CN111218642A - 一种提高钢材抗蚀、耐磨损的渗铬处理工艺 - Google Patents
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Abstract
一种提高钢材抗蚀、耐磨损的渗铬处理工艺,包括如下步骤:预处理、渗氮处理、低温盐浴渗铬处理。所述预处理为将钢材在1000~1100℃下真空淬火,每3h在500~600℃下回火一次;然后,将预处理面磨光至900号金相砂纸,用丙酮清洗。本发明所述的提高钢材抗蚀、耐磨损的渗铬处理工艺,工艺简单,将渗铬处理温度降低到钢材的回火温度,有利于减少钢材变形及组织粗化,有助于扩大渗铬工艺的实际应用范围,获得高温下渗层的可替代性能,具有显著的技术和经济效益,有效的提高了钢材的抗蚀、耐磨损性能,应用前景广泛。
Description
技术领域
本发明属于渗铬处理工艺技术领域,具体涉及一种提高钢材抗蚀、耐磨损的渗铬处理工艺。
背景技术
传统渗铬是指通过加热扩散将铬元素渗入到工件表面,从而形成无孔隙铬合金层的一种化学热处理方法。渗铬始于二十世纪20年代, 1919年,Kelley等人最先在美国系统地研究了铬扩散:将试样包覆于金属铬粉中装箱于1300℃加热,并保持箱内为还原气氛。虽然这种方法可以获得质量较高的渗铬层,但是此工艺存在两个致命缺点:首先,金属铬粉与钢铁表面是通过简单的固体接触进行扩散,处理温度必须很高;其次,渗铬剂失效迅速,成本很高。因此这种工艺没能在工业上的应用。经过数十年的发展,渗铬目前已是人们公认非常有效的耐磨、抗蚀表面处理方法,在许多工业领域得到了大规模应用。与初期的渗铬方法相比,现代渗铬技术的实用性己有长足发展。
渗铬是一种很重要的材料保护手段,广泛应用于钢材抗蚀、耐磨损处理。但是,常规渗铬工艺处理温度都比较高,这就限制了这种工艺的实际应用。因而,降低渗铬处理温度,有利于减少钢材变形及组织粗化,有助于扩大渗铬工艺的实际应用范围。在较低温下可以获得高温下渗层的可替代性能,具有显著的技术和经济效益。虽然低温复合渗铬所得到的是铬氮的化合物(不像常规渗铬得到的大部分是铬碳的化合物),但是大量报道显示铬氮化合物具有优异性能,可见这样的替代是可行的。如果能将低温复合渗铬的渗铬处理温度降低到钢材的回火温度,并且在较短的保温时间内获得渗铬层,就可以用低温复合渗铬工艺代替钢材的回火工艺,从而实现在对钢材心部进行回火的同时在钢材的表面形成保护膜,可见这具有较大的经济价值。
中国专利申请号为CN201410227668.X公开了一种工具钢气体渗铬和淬火结合的工艺,包括工具钢零件预处理、渗铬、淬火和回火等工序,步骤繁琐,成本较高,不利于工业生产和推广。
发明内容
发明目的:为了克服以上不足,本发明的目的是提供一种提高钢材抗蚀、耐磨损的渗铬处理工艺,在较低温下可以获得高温下渗层的可替代性能,具有显著的技术和经济效益,扩大渗铬工艺的实际应用范围,有效的提高了钢材的抗蚀、耐磨损性能,应用前景广泛。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种提高钢材抗蚀、耐磨损的渗铬处理工艺,其特征在于,包括如下步骤:
(1)预处理:将钢材在1000~1100℃下真空淬火,每3h在 500~600℃下回火一次;然后,将预处理面磨光至900号金相砂纸,用丙酮清洗;
(2)渗氮处理:将预处理后的钢材进行离子渗氮8h;
(3)低温盐浴渗铬处理:将基盐混合物放入渗铬装置,基盐混合物在610~620℃比下熔化后,逐渐缓慢、分批将CrCl3·6H20加入到熔化的所述基盐混合物中,待所需加入的CrCl3·6H20全部加入完毕,并且与所述基盐混合物相熔后,调温至550~610℃,然后加入Cr粉、 Fe粉,静置后放入上述渗氮处理后的钢材,保温所需时间后,将钢材迅速取出,并水淬至室温。
