专利名称：16Cr3NiWMoVNbE材料的二次渗碳工艺方法
技术领域：
本发明涉及一种二次渗碳工艺方法，尤其是一种16Cr3NiWMoVNbE材料的二次渗碳工艺方法。
背景技术：
16Cr3NiWMoVNbE材料是航空领域使用的一种特殊材料，由这种材料加工成零件并进行热处理，由于航空领域特殊的使用要求，零件在热处理后要求不同的部位渗碳层深度不一样，相差很大，深层部位要求I. ImnTl. 3mm,浅层部位要求O. 2mnT0. 5mm，零件在热处理 后要求深层表面硬度要大于HRC60，浅层部位表面硬度大于HRC52，心部硬度为HRC35 45，即能保证内部综合机械性能指标，又能保证不同表面的高强度和高耐磨性，并保证材料的表面显微组织及心部的显微组织符合航标5492《航空钢制件渗碳、碳氮共渗金相组织检验标准》的相应要求。此材料一般的热处理方式很难达到上述指标，由于渗碳层深度不一致，因此这两个部位的渗碳工序无法同步进行，需要进行二次渗碳，国内尚没有成型的技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以使16Cr3NiWMoVNbE材料深层部位渗碳层深度在I. ImnTl. 3mm,浅层部位渗碳层深度在O. 2mnT0· 5mm范围内，深层渗碳后表面硬度大于HRC60,浅层渗碳后表面硬度大于HRC52，心部硬度在HRC35 45，并使其表面显微组织及心部的显微组织符合航标5492的相应要求的二次渗碳的热处理方法。本发明的工艺路线为
I准备16Cr3NiWMoVNbE材料零件；
2将零件在电阻炉中进行调质处理，温度为910±10°C，保温时间为I 2h后油冷，在电阻炉中进行加温至650±30°C，保温时间为I 2h，空冷，然后机加出零件的深层渗碳面；
3将零件除深层渗碳部分外的其它部分保护起来后进行渗碳，设备为可控气氛渗碳炉，温度为920±10°C，第一阶段采用的碳势为碳浓度在(O. 25 O. 45) % C之间，保温时间为30 40min，第二阶段采用的碳势为碳浓度在(I. 00 I. 25) % C之间，保温时间为3 5h,第三阶段采用的碳势为碳浓度(I. 00 I. 15)%C之间,保温时间为I 6h ;渗碳结束后在可控气氛渗碳炉中降温到810±10°C，保温25 35min，空冷出炉；
4将零件在电阻炉中高温回火，加热至温度为680±10°C，保温时间为3 4h，空冷后出炉；
5将零件机加出浅层渗碳部分；
6将零件除渗碳面以外的其它部分保护起来后渗碳，设备为可控气氛渗碳炉，温度为920± 10°C，第一阶段采用的碳势为碳浓度在(O. 25 O. 45) % C之间，保温时间为30 40min，第二阶段采用的碳势为碳浓度在(I. 00 I. 2) % C，保温时间为I. 5 2h ;渗碳结束后在可控气氛渗碳炉中降温到810±10°C，保温时间为25 35min，空冷出炉；
7在电阻炉中高温回火，温度为680±10°C，保温时间为3 4h，空冷，在可控气氛炉中淬火，温度为910±10°C，保温时间为25 30min加上每Imm最大厚度2 3min，油冷，在冰冷箱中冰冷，温度为彡一 70°C，保温时间为2 2. 5h，空冷，然后在电阻炉中回火，温度为200±10°C，保温时间为3 3. 5h，空冷；
8最终检验。如上所述的第7步骤中，所述的淬火也可以将零件转入盐浴炉淬火保温温度为910± 10°C，冷却介质为淬火油，保温时间为零件最厚截面尺寸值或条件厚度值mm乘以
O.5 Imin 力口上 3 5min。所述的条件厚度值为实际厚度(壁厚)乘以制件形状系数，各种截面的制件形状系数见HB/Z136《航空结构钢热处理工艺》。本发明采用二次渗碳，在零件加工到一定尺寸后，对非渗碳部位进行保护，对深层要求的渗碳面渗碳，渗碳后对零件继续加工，加工出渗层渗度要求浅的渗层位置，对于渗碳 层深的位置不进行加工，然后将除渗碳位置的其它位置进行保护后，对其进行二次渗碳，这样对于浅层是进行了一次渗碳，而对于深层采用了二次渗碳。保证深层渗碳部位渗碳层深度在I. ImnTl. 3mm,浅层渗碳部位渗碳层深度在O. 2mnT0. 5mm范围内，深层渗碳后表面硬度大于HRC60，浅层渗碳后表面硬度大于HRC52，心部硬度HRC35 45，并使其表面显微组织及心部的显微组织符合航标5492的相应要求的二次渗碳的热处理方法。
