CN117165898A - 一种提高中碳合金钢耐腐蚀的热处理方法 - Google Patents

一种提高中碳合金钢耐腐蚀的热处理方法 Download PDF

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李治宾
高中楠
郭全海
宋健
王特特
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Abstract

本发明公开了一种提高中碳合金钢耐腐蚀的热处理方法,属于金属材料热处理技术领域,该处理方法先对工件进行清洗预处理,然后进行氮化处理、氧化处理,改善氮化温度降温至氧化温度过程的气体保护,进而改善产品表面化合物层质量,氧化结束后,再通入保护气体保护降温,降温至安全温度以下出炉,改善了氧化过程,进而得到致密、封闭的Fe3O4磁铁层(氧化膜),使处理后的中碳合金钢耐中性盐雾试验稳定达300h以上,能够极大地提高产品的耐腐蚀性。

Description

一种提高中碳合金钢耐腐蚀的热处理方法
技术领域
本发明涉及金属材料热处理技术领域,尤其涉及一种提高中碳合金钢耐腐蚀的热处理方法。
背景技术
氮碳共渗是热化学表面硬化工艺气体氮化的一种,原理是通过吸附、分解、扩散向固态铁基合金表面渗入N和C。氮化处理时生成的氮化层是由氮化铁和铁氮碳化合物组成的表面层为化合物层。
氮碳共渗之后,通过氧化处理在化合物层外层增加一个1-3μm的致密、封闭的Fe3O4磁铁层(氧化膜),显著增加了产品的耐蚀性。通过氮碳共渗+氧化处理,可以显著提高处理工件的耐磨性、硬度、耐腐蚀性,降低工件的摩擦系数等。
但现有氮碳共渗+氧化工艺处理的合金工件金相组织不理想,若工件处理装炉量大,其氮化温度降至氧化温度时间长,存在处理后化合物层疏松、质量不稳定,产品盐雾试验时间短、耐腐蚀性差、盐雾试验不稳定等技术问题(如图2所示)。
发明内容
为了弥补现有技术的不足,本发明提供了一种提高中碳合金钢工件耐腐蚀性的热处理方法,操作简便稳定,可显著提高产品耐腐蚀性、化合物层的质量,以改进现存在的问题。
本发明是通过如下技术方案实现的:
一种提高中碳合金钢耐腐蚀的热处理方法,包括以下步骤:预处理,使用超声波清洗机清洗中碳合金钢工件表面油污,然后使用清水漂洗中碳合金钢工件表面残留的清洗剂,最后将工件表面水分吹干;氮化处理,将工件送入炉内,先预氧化处理,然后抽干炉内空气,通过氮气复压,再向炉内通入硬氮化气氛,升温至氮化温度,按照工艺分解率保温一段时间;氧化处理,氮化处理步骤中保温结束后,使用保护气体a保护降温,降温至氧化温度,然后通入氧化介质进行氧化;降温出炉,氧化结束后,通入保护气体b降温,降温至安全温度以下出炉。
进一步优化地,所述预处理步骤中,超声波清洗机采用水基清洗剂,漂洗清洗剂的清水为去离子水,将工件表面水分吹干时使用0.5-0.7Mpa的压缩空气。
进一步优化地,所述氮化处理步骤采用氮碳共渗的方式,氮化温度为550-580℃,工艺分解率为50-75%,保温时间为3-6h。
进一步优化地,所述氮化处理步骤中硬氮化气氛为氨气。
进一步优化地,所述氧化处理步骤中,保护气体a为氨气,所述氧化介质为蒸馏水和氮气。
进一步优化地,所述氧化处理步骤中,氧化温度为500-530℃,氧化时间为1-2h。
进一步优化地,所述降温出炉步骤中,保护气体b为氮气,安全温度为160℃。
本发明的有益效果是:
本发明在使用超声波清洗剂清机后,使用去离子水漂洗,保证清洗干净产品的表面,且不存在地下水或井水中的钙离子、镁离子等其他离子组分,以免产品表面受到污染,最终影响产品表面质量和耐腐蚀性。