本发明所述的提高钢材抗蚀、耐磨损的渗铬处理工艺,先将钢材预处理为粗晶组织,即钢材为退火态,再通过先渗氮形成富氮化合物层,然后再进行低温渗铬,低温渗铬中的有效成份是CrCl2,由于CrCl2易于挥发,常规保存比较困难,所以采用CrCl3与Cr的反应补给 CrCl2,实现渗铬。通过各种反应组合生成的CrCl2,与铁基体表面发生反应,生成活性Cr原子,并实现Cr原子向被处理钢材内部的扩散,并且所提供的CrCl2和活性Cr原子将与原先渗氮层中析出的N原子结合生成铬的氮化物CrN或Cr2N,渗铬效果更好。
进一步的,上述的提高钢材抗蚀、耐磨损的渗铬处理工艺,所述步骤(2)的离子渗氮温度为540~560℃。
进一步的,上述的提高钢材抗蚀、耐磨损的渗铬处理工艺,所述步骤(2)的离子渗氮在罩式离子渗氮炉中进行,真空度为50Pa,渗氮介质为0.5m3/h氨气。
进一步的,上述的提高钢材抗蚀、耐磨损的渗铬处理工艺,所述步骤(3)的基盐混合物、CrCl3·6H20、Cr粉的比例为10:4:1.5。
为了加速渗铬(即使钢材的表面有更多的Cr原子),就要提供就要在基盐混合物中加入更多CrCl3及Cr。但是由于CrCl3及Cr的加入,对基盐混合物的流动性影响较大,如果加入量太多,流动性不好,对渗铬不利。当基盐混合物、CrCl3·6H20的比例为10:4:1.5时,渗铬效果较好。
进一步的,上述的提高钢材抗蚀、耐磨损的渗铬处理工艺,所述步骤(3)的基盐混合物,按质量份数计,由以下组分构成: CaCl245~50份、BaCl230~35份、NaCI 20~25份。
为了提高基盐混合物的流动性,需要熔点更低的基盐配方,以保证充足的CrCl3·6H20及Cr粉加入量,从而加速渗铬。由CaCl245~50 份、BaCl230~35份、NaCI 20~25份组成的基盐混合物,熔点为43 5℃,使用温度为480~780℃,满足需要。
进一步的,上述的提高钢材抗蚀、耐磨损的渗铬处理工艺,所述 Cr粉、Fe粉的比例为2:1。
由于Cr粉是在调温至550~610℃才加入,为减少Cr粉的烧损,在加入Cr粉粉的时候混合Fe粉加入。
进一步的,上述的提高钢材抗蚀、耐磨损的渗铬处理工艺,所述步骤(3)的静置时间为20~30min。
进一步的,上述的提高钢材抗蚀、耐磨损的渗铬处理工艺,所述步骤(3)的保温时间为8~12h。
进一步的,上述的提高钢材抗蚀、耐磨损的渗铬处理工艺,所述步骤(3)中的所述渗铬装置包括熔化炉、加热电炉丝、加热温控热电偶、盐浴温控热电偶、外壳;所述熔化炉设置在所述外壳内部,所述加热电炉丝有若干个,所述加热电炉丝均匀的分布在所述外壳上并且位于所述熔化炉的两侧;所述加热温控热电偶设置在所述外壳、熔化炉之间,所述盐浴温控热电偶设置在所述熔化炉内部。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
本发明所述的提高钢材抗蚀、耐磨损的渗铬处理工艺,步骤安排合理,工艺简单,将渗铬处理温度降低到钢材的回火温度,有利于减少钢材变形及组织粗化,有助于扩大渗铬工艺的实际应用范围,获得高温下渗层的可替代性能,具有显著的技术和经济效益,有效的提高了钢材的抗蚀、耐磨损性能,应用前景广泛。
附图说明
图1为本发明所述提高钢材抗蚀、耐磨损的渗铬处理工艺的渗铬装置整体结构图;
图中:熔化炉1、加热电炉丝2、加热温控热电偶3、盐浴温控热电偶4、外壳5。
具体实施方式