具体实施例方式一种16Cr3NiWMoVNbE材料的二次渗碳工艺方法，其步骤为
I准备16Cr3NiWMoVNbE材料零件；
2将零件在电阻炉中进行调质处理，温度为910±10°C，保温时间为I 2h后油冷，在电阻炉中进行加温至650±30°C，保温时间为I 2h，空冷，然后机加出零件的深层渗碳面；
3将零件除深层渗碳部分外的其它部分保护起来后进行渗碳，设备为可控气氛渗碳炉，温度为920±10°C，第一阶段采用的碳势为碳浓度在(O. 25 O. 45) % C之间，保温时间为30 40min，第二阶段采用的碳势为碳浓度在(I. 00 I. 25) % C之间，保温时间为3 5h,第三阶段采用的碳势为碳浓度(I. 00 I. 15)%C之间,保温时间为I 6h ;渗碳结束后在可控气氛渗碳炉中降温到810±10°C，保温25 35min，空冷出炉；
4将零件在电阻炉中高温回火，加热至温度为680±10°C，保温时间为3 4h，空冷后出炉；
5将零件机加出浅层渗碳部分；
6将零件除渗碳面以外的其它部分保护起来后渗碳，设备为可控气氛渗碳炉，温度为920± 10°C，第一阶段采用的碳势为碳浓度在(O. 25 O. 45) % C之间，保温时间为30 40min，第二阶段采用的碳势为碳浓度在(I. 00 I. 2) % C，保温时间为I. 5 2h ;渗碳结束后在可控气氛渗碳炉中降温到810±10°C，保温时间为25 35min，空冷出炉；
7在电阻炉中高温回火，温度为680±10°C，保温时间为3 4h，空冷，在可控气氛炉中淬火，温度为910±10°C，保温时间为25 30min加上每Imm最大厚度2 3min，油冷，在冰冷箱中冰冷，温度为彡一 70°C，保温时间为2 2. 5h，空冷，然后在电阻炉中回火，温度为200±10°C，保温时间为3 3. 5h，空冷；8最终检验。
实施例材料为16Cr3NiWMoVNbE的某发动机齿轮花键轴，最厚截面尺寸为18mm，要求渗碳后齿轮部分的表面硬度大于HRC60，花键处的表面硬度大于HRC53，心部硬度HRC38 46，齿轮处的渗层深度I. O I. 3_，花键处渗层深度O. 3 O. 6 _，材料的表面显微组织及心部的显微组织符合相应的航空标准5492《航空钢制件渗碳、碳氮共渗金相组织检验标准》的相关技术要求。其渗碳步骤为
I准备16Cr3NiWMoVNbE材料零件；
2将零件在电阻炉中进行调质处理，温度为910°C，保温时间为Ih后油冷，在电阻炉中进行加温至650°C，保温2h，空冷，然后机加出零件的深层渗碳面；
3将零件除深层渗碳部分外的其它部分保护起来后进行渗碳，设备为可控气氛渗碳炉，温度为920°C，第一阶段采用的碳势为碳浓度在O. 35% C，保温时间为35min，第二阶段采用的碳势为碳浓度在I. 10% C，保温时间为4h，第三阶段采用的碳势为碳浓度I. 10%C，保温时间为4h ;渗碳结束后在可控气氛渗碳炉中降温到810°C，保温30min，空冷出炉；
4将零件在电阻炉中高温回火，加热至温度为680°C，保温时间为3. 5h，空冷后出炉；
5将零件机加花键部分；
6将零件除渗碳面以外的其它部分保护起来后渗碳，设备为可控气氛渗碳炉，温度为920°C，第一阶段采用的碳势为碳浓度在O. 35% C，保温时间为35min，第二阶段采用的碳势为碳浓度在I. 10% C，保温时间为2h ;渗碳结束后在可控气氛渗碳炉中降温到810°C，保温时间为30min，空冷出炉；
7将零件在电阻炉中高温回火680°C保温3. 5h，空冷，在可控气氛渗碳炉中淬火，保温温度为910°C，保温50min，油冷，在冰冷箱中冰冷，冰冷< —70°C保温2. 5h，空冷，电阻炉中回火200°C保温3. 5h，空冷;
