CN109371212B - 一种大变形增强快速离子渗氮方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属表面处理技术领域，涉及一种大变形增强快速离子渗氮方法，具体步骤为：将原始钢加工切割成板状；将板状待渗氮钢进行固溶处理；将固溶态待渗氮钢放入冷轧机中进行冷轧处理；将冷轧处理后发生大塑性变形的待渗氮钢加工切割成试样，随后进行离子渗氮处理。本发明方法在离子渗氮前进行大塑性变形处理，使微观组织中位错密度显著增加，晶粒显著细化，在渗氮过程中，高密度位错等缺陷为氮原子提供了快速扩散通道，显著提高离子渗氮效率，提高渗氮层厚度，在获得相同渗氮层深的情况下可大大缩短渗氮时间，从而节约能源，降低生产成本。

Description

一种大变形增强快速离子渗氮方法
技术领域
本发明属于金属表面处理技术领域，特别涉及一种大变形增强快速离子渗氮方法。
背景技术
奥氏体不锈钢具有良好的抗腐蚀、抗氧化和耐高温等性能，广泛应用于航空、航天、交通运输、化工等领域。但因其硬度低，耐磨性较差，在常规的服役条件下常因表面磨损而过早失效，使其推广应用范围受到了一定的限制。
离子渗氮技术具有渗层均匀、工艺简单、重复性好以及无污染等优点而得到广泛应用。奥氏体不锈钢经氮化处理后具有优异的耐磨性、耐疲劳性及耐高温的特性，但是为了加速扩散而采取的高温加热又往往带来心部强度下降和变形等负作用，同时也存在着渗氮层浅、硬度低且硬度梯度大导致表面层容易发生残余压应力的松弛和表面层剥落等问题，成为制约该项技术推广应用的瓶颈。现有技术中解决这类问题的方法包括激光冲击、预氧化、喷砂等，但现有方法都是针对材料的表面进行改善，因此，对提高离子渗氮的效果主要发生在表层，对氮原子在晶内扩散的速度提高影响小。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：基于奥氏体不锈钢经离子渗氮处理时，为了加速扩散而采取的高温加热带来心部强度下降和变形等负作用，同时也存在着渗氮层浅、硬度低且硬度梯度大导致表面层容易发生残余压应力的松弛和表面层剥落等问题，本发明提供一种大变形增强快速离子渗氮方法。
冷轧处理可以使金属材料发生大塑性变形，产生大量的晶界和位错等缺陷，在提高材料表面强度、硬度的同时，能为原子在材料表面扩散提供通道，有利于表面化学元素的渗入，且材料表面的化学活性显著提高，有利于化合物形成。因此，本发明采取大塑性变形+离子渗氮方法可以克服常规离子渗氮存在的问题与不足，提高效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：大变形增强快速离子渗氮方法，包括以下步骤：
(1)将原始态钢加工切割成板状作为待渗氮钢，优选为316L奥氏体不锈钢。
(2)将板状316L奥氏体不锈钢进行固溶处理，固溶处理为升温至1050℃保温60min，然后将样品立即放入水中冷却至室温。
(3)将固溶态待渗氮钢置于四辊实验轧机上，分别以30％，50％和70％的变形量进行冷轧处理，产生大塑性变形。
(4)将大塑性变形后的待渗氮钢采用线切割加工成试样尺寸为10mm×10mm×5mm。打磨处理后在乙醇中进行超声清洗并吹干。其中，打磨处理为将试样分别用180#～2000#的SiC砂纸进行打磨至镜面。
(5)将试样置于离子氮化炉中，抽真空至10Pa以下，通入氢气溅射30min，炉内压力保持300Pa。接着通入氮气，氮气与氢气的流量分别为200ml/min和600ml/min，气体压力调整为400Pa，升温至420℃，保温时间为4h。
(6)处理完成后随炉冷却至室温，冷却后采用DMI-3000M型光学金相显微镜观察截面显微组织，并测量化合物层厚度。
本发明的有益效果是：
(1)通过大塑性变形+离子渗氮的处理方法，首先材料经过大塑性变形后整体的强度和硬度均得到提高，并产生大量的晶界和位错等缺陷，能为原子的渗入提供快速的通道，同时材料表面的化学活性显著提高，有利于化合物的形成，可以降低渗氮温度和缩短处理时间，显著提高离子渗氮效率，节约能源；
(2)通过大塑性变形+离子渗氮的处理方法，克服了常规离子渗氮渗为加速扩散而采取的高温加热带来的心部硬度下降和变形等负作用，以及渗氮层浅、硬度低、硬度梯度大导致的表层容易发生残余应力的松弛和表面剥落等问题。
下面结合附图对本发明进一步说明。
附图说明
图1是参考样得到的渗层截面显微组织；
图2是实施例1得到的渗层截面显微组织；