本发明在氮碳共渗结束后,第一次降温时,保护气体a采用氨气,不同于其他降温气氛,氨气在氮碳共渗结束降温过程中,既保证了炉内产品不被氧化,又可以保证炉内的氮势,使产品在降温过程中,保证化合物层的质量,使其无疏松,更加致密,防止产品降温过程中化合物层的“氮逃逸”。
本发明在工件氮化处理后进行后氧化处理,改善了氧化过程参数及氧化介质,氧化温度500-530℃,氧化介质为水和氮气,氧化时间为1-2h,不同于其他氧化介质,使用水和氮气氧化,既可以更加容易控制炉内温度变化,又可以改善产品外观,同时在产品化合物层的外面形成一层致密且封闭的氧化膜层。
本发明使用氮气做保护气体b对氧化处理后的工件进行降温,使氧化完的产品不受外界空气的影响,同时可以快速排出炉内残余的水蒸气,既可以保证炉内外观质量,又可以保护炉内产品不受外界空气影响,产品表面不会产生“二次氧化”,提高了产品的耐腐蚀性。
附图说明
图1为热处理方法改善后试验金相组织照片。
图2为热处理方法改善前对比金相组织照片。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点,下面通过具体实施方式,并结合其附图,对本发明进行详细阐述。在本发明的描述中,需要说明的是,术语“左”、“右”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
本发明提供了一种提高中碳合金钢耐腐蚀的热处理方法,包括以下步骤:
S1预处理,使用超声波清洗机采用水基清洗剂清洗中碳合金钢工件表面油污,然后使用清水漂洗中碳合金钢工件表面残留的清洗剂,最后使用0.5-0.7Mpa的压缩空气吹干将工件表面水分吹干。其中漂洗清洗剂的清水为去离子水,目的是保证清洗干净工件的表面,且不存在地下水或井水中的钙离子、镁离子等其他离子组分,以免产品表面受到污染,最终影响产品表面质量和耐腐蚀性。
S2氮化处理,氮化处理采用氮碳共渗的方式,先将工件送入炉内,将炉温升至200-380℃,预氧化处理,然后抽干炉内空气,通过氮气复压,再向炉内通入硬氮化气氛,升温至氮化温度,按照工艺分解率保温一段时间。其中预氧化目的是让氮碳共渗效果更好,硬氮化气氛为氨气,氮化温度为550-580℃,工艺分解率为50-75%,保温时间为3-6h,工艺分解率是指分解的氨气占氨气总通入量的比例,通过分解率计算炉内氮势,根据铁氮相图和Lehrer图,在产品表面形成高质量的化合物层,高质量的化合物层可以显著提高产品的耐腐蚀性。
S3氧化处理,氮化处理步骤中保温结束后,使用保护气体a保护降温,降温至氧化温度500-530℃,然后通入氧化介质进行氧化,氧化时间为1-2h。
其中保护气体a为氨气,氨气在氮碳共渗结束降温过程中,既保证了炉内产品不被氧化,又可以保证炉内的氮势,使产品在降温过程中,保证化合物层的质量,防止产品降温过程中化合物层的“氮逃逸”。另外所述氧化介质为蒸馏水和氮气,使用水和氮气氧化,可以更加容易控制炉内温度变化,又可以改善产品外观,同时在产品化合物层的外面形成一层致密且封闭的氧化膜层。
S4降温出炉,氧化结束后,通入保护气体b对炉内进行降温,降温至安全温度以下出炉,其中保护气体b为氮气,安全温度为160℃,使用氮气做保护气体b对氧化处理后的工件进行降温,使氧化完的产品不受外界空气的影响,同时可以快速排出炉内残余的水蒸气,既可以保证炉内外观质量,又可以保护炉内产品不受外界空气影响,产品表面不会产生“二次氧化”,金相组织更加理想,提高了产品的耐腐蚀性,盐雾试验时间长。
