CN109338274A - 一种15Cr14Co12Mo5Ni2WA钢二次低压真空渗碳方法 - Google Patents

一种15Cr14Co12Mo5Ni2WA钢二次低压真空渗碳方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于金属热处理技术领域，涉及一种15Cr14Co12Mo5Ni2WA钢二次低压真空渗碳的热处理方法。本发明在第一渗碳表面吹砂处理后，对第一渗碳区进行一次低压真空渗碳，然后高温回火、冷却后，对零件进行重新防护，露出第一、第二渗碳区，并对第一、第二渗碳区吹砂处理后，进行二次低压真空渗碳。其中，两次低压真空渗碳时，提供碳原子的乙炔气体通气总时间均不超过10min。本发明方法通过二次低压真空渗碳技术，通过对两次渗碳工艺参数的控制，可使该15Cr14Co12Mo5Ni2WA钢材料在热处理后性能指标达到技术要求，即实现在同一零件上的两种不同层深要求，表面硬度达到HRC63～65，金相达到2～5级，满足型号对高强齿轮钢及齿轮的设计工艺要求。

Description

一种15Cr14Co12Mo5Ni2WA钢二次低压真空渗碳方法
技术领域
本发明属于金属热处理技术领域，涉及一种15Cr14Co12Mo5Ni2WA钢二次低压真空渗碳的热处理方法。
背景技术
15Cr14Co12Mo5Ni2WA钢是一种优良的渗碳钢。该材料使用温度高、耐蚀性能好、韧性高，可在450℃的环境下长期稳定工作，能够滿足航空发动机齿轮在更高速、更高温度和更高载荷的苛刻条件下安全运行。
该材料的制造工艺成熟度较低，现有常规钢材料的渗碳工艺无法直接应用到该材料，容易出现金相组织不合格、不同渗碳部位渗层深度无法达到设计要求，因此结合型号需求，急需开展和推进新型高强齿轮钢及齿轮制造技术成熟度的提升。
发明内容
本发明的目的是：提供一种金相组织好、不同渗碳部位渗层深度同时满足设计要求的15Cr14Co12Mo5Ni2WA钢二次低压真空渗碳方法。
本发明的技术解决方案为：一种15Cr14Co12Mo5Ni2WA钢二次低压真空渗碳方法，其对第一渗碳表面吹砂处理后，对第一渗碳区进行一次低压真空渗碳，然后高温回火、冷却后，对零件进行重新防护，露出第一、第二渗碳区，并对第一、第二渗碳区吹砂处理后，进行二次低压真空渗碳。
两次低压真空渗碳时，提供碳原子的乙炔气体通气总时间均不超过10min。
第一次低压真空渗碳时：在真空渗碳炉内，对第一渗碳区进行渗碳,在800±10℃保温30min～40min,保温结束随炉升温至960～990℃，渗碳过程中交替通入乙炔与氮气，乙炔通入总时间3～5min，氮气通入总时间15h～17h，乙炔流量为：1250～3000nL/h，炉压6～8mbar。
一次渗碳渗层为0.9～1.1mm。
第二次低压真空渗碳时，同时对第一渗碳区与第二渗碳区进行渗碳,在800±10℃保温30min～40min，保温结束随炉升温至960～990℃，渗碳过程中交替通入乙炔与氮气，乙炔通入总时间5～7min，氮气通入总时间26h～28h，乙炔流量为：1250～3000nL/h，炉压6～8mbar。
第一渗碳区有效渗层深度1.3～1.5mm，第二渗碳区有效渗层深度0.9～1.1mm。
本发明的技术效果是：本发明方法通过二次低压真空渗碳技术，通过对两次渗碳工艺参数的控制，可使该15Cr14Co12Mo5Ni2WA钢材料在热处理后性能指标达到技术要求，即实现在同一零件上的两种不同层深要求,其中X1区有效渗层深度1.3～1.5mm，X2区有效渗层深度0.9～1.1mm，表面硬度达到HRC63～65，金相达到2～5级，可以满足型号对高强齿轮钢及齿轮的设计工艺要求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明：
本发明15Cr14Co12Mo5Ni2WA钢二次低压真空渗碳方法，其实施时，具体过程如下：
(1)非渗碳区镀镍或镀铜防护,防护厚度0.05mm；
(2)使用吹砂机清理零件渗碳表面，吹砂压力为0.25Mpa，至零件为灰白色为止，然后在1个小时以内进行渗碳；
(3)在真空渗碳炉内，对第一渗碳区进行渗碳,在800℃保温40min，保温结束随炉升温至980℃。渗碳过程中交替通入乙炔与氮气，乙炔通入总时间3.5min，氮气通入总时间16h。一次渗碳参考渗层为0.9～1.0mm。乙炔流量＝1300nL/h，炉压7mbar，本发明在一次渗碳工艺中，对乙炔通入的时间、流量进行严格控制，从而可以有效控制渗层中金相组织生成，保证金相组织质量。
(4)渗碳后5小时内高温回火；
(5)在保护气氛炉进行高温回火，回火温度为720℃，回火时间为2.5h，然后充氮气冷却至室温；
(6)将零件除大齿区、小齿区以外的所有区域进行镀镍保护，露处第一、第二渗碳区，镀层厚度0.05mm；
(7)使用吹砂机清理零件渗碳表面，吹砂压力为0.25Mpa，至零件为灰白色为止，然后在1个小时以内进行渗碳；
(8)对第一渗碳区与第二渗碳区进行渗碳,在800℃保温40min,保温结束随炉升温至980℃。渗碳过程中交替通入乙炔与氮气，乙炔通入总时间5.6min，氮气通入总时间28h。本发明在二次低压真空渗碳时，也严格控制乙炔通入的时间和流量，使乙炔通入总时间不超过10min(远低于常规脉冲强渗碳工艺乙炔通入总时间)，乙炔流量＝1300nL/h，炉压7mbar，从而得到的二次渗碳参考渗层为0.9～1.1mm，二次渗碳参考渗层为0.9～1.1mm，且金相组织可以得到2～5级，满足设计要求。
(9)按步骤(4)(5)进行高温回火；
(10)将零件放置在真空油淬炉内进行升温至1066℃保温1.5h，然后油中冷却；
(11)零件淬火结束在2h以内进行冰冷，温度-87℃，时间为4.5h；
(12)零件冰冷结束在2h以内进行回火，温度500℃，时间4.5h，然后空冷至室温；
(13)按步骤(11)(12)重复进行冰冷回火；
(14)检验。
实施例
某飞附主动弧齿锥齿轮要求齿面区有效渗层深度1.3～1.5mm,轴肩区有效渗层深度0.9～1.1mm,表面硬度要求HRC63～65。
(1)非渗碳区镀镍或镀铜防护,防护厚度0.05mm；
(2)使用吹砂机清理零件渗碳表面，吹砂压力为0.25Mpa，至零件为灰白色为止，然后在1个小时以内进行渗碳；
(3)在真空渗碳炉内，对齿面区进行渗碳,在800℃保温40min,保温结束随炉升温至980℃。渗碳过程中交替通入乙炔与氮气，乙炔通入总时间3.5min，氮气通入总时间16h。
一次渗碳参考渗层为0.9～1.0mm。乙炔流量＝1300nL/h，炉压7mbar
(4)渗碳后5小时内高温回火
(5)在保护气氛炉进行高温回火，回火温度为720℃，回火时间为2.5h，然后充氮气冷却至室温；
(6)将零件除大齿区、小齿区以外的所有区域进行镀镍保护，铜层厚度0.05mm；
(7)使用吹砂机清理零件渗碳表面，吹砂压力为0.25Mpa，至零件为灰白色为止，然后在1个小时以内进行渗碳；
(8)对齿面区与轴肩区进行渗碳,在800℃保温40min,保温结束随炉升温至980℃。渗碳过程中交替通入乙炔与氮气，乙炔通入总时间5.6min，氮气通入总时间28h。二次渗碳参考渗层为0.9～1.1mm，二次渗碳参考渗层为0.9～1.1mm。乙炔流量＝1300nL/h，炉压7mbar；
(9)按步骤(4)(5)进行高温回火；
(10)将零件放置在真空油淬炉内进行升温至1066℃保温1.5h，然后油中冷却；
(11)零件淬火结束在2h以内进行冰冷，温度-87℃，时间为4.5h；
(12)零件冰冷结束在2h以内进行回火，温度500℃，时间4.5h，然后空冷至室温；
(13)按步骤(11)(12)重复进行冰冷回火；
(14)检验。
结束后测量值如下：
(1)渗层深度齿面1.45mm，轴肩0.99mm；
(2)金相组织
零件的渗层区金相组织中碳化物弥散分布，未见明显的网状碳化物与残余
奥氏体存在，
心部组织为铁素体+马氏体，符合HB5493中的规定。
(3)硬度与机械性能
表面硬度HRC64.5。
检测结论为合格。

