FV520B材料的离子氮化热处理工艺的制作方法

本发明涉及热处理工艺
技术领域：
，具体涉及一种FV520B材料的离子氮化热处理工艺，该工艺适用于处理所有要求高强度、耐腐蚀，且要求表面耐磨损的零件，也适用于处理其它选用FV520B材料的工件。
背景技术：
：目前，现有技术中还没有FV520B材料的离子氮化的工艺报道，对于要求高强度、耐腐蚀，且要求表面耐磨损的零件，进行离子氮化处理，可以显著提高工件的耐磨性，可以同时满足高强度、耐腐蚀、耐磨损的要求，同时由于心部强度高、硬度高，也能显著提高工件的承载能力和疲劳寿命。我们的FV520B材料的离子氮化热处理工艺，不仅创新性地首次将离子氮化热处理工艺应用在了FV520B材料上，而且省略了时效热处理工艺，将时效、离子氮化两个热处理工序合并在一起，经本发明专利FV520B材料的离子氮化热处理后的工件，即同时满足了高强度、耐腐蚀，耐磨损，同时承载能力和疲劳寿命也可以大幅提高。技术实现要素：本发明的目的在于将离子氮化热处理工艺应用在FV520B材料上，并且将时效、离子氮化两个热处理工序合并在一起，在满足了高强度、耐腐蚀，耐磨损的前提下，同时承载能力和疲劳寿命也可以大幅提高。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种FV520B材料的离子氮化热处理工艺，该工艺是针对FV520B材料工件，首先进行固溶化处理和调整处理，再进行离子氮化处理；该工艺具体包括如下步骤：(1)固溶化处理：固溶化温度1050℃，保温时间为(有效厚度/45mm)小 时，然后空冷；(2)调整处理：调整温度850℃，保温时间为(有效厚度/40mm)小时，然后油冷；(3)离子氮化处理：在500℃-530℃条件下离子氮化18.0～30.0小时，炉冷降温到200℃，然后出炉空冷；离子氮化工艺的设备采用辉光离子氮化炉，该离子氮化处理的具体过程如下：首先要对工件进行清洗，装炉后先抽真空到13.3Pa以下，然后通入经过干燥的氨气，开始升温，当温度升到350℃停止抽真空放入空气，再抽真空到13.3Pa以下，升温到350℃放入空气，循环5次(按照抽真空-升温到350℃-放入空气至常压的过程)；温度升到520℃进行保温，保温阶段氨气流量控制在1.0-1.5L/min之间，电压控制在600-850V，电流在10-20A，工作气压为100-1200Pa(优选的工作气压为300-400Pa)，保温时间18～25小时，降温到200℃出炉空冷。上述步骤(3)中，试验成功了FV520B材料的离子氮化热处理工艺，并且将时效、离子氮化两个热处理工序合并一起，节省了时效热处理工序。所述FV520B材料的化学成分满足FB13008标准的规定。根据对工件心部强度、硬度的要求，离子氮化温度在500℃-530℃的范围内调整。根据对工件渗氮层厚度的要求，离子氮化保温时间在18.0～30.0小时的范围内选取。本发明工艺设计原理如下：离子氮化是以工件作为阴极，炉体作为阳极，炉内抽真空后通入少量的氨气，然后加高压直流电场，利用稀薄的含氮气体在高压直流电场中电离来进行氮化。其原理是溅射沉积理论，以溅射效应为主，也有氮氢分子离子效应、中性氮原子效应参与。本发明离子氮化工艺，在升温途中增加了“350℃停止抽真空放入空气，再抽真空升温到350℃放入空气，循环5次”，以去除钝化膜、改善深层的均匀性。本发明具有以下有益效果：1、将离子氮化热处理工艺应用在FV520B材料上，并且将时效、离子氮化两个热处理工序合并一起，在同时满足了高强度、耐腐蚀，耐磨损的前提下，同时FV520B材料工件的承载能力和疲劳寿命也可以大幅提高。2、本发明离子氮化热处理工艺不但可以用在所有要求高强度、耐腐蚀，耐磨损FV520B零件的离子氮化热处理工艺，也适用于其它选用FV520B材料的工件的离子氮化的热处理工艺。附图说明图1为3号试样的离子氮化渗层深度金相照片。图2为1号试样的离子氮化渗层深度金相照片。图3为7号试样的离子氮化渗层深度金相照片。图4为5号试样的离子氮化渗层深度金相照片。图5为8号试样的离子氮化渗层深度金相照片。具体实施方式下面结合实施例详述本发明。以下实施例中，FV520B材料工件的初始状态为锻件。