在电阻炉中高温回火，温度为680°C，保温时间为3. 5h，空冷，在可控气氛炉中淬火，温度为910°C，保温时间为50min，油冷，在冰冷箱中冰冷，温度为一 80°C，保温时间为2. 5h，空冷，然后在电阻炉中回火，温度为200°C，保温时间为3. 5h，空冷；
8最终检验零件最终的齿轮表面硬度HRC61，花键表面硬度HRC55，心部硬度HRC43，齿轮部分渗层深度I. 19mm，花键部分渗层深度O. 43 mm，材料的表面显微组织及心部的显微组织符合相应的航空标准5492《航空钢制件渗碳、碳氮共渗金相组织检验标准》的相关技术要求。
权利要求
1.一种16Cr3NiWMoVNbE材料的二次渗碳工艺方法，其特征是，所述的工艺方法包括以下步骤 (1)准备16Cr3NiWMoVNbE材料零件； (2)将零件在电阻炉中进行调质处理，温度为910±10°C，保温时间为I 2h后油冷，在电阻炉中进行加温至650±30°C，保温时间为I 2h，空冷，然后机加出零件的深层渗碳面； (3)将零件除深层渗碳部分外的其它部分保护起来后进行渗碳，设备为可控气氛渗碳炉，温度为920±10°C，第一阶段采用的碳势为碳浓度在(O. 25 O. 45) % C之间，保温时间为30 40min，第二阶段采用的碳势为碳浓度在(I. 00 I. 25) % C之间，保温时间为3 5h,第三阶段采用的碳势为碳浓度(I. 00 I. 15)%C之间,保温时间为I 6h ;渗碳结束后在可控气氛渗碳炉中降温到810±10°C，保温25 35min，空冷出炉； (4)将零件在电阻炉中高温回火，加热至温度为680±10°C，保温时间为3 4h，空冷后出炉； (5)将零件机加出浅层渗碳部分； (6)将零件除渗碳面以外的其它部分保护起来后渗碳，设备为可控气氛渗碳炉，温度为920± 10°C，第一阶段采用的碳势为碳浓度在(O. 25 O. 45) % C之间，保温时间为30 40min，第二阶段采用的碳势为碳浓度在(I. 00 I. 2) % C，保温时间为I. 5 2h ;渗碳结束后在可控气氛渗碳炉中降温到810±10°C，保温时间为25 35min，空冷出炉； (7)在电阻炉中高温回火，温度为680±10°C，保温时间为3 4h，空冷，在可控气氛炉中淬火，温度为910±10°C，保温时间为25 30min加上每Imm最大厚度2 3min，油冷，在冰冷箱中冰冷，温度为≤一 70°C，保温时间为2 2. 5h，空冷，然后在电阻炉中回火，温度为200±10°C，保温时间为3 3. 5h，空冷； (8)最终检验。
2.如权利要求I所述16Cr3NiWMoVNbE材料的二次渗碳工艺方法，其特征是，所述的步骤(7)的淬火是在盐浴炉中进行，温度为910±10°C，冷却介质为淬火油，保温时间为零件最厚截面尺寸值或条件厚度值乘以O. 5 I分钟再加上3 5分钟。
全文摘要
本发明涉及一种16Cr3NiWMoVNbE材料的二次渗碳的工艺方法，通过先对非渗碳部位进行保护，对深层要求的渗碳面渗碳，渗碳后对零件继续加工，加工出渗层渗度要求浅的渗层位置，对于渗碳层深的位置不进行加工，然后将除渗碳位置的其它位置进行保护后，对其进行二次渗碳。本发明保证了深层渗碳部位渗碳层深度在1.1mm~1.3mm，浅层渗碳部位渗碳层深度在0.2mm~0.5mm范围内，深层渗碳后表面硬度大于HRC60，浅层渗碳后表面硬度大于HRC52，心部硬度HRC35~45，并使其表面显微组织及心部的显微组织符合航标5492的相应要求。
文档编号C23F17/00GK102912282SQ20121040907
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月24日 优先权日2012年10月24日
发明者曾西军, 师玉英, 辛玉武, 张琼, 张宇慧, 徐奉鑫, 李海宏 申请人:哈尔滨东安发动机(集团)有限公司