CN107829064A - 一种12CrNi3A材料真空渗碳热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种12CrNi3A材料真空渗碳热处理工艺，属于渗碳技术领域，是机械制造业中的一种化学热处理方法。通过对真空渗碳及后续热处理的工艺试验，及对渗碳试样及零件的渗层组织及心部组织的质量评价、性能分析，优化12CrNi3A的真空渗碳的工艺参数及渗后热处理工艺。真空渗碳技术是目前比较先进的渗碳技术，其特长主要有：能进行高温短时间渗碳；没有晶界氧化，不产生表面非完全淬火层；渗碳层控制简单；可以进行细孔、盲孔等复杂形状渗碳。

Description

一种12CrNi3A材料真空渗碳热处理工艺
技术领域
本发明涉及一种12CrNi3A材料真空渗碳热处理工艺，属于渗碳技术领域，是机械制造业中的一种化学热处理方法。
背景技术
目前12CrNi3A制件的渗碳工艺采用较多的是传统的气体渗碳工艺，存在以下几个问题：
1)传统的气体渗碳温度一般在880℃～930℃，由于温度低，渗速低，渗碳周期一般较长，不但降低了生产效率，而且浪费了能源。
2)传统的气体渗碳对深孔、盲孔制件的内壁渗碳需求有一定的难度。
3)对于气体渗碳来说，不锈钢材料因表面具有一层致密的氧化膜，而使不锈钢的渗碳难以解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种12CrNi3A材料真空渗碳热处理工艺，随着真空渗碳技术的不断发展和完善，为满足并保证12CrNi3A渗碳零件的质量，在渗碳钢真空热处理方面还是空白，没有相关技术积累与使用经验，另外目前国内还没有真空渗碳的标准的情况下，通过针对12CrNi3A材料和制件进行真空低压渗碳工艺研究。通过对真空渗碳及后续热处理的工艺试验，及对渗碳试样及零件的渗层组织及心部组织的质量评价、性能分析，优化12CrNi3A的真空渗碳的工艺参数及渗后热处理工艺，保障制件经真空渗碳处理后满足零件渗碳的技术要求，并确定相应材料典型件的真空渗碳工艺。
本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：
一种12CrNi3A材料真空渗碳热处理工艺，其热处理工艺步骤为：
(1)、渗碳：渗碳过程由排气升温、渗碳，其包括强渗与扩散、降温冷却三个阶段；
①、制件装炉后尽快排出炉内气体，并升温到920～930℃；
②、到温稳定后，开始渗碳阶段，炉温保持不变，炉内压力控制在750～800Pa；先进行1min左右的强渗，2min左右的扩散，循环3次，共9min；接着进行再进行1min左右的强渗，4min左右的扩散，循环6次，共30min；
③、渗碳阶段结束后降温冷却；冷却方式：2bar气冷；
(2)、高回：制件真空渗碳结束后进行高温回火，回火温度：640～660℃，保温1h；冷却方式：2bar气冷；
(3)、淬火：制件在炉内的淬火加热；采用二次淬火，第一次淬火温度860℃，保温时间1h，真空油冷；第二次淬火温度790℃，保温时间1h，真空油冷；
(4)、冰冷处理：淬火后需要冰冷处理，淬火至冰冷处理间隔时间应尽量缩短，不超过2h，其为淬火后冷至室温计时，在-70℃进行冰冷处理，保温时间为1～3h；
(5)、回火：冰冷处理至回火的间隔时间最长不超过4h；回火温度150～170℃，保温时间3h，空冷。
渗碳钢制件渗碳后经淬火和低温回火，可使表面获得高碳组织，具有高的强度、耐磨性及高的接触疲劳和弯曲疲劳强度。而心部仍为低碳，具有足够的韧性和一定的强度。显然渗碳可使同一材料兼有高碳钢和低碳钢的性能，相当于一种复合材料。许多重要的零件，如齿轮、凸轮、轴类等均采用这种热处理方式。
本发明的有益效果：
真空渗碳技术相比于传统的气体渗碳技术，是比较先进的渗碳方法，其具有以下特点：
1)真空渗碳技术由于没有氧的存在，渗碳层不存在晶间氧化和非马氏体组织，能显著提高制件的疲劳性能。
2)传统的气体渗碳温度一般在880℃～930℃，真空渗碳的温度可以提升至950℃～1000℃，同时真空渗碳技术的成熟和低压渗碳工艺的开发为实现高温渗碳(＞1010℃)创造了条件。温度的提升，显著的提高了渗速，提高工艺执行和生产的效率。
3)真空渗碳采用特殊的脉冲方式，在低真空的条件下，通过脉冲控制，不停的置换内壁中的气体，始终保持新鲜的活性碳原子，可以满足深孔、盲孔制件的内壁渗碳需要。
4)对于气体渗碳来说，不锈钢材料因表面具有一层致密的氧化膜，而使不锈钢的渗碳难以解决。对于真空渗碳而言，在高温和高真空的作用下，不锈钢材料的钝化膜很快蒸发，对后续的渗碳过程没有任何的影响。因此真空渗碳技术是解决不锈钢渗碳问题的最优方案。
简言之，真空渗碳技术是目前比较先进的渗碳技术，其特长主要有：能进行高温短时间渗碳；没有晶界氧化，不产生表面非完全淬火层；渗碳层控制简单；可以进行细孔、盲孔等复杂形状渗碳。
附图说明
图1为本发明的真空渗碳工艺过程示意图；
图2为本发明的12CrNi3A典型件示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述：
在真空渗碳设备上进行12CrNi3A材料真空渗碳热处理的工艺过程，其热处理工艺步骤为(按照图2典型件做出的工艺步骤)：
(1)渗碳：渗碳过程一般由排气升温、渗碳(包括强渗与扩散)、降温冷却三个阶段。
①制件装炉后尽快排出炉内气体，并升温到920～930℃。
②到温稳定后，开始渗碳阶段，炉温保持不变，炉内压力控制在750～800Pa。先进行1min左右的强渗，2min左右的扩散，循环3次，共9min左右。接着进行再进行1min左右的强渗，4min左右的扩散，循环6次，共30min左右。
③渗碳阶段结束后降温冷却。冷却方式：2bar气冷。
(2)高回：制件真空渗碳结束后进行高温回火，回火温度：640～660℃，保温1h。冷却方式：2bar气冷
(3)淬火：制件在炉内的淬火加热不允许堆放。采用二次淬火，第一次淬火温度860℃，保温时间1h，真空油冷。第二次淬火温度790℃，保温时间1h，真空油冷。
(4)冰冷处理：淬火后需要冰冷处理，淬火至冰冷处理间隔时间应尽量缩短，不超过2h(淬火后冷至室温计时)，在-70℃进行冰冷处理，保温时间为1～3h。
(5)回火：冰冷处理至回火的间隔时间最长不超过4h。回火温度150～170℃.保温时间3h，空冷。
如图2：材料12CrNi3A。外径：φ15，内径：φ12.渗碳要求：内径渗碳深度0.3-0.5mm，硬度HRC58-62。
在满足渗碳深度0.3～0.5mm，表面硬度HRC58～62渗碳要求的情况下，较优的12CrNi3A的真空渗碳热处理工艺见表1，
表1 12CrNi3A真空渗碳热处理工艺