图3是实施例2得到的渗层截面显微组织；
图4是实施例3得到的渗层截面显微组织；
图5是316L奥氏体不锈钢在不同工艺条件(不同变形量+离子渗氮处理)下的化合物层厚度对比图。
具体实施方式
现在结合具体实施例对本发明作进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
参考样
(1)将原始态钢加工成板状；
(2)将板状待渗氮钢进行固溶处理，升温至1050℃保温60min，然后将样品立即放入水中冷却至室温；
(3)将固溶后的渗氮钢采用线切割加工成试样尺寸为10mm×10mm×5mm。打磨处理后在有机溶剂中进行超声清洗并吹干；
(4)将试样置于离子氮化炉中，抽真空至10Pa以下，通入氢气溅射30min，炉内压力保持300Pa。接着通入氮气，氮气与氢气的流量分别为200ml/min和600ml/min，气体压力调整为400Pa，升温至420℃，保温时间为4h。
(5)处理完成后随炉冷却至室温，冷却后采用DMI-3000M型光学金相显微镜观察截面显微组织，并测量化合物层厚度。
(6)试验结果：单一的离子渗氮工艺所获得的化合物层厚度约为5.6μm，见图1和图5。
实施例1
(1)将原始态钢加工成板状；
(2)将板状待渗氮钢进行固溶处理，升温至1050℃保温60min，然后将样品立即放入水中冷却至室温；
(3)将固溶态待渗氮钢置于四辊实验轧机上，以30％的变形量进行冷轧处理，产生大塑性变形；
(4)将大塑性变形后的待渗氮钢采用线切割加工成试样尺寸为10mm×10mm×5mm。打磨处理后在有机溶剂中进行超声清洗并吹干；
(5)将试样置于离子氮化炉中，抽真空至10Pa以下，通入氢气溅射30min，炉内压力保持300Pa。接着通入氮气，氮气与氢气的流量分别为200ml/min和600ml/min，气体压力调整为400Pa，升温至420℃，保温时间为4h。
(6)处理完成后随炉冷却至室温，冷却后采用DMI-3000M型光学金相显微镜观察截面显微组织，并测量化合物层厚度。
(7)试验结果：大塑性变形量30％+离子渗氮复合工艺所获得的化合物层厚度约为13.9μm，见图2和图5，与常规离子渗氮相比提高约148％。
实施例2
(1)将原始态钢加工成板状；
(2)将板状待渗氮钢进行固溶处理，升温至1050℃保温60min，然后将样品立即放入水中冷却至室温；
(3)将固溶态待渗氮钢置于四辊实验轧机上，以50％的变形量进行冷轧处理，产生大塑性变形；
(4)将大塑性变形后的待渗氮钢采用线切割加工成试样尺寸为10mm×10mm×5mm。打磨处理后在有机溶剂中进行超声清洗并吹干；
(5)将试样置于离子氮化炉中，抽真空至10Pa以下，通入氢气溅射30min，炉内压力保持300Pa。接着通入氮气，氮气与氢气的流量分别为200ml/min和600ml/min，气体压力调整为400Pa，升温至420℃，保温时间为4h。
(6)处理完成后随炉冷却至室温，冷却后采用DMI-3000M型光学金相显微镜观察截面显微组织，并测量化合物层厚度。
(7)试验结果：大塑性变形量50％+离子渗氮复合工艺所获得的化合物层厚度约为19.6μm，见图3和图5，与对比例相比，该复合工艺能够有效提高化合物层厚度，与常规离子渗氮相比提高约250.0％。
实施例3
(1)将原始态钢加工成板状；
(2)将板状待渗氮钢进行固溶处理，升温至1050℃保温60min，然后将样品立即放入水中冷却至室温；
(3)将固溶态待渗氮钢置于四辊实验轧机上，以70％的变形量进行冷轧处理，产生大塑性变形；
(4)将大塑性变形后的待渗氮钢采用线切割加工成试样尺寸为10mm×10mm×5mm。打磨处理后在有机溶剂中进行超声清洗并吹干；
(5)将试样置于离子氮化炉中，抽真空至10Pa以下，通入氢气溅射30min，炉内压力保持300Pa。接着通入氮气，氮气与氢气的流量分别为200ml/min和600ml/min，气体压力调整为400Pa，升温至420℃，保温时间为4h。
(6)处理完成后随炉冷却至室温，冷却后采用DMI-3000M型光学金相显微镜观察截面显微组织，并测量化合物层厚度。
(7)试验结果：大塑性变形量70％+离子渗氮复合工艺所获得的化合物层厚度约为23.5μm，见图4和图5，与对比例相比，该复合工艺能够有效提高化合物层厚度，与常规离子渗氮相比提高约319.6％。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容。

