CN110318018A - 一种9310钢碳氮共渗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于新型齿轮钢的化学热处理技术，具体涉及一种9310钢碳氮共渗方法。本发明9310钢碳氮共渗方法，其中，零件为9310钢，先将零件进行调质处理，然后放在可控气氛氮化炉进行碳氮共渗，其中，碳氮共渗分成两阶段，第一阶段，碳势为0.30％～0.40％，碳氮共渗时间为30～40min，第二阶段碳势为0.95％～1.05％，碳氮共渗时间为0.5～3h，同时，两个阶段的共渗温度为840±10℃，氨气流量为0.3～0.6m3/h，之后进行冷却和回火处理。本发明方法可以有效控制9310钢的浅渗层深度，使得9310钢的韧性以及表面硬度均可满足设计要求，同时该方法工艺简单，操作方便，易于实施。

Description

一种9310钢碳氮共渗方法
技术领域
本发明属于新型齿轮钢的化学热处理技术，具体涉及一种9310钢碳氮共渗方法。
背景技术
9310钢是近年来中新开发的第二代航空齿轮钢，该钢具有渗碳温度高，渗碳层淬硬性好，淬火后表面硬度高等优点,对其进行渗碳热处理可使该钢获得硬度高、耐磨性好的表面，同时又保持芯部具有较高的韧性，从而提高齿轮的承载能力和齿面的抗擦伤与咬接性能，因此在国内直升机传动系统得到了广泛的应用。
然而该材料浅层渗碳(0.1～0.5mm)工艺性较差，渗碳深度控制难度大，渗碳过程中，如有10°左右的温度差异以及3—5分钟保温时间差异，均可能使得零件渗碳深度过深或过浅，从而使得零件缺乏韧性或表面硬度不够，无法满足零件设计要求，而在渗碳炉中，温度和时间控制难度较大，使得浅层渗碳深度控制困难，因此急需进行浅层化学热处理工艺方法的研究。
发明内容
本发明的目的是：提供一种工艺性好、可有效控制渗层深度的9310钢碳氮共渗方法，解决9310钢浅渗层零件表面硬度及渗层深度不稳定的问题。
本发明的技术方案是：
一种9310钢碳氮共渗方法，所述零件为9310钢，先将零件进行调质处理，然后放在可控气氛氮化炉进行碳氮共渗，其中，碳氮共渗分成两阶段，第一阶段，碳势为0.30％～0.40％，碳氮共渗时间为30～40min，第二阶段碳势为0.95％～1.05％，碳氮共渗时间为0.5～3h，同时，两个阶段的共渗温度为840±10℃，氨气流量为0.3～0.6m3/h，之后进行冷却和回火处理。
所述调质处理包括淬火和高温回火，其中，淬火温度为807±10℃，保温2～2.5h，再进行油冷；高温回火500±10℃，保温2～2.5h，空冷。
碳氮共渗后，冷却处理前，对零件进行840±10℃的淬火处理。
冷却处理过程：先冰冷，温度为≤-80℃，保温4～4.5h，空冷至室温，降低零件表面的残余奥氏体组织。
回火处理温度为150±10℃，保温4～4.5h，空冷至室温。
本发明的技术效果是：本发明的碳氮共渗方法利用可控气氛碳氮共渗方法，掌握了9310钢精确控制浅层化学热处理渗层深度及表面硬度的技术，可以有效控制9310钢的渗层深度，使得9310钢的韧性以及表面硬度均可满足设计要求，同时该方法工艺简单，操作方便，易于实施。
具体实施方式
下面结合实施案例对本发明做进一步说明：
本发明9310钢碳氮共渗方法具体过程如下：
(1)零件碳氮共渗热处理前，进行调质处理(淬火+高温回火)。淬火温度为(807±10)℃，保温(2～2.5)h，油冷。高温回火(500±10)℃，保温(2～2.5)h，空冷；该调质处理工艺针对9310钢特性，并使得零件组织均匀，并充分释放应力，减少因应力造成的变形，同时降低硬度，便于机械加工。
(2)使用可控气氛氮化炉对零件进行碳氮共渗，共渗温度为(840±10)℃，以在能够实现渗碳的前提下，降低渗碳速度，延长渗碳时间，便于精确控制渗碳深度，对炉内通氨气，氨气流量为(0.3～0.6)m3/h，通过控制氨气流量实现对渗层组织内氮化物的控制；第一阶段碳势为0.30％～0.40％，通过第一阶段较小的碳势，使得零件不会脱碳，避免影响零件渗碳组织及硬度，同时，通过第一阶段加热保温，保温(30～40)min，减少零件热处理变形。
第二阶段碳势为0.95％～1.05％，保温(0.5～3)h。该阶段，提高碳势，进行渗碳，并通过控制保温时间，使得碳氮共渗层深度可以在(0.1～0.5)mm，从而保证9310钢在具有足够韧性条件下，仍具有足够的表面硬度。
(3)冰冷，温度为≤-80℃，保温(4～4.5)h，空冷，降低零件表面的残余奥氏体组织；
(4)回火，温度为(150±10)℃，保温(4～4.5)h，空冷，调整零件表面及心部硬度，使其符合零件设计要求；
(5)最终检验零件合格。
实施例1：某机型传动系统离合器内套，其材料为9310钢，要求内花键进行碳氮共渗，渗层深度要求为(0.1～0.25)mm，表面硬度为HR15N≥88，心部硬度为HRC(33～41)。
其具体实施方法为：
(1)零件碳氮共渗热处理前，进行调质处理。淬火温度为807℃，保温2h，油冷。高温回火500℃，，保温2h，空冷；
(2)使用可控气氛氮化炉对零件进行碳氮共渗，共渗温度为840℃，氨气流量为0.3m3/h；第一阶段碳势为0.30％，保温30min，第二阶段碳势为0.95％，保温40min。
(3)冰冷，温度为-80℃，保温4h，空冷；
(4)回火，温度为150℃，保温4h，空冷；
(5)最终检验零件合格。具体检测结果：渗层深度0.21mm；表面硬度89HR15N；心部硬度33HRC。
实施例2：
其具体实施方法为：某机型传动系统齿锥齿轮，其材料为9310钢，要求外花键进行碳氮共渗，渗层深度要求为(0.38～0.52)mm，表面硬度为HR15N≥88，心部硬度为HRC(33～42)。
其具体实施方法为：
(1)零件碳氮共渗热处理前，进行调质处理。淬火温度为807℃，保温2.5h，油冷。高温回火500℃，保温2h，空冷；
(2)使用可控气氛氮化炉对零件进行碳氮共渗，共渗温度为840℃，氨气流量为0.35m3/h；第一阶段碳势为0.35％，保温35min，第二阶段碳势为1.00％，保温2.5h。
(3)冰冷，温度为-80℃，保温4h，空冷；
(4)回火，温度为150℃，保温4h，空冷；
(5)最终检验零件合格。具体检测结果：渗层深度0.45mm；表面硬度93HR15N；心部硬度39HRC。