Claims (1)

1.一种12CrNi3A材料真空渗碳热处理工艺，其特征在于：其热处理工艺步骤为：
（1）、渗碳：渗碳过程由排气升温、渗碳，其包括强渗与扩散、降温冷却三个阶段；
、制件装炉后尽快排出炉内气体，并升温到920～930℃；
、到温稳定后，开始渗碳阶段，炉温保持不变，炉内压力控制在750～800Pa；先进行1min左右的强渗，2min左右的扩散，循环3次，共9min；接着进行再进行1min左右的强渗，4min左右的扩散，循环6次，共30min；
、渗碳阶段结束后降温冷却；冷却方式：2bar气冷；
（2）、高回：制件真空渗碳结束后进行高温回火，回火温度：640～660℃，保温1h；冷却方式：2bar气冷；
（3）、淬火：制件在炉内的淬火加热；采用二次淬火，第一次淬火温度860℃，保温时间1h，真空油冷；第二次淬火温度790℃，保温时间1h，真空油冷；
（4）、冰冷处理：淬火后需要冰冷处理，淬火至冰冷处理间隔时间应尽量缩短，不超过2h，其为淬火后冷至室温计时，在-70℃进行冰冷处理，保温时间为1～3h；
（5）、回火：冰冷处理至回火的间隔时间最长不超过4h；回火温度150～170℃，保温时间3h，空冷。
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