Cr14Ni14W2Mo耐热钢放入电炉中，进行三次固溶处理，工艺参数如下：
第一次固溶处理：温度为1050℃，保温时间为60分钟,然后用水冷却；
第二次固溶处理：温度为1050℃，保温时间为60分钟,然后用水冷却；
第三次固溶处理：温度为810℃，保温时间为135分钟，然后空冷；
c、将固溶处理后的4Cr14Ni14W2Mo耐热钢进行机械性能检测，选出晶粒度为9级，晶内无滑移线，双晶数量≤15%的备用；
2）离子氮化处理
a、将上述步骤中选出的4Cr14Ni14W2Mo耐热钢用碳氢清洗剂清洗干净表面污物并去除毛刺，得A品；
b、将A品放入离子氮化炉内的托盘上，以辅助阴极为基准点向周围由近即远进行圆周型摆放，预设温度450℃，预抽真空至50Pa，然后给定占空比50%进行离子轰击表面20min，然后再给定电压650V，氨气流量200mL/min，占空比60%再次进行离子轰击30min；
c、第一阶段：离子氮化温度500℃，保温5.5h，电压700V，氨气流量700mL/min，压力280Pa，占空比80%；第二阶段：离子氮化温度520℃，保温7.5h，电压750V，氨气流量750mL/min，压力320Pa；第三阶段：离子氮化温度555℃，保温10.5h，电压750V，氨气流量750mL/min，压力320Pa；第四阶段：离子氮化温度580℃，保温14.5h，电压750v，氨气流量750mL/min，压力320Pa；
d、保温结束后降温，温度100℃时充气开炉即可。
实施例2：一种4Cr14Ni14W2Mo耐热钢快速离子氮化的工艺，包括如下步骤：
1）渗氮前的调质处理
a、用清洗剂将4Cr14Ni14W2Mo耐热钢清洗干净；
b、将清洗好的4Cr14Ni14W2Mo耐热钢放入电炉中，进行三次固溶处理，工艺参数如下：
第一次固溶处理：温度为1040℃，保温时间为50分钟,然后用水冷却；
第二次固溶处理：温度为1040℃，保温时间为50分钟,然后用水冷却；
第三次固溶处理：温度为800℃，保温时间为120分钟，然后空冷；
c、将固溶处理后的4Cr14Ni14W2Mo耐热钢进行机械性能检测，选出晶粒度为8级，晶内无滑移线，双晶数量≤10%的备用；
2）离子氮化处理
a、将上述步骤中选出的4Cr14Ni14W2Mo耐热钢用清洗剂清洗干净表面污物并去除毛刺，得A品；
b、将A品放入离子氮化炉内的托盘上，预设温度440℃，预抽真空至40Pa，然后给定占空比45%进行离子轰击表面15min，然后再给定电压640V，氨气流量190mL/min，占空比55%再次进行离子轰击25min；
c、第一阶段：离子氮化温度490℃，保温5h，电压690V，氨气流量690mL/min，压力275Pa，占空比75%；第二阶段：离子氮化温度510℃，保温7h，电压740V，氨气流量740mL/min，压力315Pa；第三阶段：离子氮化温度550℃，保温10h，电压740V，氨气流量740mL/min，压力315Pa；第四阶段：离子氮化温度570℃，保温14h，电压740v，氨气流量740mL/min，压力315Pa；
d、保温结束后降温，温度80℃时充气开炉即可。
实施例3：一种4Cr14Ni14W2Mo耐热钢快速离子氮化的工艺，包括如下步骤：
1）渗氮前的调质处理
a、用清洗剂将4Cr14Ni14W2Mo耐热钢清洗干净；
b、将清洗好的4Cr14Ni14W2Mo耐热钢放入电炉中，进行三次固溶处理，工艺参数如下：
第一次固溶处理：温度为1060℃，保温时间为70分钟,然后用水冷却；
第二次固溶处理：温度为1060℃，保温时间为70分钟,然后用水冷却；
第三次固溶处理：温度为820℃，保温时间为150分钟，然后空冷；
c、将固溶处理后的4Cr14Ni14W2Mo耐热钢进行机械性能检测，选出晶粒度为10级，晶内无滑移线，双晶数量≤15%的备用；
2）离子氮化处理
a、将上述步骤中选出的4Cr14Ni14W2Mo耐热钢用清洗剂清洗干净表面污物并去除毛刺，得A品；
b、将A品放入离子氮化炉内的托盘上，预设温度460℃，预抽真空至20Pa，然后给定占空比55%进行离子轰击表面25min，然后再给定电压660V，氨气流量210mL/min，占空比65%再次进行离子轰击35min；