Claims (8)

1.一种9310钢碳氮共渗方法，其特征在于，所述零件为9310钢，先将零件进行调质处理，然后放在可控气氛氮化炉进行碳氮共渗，其中，碳氮共渗分成两阶段，第一阶段，碳势为0.30％～0.40％，碳氮共渗时间为30～40min，第二阶段碳势为0.95％～1.05％，碳氮共渗时间为0.5～3h，之后进行冷却和回火处理。
2.根据权利要求1所述的9310钢碳氮共渗方法，其特征在于，两个阶段的共渗温度为840±10℃。
3.根据权利要求2所述的9310钢碳氮共渗方法，其特征在于，两个阶段的氨气流量为0.3～0.6m3/h。
4.根据权利要求1所述的9310钢碳氮共渗方法，其特征在于，所述调质处理包括淬火处理，其中，淬火温度为807±10℃，保温2～2.5h，再进行油冷。
5.根据权利要求4所述的9310钢碳氮共渗方法，其特征在于，所述调质处理在淬火处理后，还需高温回火，温度500±10℃，保温2～2.5h，空冷。
6.根据权利要求2所述的9310钢碳氮共渗方法，其特征在于，碳氮共渗后，冷却处理前，对零件进行840±10℃温度的淬火处理。
7.根据权利要求2所述的9310钢碳氮共渗方法，其特征在于，冷却处理过程：先冰冷，温度为≤-80℃，保温4～4.5h，空冷至室温，降低零件表面的残余奥氏体组织。
8.根据权利要求2所述的9310钢碳氮共渗方法，其特征在于，回火处理温度为150±10℃，保温4～4.5h，空冷至室温。
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