Claims (6)

1.一种15Cr14Co12Mo5Ni2WA钢二次低压真空渗碳方法，其特征在于，对第一渗碳表面吹砂处理后，对第一渗碳区进行一次低压真空渗碳，然后高温回火、冷却后，对零件进行重新防护，露出第一、第二渗碳区，并对第一、第二渗碳区吹砂处理后，进行二次低压真空渗碳。
2.根据权利要求1所述的15Cr14Co12Mo5Ni2WA钢二次低压真空渗碳方法，其特征在于，两次低压真空渗碳时，提供碳原子的乙炔气体通气总时间均不超过10min。
3.根据权利要求2所述的15Cr14Co12Mo5Ni2WA钢二次低压真空渗碳方法，其特征在于，第一次低压真空渗碳时：在真空渗碳炉内，对第一渗碳区进行渗碳,在800±10℃保温30min～40min,保温结束随炉升温至960～990℃，渗碳过程中交替通入乙炔与氮气，乙炔通入总时间3～5min，氮气通入总时间15h～17h，乙炔流量为：1250～3000nL/h，炉压6～8mbar。
4.根据权利要求3所述的15Cr14Co12Mo5Ni2WA钢二次低压真空渗碳方法，其特征在于，一次渗碳渗层为0.9～1.1mm。
5.根据权利要求2所述的15Cr14Co12Mo5Ni2WA钢二次低压真空渗碳方法，其特征在于，第二次低压真空渗碳时，同时对第一渗碳区与第二渗碳区进行渗碳,在800±10℃保温30min～40min，保温结束随炉升温至960～990℃，渗碳过程中交替通入乙炔与氮气，乙炔通入总时间5～7min，氮气通入总时间26h～28h，乙炔流量为：1250～3000nL/h，炉压6～8mbar。
6.根据权利要求5所述的15Cr14Co12Mo5Ni2WA钢二次低压真空渗碳方法，其特征在于，第一渗碳区有效渗层深度1.3～1.5mm，第二渗碳区有效渗层深度0.9～1.1mm。
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