下面将附图1结合具体实验数据,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明的保护范围。
以下实施例提供了一种提高钢材抗蚀、耐磨损的渗铬处理工艺,所述提高钢材抗蚀、耐磨损的渗铬处理工艺,所述步骤(3)的基盐混合物,按质量份数计,由以下组分构成:CaCl245~50份、 BaCl230~35份、NaCI 20~25份。
进一步的,所述步骤(3)中的所述渗铬装置包括熔化炉1、加热电炉丝2、加热温控热电偶3、盐浴温控热电偶4、外壳5;所述熔化炉1设置在所述外壳5内部,所述加热电炉丝2有若干个,所述加热电炉丝2均匀的分布在所述外壳5上并且位于所述熔化炉1 的两侧;所述加热温控热电偶3设置在所述外壳5、熔化炉1之间,所述盐浴温控热电偶4设置在所述熔化炉1内部。
实施例1
(1)预处理:将钢材在1100℃下真空淬火,每3h在520℃下回火一次;然后,将预处理面磨光至900号金相砂纸,用丙酮清洗;
(2)渗氮处理:将预处理后的钢材在罩式离子渗氮炉中进行离子渗氮,真空度为50Pa,渗氮介质为0.5m3/h,温度为540℃渗氮时间为8h;
(3)低温盐浴渗铬处理:所述基盐混合物,按质量份数计,由以下组分构成:CaCl248份、BaCl2 31份、NaCI 21份将基盐混合物放入渗铬装置,基盐混合物在610℃比下熔化后,逐渐缓慢、分批将CrCl3·6H20加入到熔化的所述基盐混合物中,待所需加入的CrCl3·6H20全部加入完毕,并且与所述基盐混合物相熔后,调温至560℃,然后加入Cr粉、Fe粉,其中,基盐混合物、CrCl3·6H20、Cr粉的比例为10:4:1.5,Cr粉、Fe粉的比例为2:1;静置30min后放入上述渗氮处理后的钢材,保温8后,将钢材迅速取出,并水淬至室温。
实施例2
(1)预处理:将钢材在1000℃下真空淬火,每3h在550℃下回火一次;然后,将预处理面磨光至900号金相砂纸,用丙酮清洗;
(2)渗氮处理:将预处理后的钢材在罩式离子渗氮炉中进行离子渗氮,真空度为50Pa,渗氮介质为0.5m3/h,温度为560℃渗氮时间为8h;
(3)低温盐浴渗铬处理:所述基盐混合物,按质量份数计,由以下组分构成:CaCl248份、BaCl2 31份、NaCI 21份将基盐混合物放入渗铬装置,基盐混合物在620℃比下熔化后,逐渐缓慢、分批将CrCl3·6H20加入到熔化的所述基盐混合物中,待所需加入的CrCl3·6H20全部加入完毕,并且与所述基盐混合物相熔后,调温至580℃,然后加入Cr粉、Fe粉,其中,基盐混合物、CrCl3·6H20、Cr粉的比例为10:4:1.5,Cr粉、Fe粉的比例为2:1;静置30min后放入上述渗氮处理后的钢材,保温9h后,将钢材迅速取出,并水淬至室温。
实施例3
(1)预处理:将钢材在1030℃下真空淬火,每3h在550℃下回火一次;然后,将预处理面磨光至900号金相砂纸,用丙酮清洗;
(2)渗氮处理:将预处理后的钢材在罩式离子渗氮炉中进行离子渗氮,真空度为50Pa,渗氮介质为0.5m3/h,温度为550℃渗氮时间为8h;
(3)低温盐浴渗铬处理:所述基盐混合物,按质量份数计,由以下组分构成:CaCl248份、BaCl2 31份、NaCI 21份将基盐混合物放入渗铬装置,基盐混合物在610℃比下熔化后,逐渐缓慢、分批将CrCl3·6H20加入到熔化的所述基盐混合物中,待所需加入的CrCl3·6H20全部加入完毕,并且与所述基盐混合物相熔后,调温至550℃,然后加入Cr粉、Fe粉,其中,基盐混合物、CrCl3·6H20、Cr粉的比例为10:4:1.5,Cr粉、Fe粉的比例为2:1;静置30min后放入上述渗氮处理后的钢材,保温12h后,将钢材迅速取出,并水淬至室温。