实施例1:
本实施例采用中碳合金钢材质的样件作为处理对象,包括以下处理步骤:
S1预处理,使用超声波清洗机采用水基清洗剂清洗样件表面污渍,使用去离子水漂洗表面残留的清洗剂,最后使用0.6Mpa的压缩空气吹干表面水分。
S2氮化处理,先将工件送入炉内,炉温升至300℃,预氧化处理,然后氮化处理,向炉内通入硬氮化气氛,升温至560℃,按照65%的工艺分解率保温6h。
S3氧化处理,氮化处理步骤中保温结束后,使用氨气保护降温,降温至氧化温度500℃,然后通入氮气和水蒸气,进行氧化,氧化时间为2h。
S4降温出炉,氧化结束后,通入氮气对炉内进行保护降温,降温至160℃出炉。
对比例:
本对比例采用中碳合金钢材质的样件作为处理对象,包括以下处理步骤:
S1预处理,使用超声波清洗机清洗样件表面污渍,使用清水漂洗表面残留,最后吹干表面水分。
S2氮化处理,先将工件送入炉内,炉温升至300℃,预氧化处理,然后氮化处理,向炉内通入硬氮化气氛,升温至560℃,按照60%的工艺分解率保温6h。
S3氧化处理,氮化处理步骤中保温结束后,自然降温或风冷降温,氮气保护,降温至氧化温度500℃,然后通入其他氧化介质,进行氧化,氧化时间为2h。
S4降温出炉,氧化结束后,风冷降温,降温至160℃出炉。
对经上述处理的工件进行盐雾试验测试,结果如下:
根据测试结果及附图可以得出,采用本发明中改善的方法的实施例1的白亮层明显无疏松,更加致密,耐腐蚀性更好。采用改善前处理方法的对比例金相组织不理想,白亮层存在大部分疏松,耐腐蚀性较差,与改善后的处理方法存在差距。
本发明未详述之处,均为本技术领域技术人员的公知技术。最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种提高中碳合金钢耐腐蚀的热处理方法,其特征在于,包括以下步骤:
预处理,使用超声波清洗机清洗中碳合金钢工件表面油污,然后使用清水漂洗中碳合金钢工件表面残留的清洗剂,最后将工件表面水分吹干;
氮化处理,将工件送入炉内,先预氧化处理,然后抽干炉内空气,通过氮气复压,再向炉内通入硬氮化气氛,升温至氮化温度,按照工艺分解率保温一段时间;
氧化处理,氮化处理步骤中保温结束后,使用保护气体a保护降温,降温至氧化温度,然后通入氧化介质进行氧化;
降温出炉,氧化结束后,通入保护气体b降温,降温至安全温度以下出炉。
2.根据权利要求1所述的提高中碳合金钢耐腐蚀的热处理方法,其特征在于:所述预处理步骤中,超声波清洗机采用水基清洗剂,漂洗清洗剂的清水为去离子水,将工件表面水分吹干时使用0.5-0.7Mpa的压缩空气。
3.根据权利要求1所述的提高中碳合金钢耐腐蚀的热处理方法,其特征在于:所述氮化处理步骤采用氮碳共渗的方式,氮化温度为550-580℃,工艺分解率为50-75%,保温时间为3-6h。
4.根据权利要求1所述的提高中碳合金钢耐腐蚀的热处理方法,其特征在于:所述氮化处理步骤中硬氮化气氛为氨气。
5.根据权利要求1所述的提高中碳合金钢耐腐蚀的热处理方法,其特征在于:所述氧化处理步骤中,保护气体a为氨气,所述氧化介质为蒸馏水和氮气。
6.根据权利要求1所述的提高中碳合金钢耐腐蚀的热处理方法,其特征在于:所述氧化处理步骤中,氧化温度为500-530℃,氧化时间为1-2h。
7.根据权利要求1所述的提高中碳合金钢耐腐蚀的热处理方法,其特征在于:所述降温出炉步骤中,保护气体b为氮气,安全温度为160℃。
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