Claims (6)

1.一种大变形增强快速离子渗氮方法，其特征是:所述方法步骤如下:
(1)将原始钢加工切割成板状，得到待渗氮钢；待渗氮钢为316L奥氏体不锈钢；
(2)将板状待渗氮钢进行固溶处理；
(3)将固溶态待渗氮钢置于四辊冷轧机中冷轧处理，产生大塑性变形；
(4)将大塑性变形后的待渗氮钢加工切割成试样，打磨处理后在20m1的无水乙醇中进行超声波清洗15min，并烘干；
(5)将烘干后的大塑性变形后的待渗氮钢置于离子氮化炉中，进行离子渗氮表面处理；离子渗氮表面处理具体操作为:采用氮气和氢气混合气体，氮气与氢气的流量分别为200ml/min和600ml/min，气体压力保持在400Pa，温度为420℃，时间为4h；
(6)取出试样，待冷却后采用DMI-3000M型光学金相显微镜观察截面显微组织，并测量化合物层厚度。
2.根据权利要求1所述的大变形增强快速离子渗氮方法，其特征是:所述的步骤(2)中固溶处理为:升温至1050℃保温60min。
3.根据权利要求1所述的大变形增强快速离子渗氮方法，其特征是:所述的步骤(3)中冷轧处理在四辊实验轧机上进行，变形量分别为30 %, 50 % , 70 %。
4.根据权利要求1所述的大变形增强快速离子渗氮方法，其特征是:所述的步骤(4)中将冷轧处理后发生大塑性变形的待渗氮钢采用线切割加工成尺寸为1 0mm X 10mm X 5mm的试样。
5.根据权利要求1所述的大变形增强快速离子渗氮方法，其特征是:所述的步骤(4)中打磨处理为将试样分别用180#-2000#的SiC砂纸进行打磨至镜面。
6.根据权利要求1所述的大变形增强快速离子渗氮方法，其特征是:所述的步骤(6)中冷却方式为随炉冷却。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112210756B (zh) * 2020-10-13 2022-09-02 辽宁科技大学 一种铁基合金表面强耐蚀性高铬复合渗氮层的制备方法
CN112391519B (zh) * 2020-11-06 2022-04-29 常州市盛诺管业有限公司 一种高强耐疲劳气弹簧用钢管的加工工艺
CN113444998A (zh) * 2021-06-28 2021-09-28 燕山大学 一种高强度奥氏体不锈钢低温气体渗氮方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2532777C1 (ru) * 2013-04-19 2014-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Способ комбинированной химико-термической обработки деталей машин из теплостойких сталей
CN104911609A (zh) * 2015-07-06 2015-09-16 东北大学 一种高强高韧细晶复合结构板材及其制造方法
CN105648395A (zh) * 2016-03-18 2016-06-08 常州大学 一种快速离子渗氮方法
CN107858633A (zh) * 2017-12-26 2018-03-30 武汉钢铁有限公司 一种取向硅钢的感应加热渗氮方法
CN108441625A (zh) * 2018-02-07 2018-08-24 常州大学 一种提高离子渗氮效率的激光冲击工艺

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01142053A (ja) * 1987-11-27 1989-06-02 Sumitomo Metal Ind Ltd 継目無金属ベルト及びその製造方法
JPH02163313A (ja) * 1988-12-16 1990-06-22 Mazda Motor Corp 鋳鉄部品の製造方法
CN105695924B (zh) * 2016-03-18 2018-12-04 常州大学 一种含氮奥氏体不锈钢的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2532777C1 (ru) * 2013-04-19 2014-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Способ комбинированной химико-термической обработки деталей машин из теплостойких сталей
CN104911609A (zh) * 2015-07-06 2015-09-16 东北大学 一种高强高韧细晶复合结构板材及其制造方法
CN105648395A (zh) * 2016-03-18 2016-06-08 常州大学 一种快速离子渗氮方法
CN107858633A (zh) * 2017-12-26 2018-03-30 武汉钢铁有限公司 一种取向硅钢的感应加热渗氮方法
CN108441625A (zh) * 2018-02-07 2018-08-24 常州大学 一种提高离子渗氮效率的激光冲击工艺

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
冷变形及加压条件下20CrMnTi钢的气体氮化特性研究;金国峰;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》;20150515;B022-254 *

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