[发明专利]00Ni18Co8Mo5AlTi高强度马氏体时效钢的气体渗氮工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度马氏体时效钢的渗氮热处理工艺，特别是00Ni18Co8Mo5AlTi材料的气体渗氮工艺。

背景技术

渗氮热处理是将活性的氮原子渗入零件表面，形成一层极硬的合金氮化物，以提高表层的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。渗氮的工艺方法主要包括气体渗氮、液体渗氮和离子渗氮等，其中气体渗氮占主导地位。渗氮处理通常在460～650℃下进行，其最大的优点是渗后零件畸变小。目前，渗氮处理的钢种主要包括合金结构钢和各种不锈钢。

00Ni18Co8Mo5AlTi是一种高强度马氏体时效钢，它具有优良的机械性能，固溶处理后，其显微组织为超低碳、高镍的单相马氏体；时效处理后，在马氏体区域的金属间化合物沉淀析出、细化和弥散，使材料得以强化，其强度、塑性和韧性匹配优良，主要应用于航空航天、石油化工和原子能等重要工业领域。美中不足的是，与其他高强度钢一样，这种材料的疲劳强度偏低。近年来，旨在改善表面抗疲劳特性的研究主要集中在表面喷丸处理和表面改性热处理等方面。其中，渗氮处理无疑是一种较好的选择，但由于这种材料的表面有一层阻碍活性氮原子渗入的钝化膜，采用常规的渗氮方法，无法形成有效的渗氮层，用于00Ni18Co8Mo5AlTi材料的气体渗氮工艺尚属空白。

发明内容

为了能采用表面改性热处理来改善高强度马氏体时效钢的表面抗疲劳特性，本发明的目的是提供一种00Ni 18Co8Mo5AlTi高强度马氏体时效钢的气体渗氮工艺，采用该气体渗氮工艺，渗氮零件尺寸和形状的畸变小，心部具有优良的强度、塑性和韧性，且显著提高表面的耐磨性和抗疲劳性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种00Ni18Co8Mo5AlTi高强度马氏体时效钢的气体渗氮工艺，其特征在于该工艺按下列步骤进行：

1)对原材料进行固溶处理，然后将零件加工至成品尺寸；

2)在渗氮箱底铺上经干燥并混合均匀的氯化铵与石英砂；

3)将00Ni18Co8Mo5AlTi钢制零件洗净油污并吹干；

4)对渗氮前的零件进行吹砂处理；

5)零件装箱密封后通氨气赶尽箱内空气，当箱内的氨分解率为“零”时，随炉升温，进行二段法渗氮处理；

6)渗氮保温终了时，断开加热炉电源，继续供气维持渗氮箱内正压，并随炉降温冷却至300℃以下时，将渗氮箱移出加热炉，在空气中进行冷却；待渗氮箱的温度降至150℃以下时，停止供气并取出渗氮零件。

本发明步骤2)中，氯化铵与石英砂的比例可以为1∶5，氯化铵放置量按渗氮箱体积100～150g/m3计算。步骤3)中，将00Ni18Co8Mo5AlTi钢制零件用汽油及丙酮洗净油污并吹干。步骤4)中，控制气压不大于0.15MPa、使用200～250目的刚玉砂对渗氮前的零件进行吹砂处理，吹砂后的零件应立即进行装箱并严禁用手直接触摸，吹砂与装箱的时间间隔不得超过1小时。

本发明渗氮前需事先对材料进行固溶处理，然后将零件加工至成品尺寸，采用普通箱式电阻炉作为加热设备，在时效温度区间(480～510℃)进行二段法渗氮处理。

按下述工艺参数进行二段法渗氮处理：

(1)保温温度：500±5℃，保温3～4.5小时，氨分解率：20～30％

(2)保温温度：505±5℃，保温45～75小时，氨分解率：65～85％。

渗氮过程中，应始终保持进排气管道的畅通，每隔30分钟测量一次温度、气体压力和氨分解率。

本发明渗氮保温终了时，断开加热炉电源后，继续通氨气或通入氮气对箱内气氛进行置换，维持渗氮箱内正压，以防止零件氧化。

由于00Ni18Co8Mo5AlTi材料在常态下易形成致密的钝化膜，阻碍活性氮原子的渗入。本发明采取在渗氮前对零件进行吹砂处理、在渗氮过程中加入氯化铵的方法，以促进表面活化并达到催渗的效果。

采用本发明所述的00Ni18Co8Mo5AlTi高强度马氏体时效钢的气体渗氮工艺，渗氮零件尺寸和形状的畸变小，心部具有优良的强度、塑性和韧性，且显著提高表面的耐磨性和抗疲劳性。渗氮层深度为0.08～0.20mm，渗层表面硬度不小于700HV，心部硬度为49～52HRC，其性能满足某些航空、航天用高强度传动轴和齿轮的需求。

具体实施方式

一种本发明所述的00Ni18Co8Mo5AlTi高强度马氏体时效钢的气体渗氮工艺，对材料为00Ni18Co8Mo5AlTi的齿轮进行渗氮处理，生产时，按每批20只齿轮，共3个批次分别进行渗氮处理：