c、第一阶段：离子氮化温度510℃，保温6h，电压710V，氨气流量710mL/min，压力285Pa，占空比85%；第二阶段：离子氮化温度530℃，保温8h，电压760V，氨气流量760mL/min，压力325Pa；第三阶段：离子氮化温度560℃，保温11h，电压760V，氨气流量760mL/min，压力325Pa；第四阶段：离子氮化温度590℃，保温15h，电压760v，氨气流量760mL/min，压力325Pa；
d、保温结束后降温，温度50℃时充气开炉即可。
对实施例1-3氮化处理后的4Cr14Ni14W2Mo耐热钢的性能进行检测，其检测结果为：
实施例1：表面硬度：950HV5，渗层深度：0.15mm，脆性：Ⅰ级，组织：无网状，变形：0.001mm。
实施例2：表面硬度：880HV5，渗层深度：0.09mm，脆性：Ⅰ级，组织：无网状，变形：0.01mm。
实施例3：表面硬度：700HV5，渗层深度：0.08mm，脆性：Ⅰ级，组织：无网状，变形：0.03mm。

Claims (5)

1. 一种4Cr14Ni14W2Mo耐热钢快速离子氮化的工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1）渗氮前的调质处理
a、用清洗剂将4Cr14Ni14W2Mo耐热钢清洗干净；
b、将清洗好的4Cr14Ni14W2Mo耐热钢放入电炉中，进行三次固溶处理，工艺参数如下：
第一次固溶处理：温度为1040-1060℃，保温时间为50-70分钟,然后用水冷却；
第二次固溶处理：温度为1040-1060℃，保温时间为50-70分钟,然后用水冷却；
第三次固溶处理：温度为800-820℃，保温时间为120-150分钟，然后空冷；
c、将固溶处理后的4Cr14Ni14W2Mo耐热钢进行机械性能检测，选出晶粒度为8-10级，晶内无滑移线，双晶数量≤15%的备用；
2）离子氮化处理
a、将上述步骤中选出的4Cr14Ni14W2Mo耐热钢用清洗剂清洗干净表面污物并去除毛刺，得A品；
b、将A品放入离子氮化炉内的托盘上，预设温度440-460℃，预抽真空至50Pa以下，然后给定占空比45-55%进行离子轰击表面15-25min，然后再给定电压640-660V，氨气流量190-210mL/min，占空比55-65%再次进行离子轰击25-35min；
c、第一阶段：离子氮化温度490-510℃，保温5-6h，电压690-710V，氨气流量690-710mL/min，压力275-285Pa，占空比75-85%；第二阶段：离子氮化温度510-530℃，保温7-8h，电压740-760V，氨气流量740-760mL/min，压力315-325Pa；第三阶段：离子氮化温度550-560℃，保温10-11h，电压740-760V，氨气流量740-760mL/min，压力315-325Pa；第四阶段：离子氮化温度570-590℃，保温14-15h，电压740-760v，氨气流量740-760mL/min，压力315-325Pa；
d、保温结束后降温，温度小于100℃时充气开炉即可。
2.如权利要求1所述的4Cr14Ni14W2Mo耐热钢快速离子氮化的工艺，其特征在于：所述清洗剂为碳氢清洗剂。
3.如权利要求1所述的4Cr14Ni14W2Mo耐热钢快速离子氮化的工艺，其特征在于：所述A品放入离子氮化炉内的托盘上，以辅助阴极为基准点向周围由近即远进行圆周型摆放。
4.如权利要求1所述的4Cr14Ni14W2Mo耐热钢快速离子氮化的工艺，其特征在于：所述4Cr14Ni14W2Mo耐热钢在调质处理前，预先加工成φ15x20的规格。
5.如权利要求1所述的4Cr14Ni14W2Mo耐热钢快速离子氮化的工艺，其特征在于：所述4Cr14Ni14W2Mo耐热钢中包括有 C：0.40-0.50%，Cr：13.0-15.0%，Ni：13.0-15.0%，W:2.0%-2.75%,Mo：0.25-0.40%，Si：≤0.80%，Mn：≤0.70%；余量为Fe。
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