以下实施例中，所述离子氮化处理具体过程如下：首先要对工件进行清洗，装炉后先抽真空到13.3Pa以下，然后通入经过干燥的氨气，开始升温，当温度升到350℃停止抽真空放入空气，再抽真空升温到350℃放入空气，按照抽真空-升温到350℃-放入空气至常压的过程循环5次。温度升到520℃进行保温，保温阶段氨气流量控制在1.0-1.5L/min之间，电压控制在800V，电流在10-20A，工作气压为300-400Pa左右，保温时间18～25小时，降温到200℃出炉空冷。实施例1本实施例所用FV520B材料的化学成分：C:0.04wt.％；Si：0.42wt.％；Mn：0.74wt.％；S：0.005wt.％；P：0.021wt.％；Cr：13.80wt.％；Mo：1.46wt.％；Ni：5.39wt.％；Cu：1.49wt.％；Nb：0.30wt.％；Fe：余量。对其进行离子氮化热处理，包括以下步骤：(1)固溶化处理，在1050℃，保温2小时，然后空冷；(2)调整处理，在850℃，保温2.5小时，然后油冷；(3)离子氮化处理，在530℃下离子氮化18.0小时，炉冷降温到200℃，然 后出炉空冷；对比例1与实施例1不同之处在于：步骤(3)之前还有时效处理，在530℃下保温4小时，然后空冷。经测试实施例1中FV520B材料离子氮化热处理后的渗层指标，渗氮层深度同比例1的基本相当，表面和心部硬度都略高于比例1，也就是说省略时效处理工序后，对渗氮层性能基本没有影响，完全可以省略时效工序，用离子氮化代替。FV520B材料在530℃氮化可以得到较好的效果。实施例1的渗氮层性能见表1。对比例1的见表2。表1实施例1离子氮化后FV520B材料的渗层性能编号渗氮层深度(mm)表面硬度心部硬度30.14(见图1)931HV1337HB表2对比例1离子氮化后FV520B材料的渗层性能编号渗氮层深度(mm)表面硬度心部硬度10.15(见图2)885HV1329HB实施例2本实施例所用FV520B材料的化学成分：C:0.04wt.％；Si：0.42wt.％；Mn：0.74wt.％；S：0.005wt.％；P：0.021wt.％；Cr：13.80wt.％；Mo：1.46wt.％；Ni：5.39wt.％；Cu：1.49wt.％；Nb：0.30wt.％；Fe：余量。对其进行离子氮化热处理，包括以下步骤：(1)固溶化处理，在1050℃，保温2小时，然后空冷；(2)调整处理，在850℃，保温2.5小时，然后油冷；(3)离子氮化处理，在530℃下离子氮化20.0小时，炉冷降温到200℃，然后出炉空冷；对比例2与实施例2不同之处在于：步骤(3)之前还有时效处理，在530℃下保温4小时，然后空冷。经测试实施例2FV520B材料离子氮化热处理后的渗层指标，渗层深度、表面和心部硬度同比例2都基本相当，也就是说省略时效处理工序，对渗氮性能没有影响，完全可以省略时效工序，用离子氮化代替。FV520B材料在530℃氮化可以得到较好的效果。实施例2的渗氮层性能见表3。对比例2的见表4。表3实施例2离子氮化后FV520B材料的渗层性能编号渗氮层深度(mm)表面硬度心部硬度70.16(见图3)1016HV1320HB表4对比例2离子氮化后FV520B材料的渗层性能编号渗氮层深度(mm)表面硬度心部硬度50.15(见图4)1030HV1334HB实施例3本实施例所用FV520B材料的化学成分：C:0.04wt.％；Si：0.42wt.％；Mn：0.74wt.％；S：0.005wt.％；P：0.021wt.％；Cr：13.80wt.％；Mo：1.46wt.％；Ni：5.39wt.％；Cu：1.49wt.％；Nb：0.30wt.％；Fe：余量。进行了不同温度的离子氮化热处理，包括以下步骤：(1)固溶化处理，在1050℃，保温2小时，然后空冷；(2)调整处理，在850℃，保温2.5小时，然后油冷；(3)离子氮化处理，在500℃下离子氮化20.0小时，炉冷降温到200℃，然后出炉空冷；经测试实施例3FV520B材料离子氮化热处理后的渗层指标见表5，500℃下离子氮化也有较好的渗层深度，表面硬度大幅提高，心部硬度也较高。表5实施例2离子氮化后FV520B材料的渗层性能编号渗氮层深度(mm)表面硬度心部硬度40.13(见图5)1187、1224HV1337HB当前第1页1 2 3