效果验证:
按照下述标准对由上述实施例1、实施例2、实施例3得到的钢材制成试样1、试样2、试样3,进行渗铬层性能测试,测试结果如表1所示。
耐腐蚀性试验:通过测量渗层的动电位阳极极化曲线和线性极化曲线(测定极化电阻)来评价镀层的耐蚀性及钝化行为。测试介质为 5%的HeS04水溶液,温度为室温。测试装置采用传统的三电极体系。
摩擦学性能测试:采用Optimal SRV4摩擦测试系统测试渗铬层的摩擦系数。试样的尺寸为24mm×8mm,在室温下进行,加载力为15N,往复频率为25Hz,测试时间为1h。
表1
本发明具体应用途径很多,以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出,以上实施例仅用于说明本发明,而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进,这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种提高钢材抗蚀、耐磨损的渗铬处理工艺,其特征在于,包括如下步骤:
(1)预处理:将钢材在1000~1100℃下真空淬火,每3h在500~600℃下回火一次;然后,将预处理面磨光至900号金相砂纸,用丙酮清洗;
(2)渗氮处理:将预处理后的钢材进行离子渗氮8h;
(3)低温盐浴渗铬处理:将基盐混合物放入渗铬装置,基盐混合物在610~620℃比下熔化后,逐渐缓慢、分批将CrCl3·6H20加入到熔化的所述基盐混合物中,待所需加入的CrCl3·6H20全部加入完毕,并且与所述基盐混合物相熔后,调温至550~610℃,然后加入Cr粉、Fe粉,静置后放入上述渗氮处理后的钢材,保温所需时间后,将钢材迅速取出,并水淬至室温。
2.根据权利要求1所述的提高钢材抗蚀、耐磨损的渗铬处理工艺,其特征在于,所述步骤(2)的离子渗氮温度为540~560℃。
3.根据权利要求1所述的提高钢材抗蚀、耐磨损的渗铬处理工艺,其特征在于,所述步骤(2)的离子渗氮在罩式离子渗氮炉中进行,真空度为50Pa,渗氮介质为0.5m3/h氨气。
4.根据权利要求1述的提高钢材抗蚀、耐磨损的渗铬处理工艺,其特征在于,所述步骤(3)的基盐混合物、CrCl3·6H20、Cr粉的比例为10:4:1.5。
5.根据权利要求1述的提高钢材抗蚀、耐磨损的渗铬处理工艺,其特征在于,所述步骤(3)的基盐混合物,按质量份数计,由以下组分构成:CaCl245~50份、BaCl230~35份、NaCI20~25份。
6.根据权利要求1所述的提高钢材抗蚀、耐磨损的渗铬处理工艺,其特征在于,所述Cr粉、Fe粉的比例为2:1。
7.根据权利要求1所述的提高钢材抗蚀、耐磨损的渗铬处理工艺,其特征在于,所述步骤(3)的静置时间为20~30min。
8.根据权利要求1所述的提高钢材抗蚀、耐磨损的渗铬处理工艺,其特征在于,所述步骤(3)的保温时间为8~12h。
9.根据权利要求1所述的提高钢材抗蚀、耐磨损的渗铬处理工艺,其特征在于,所述步骤(3)中的所述渗铬装置包括熔化炉(1)、加热电炉丝(2)、加热温控热电偶(3)、盐浴温控热电偶(4)、外壳(5);所述熔化炉(1)设置在所述外壳(5)内部,所述加热电炉丝(2)有若干个,所述加热电炉丝(2)均匀的分布在所述外壳(5)上并且位于所述熔化炉(1)的两侧;所述加热温控热电偶(3)设置在所述外壳(5)、熔化炉(1)之间,所述盐浴温控热电偶(4)设置在所述熔化炉(1)内部。
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