离心压缩机用35CrMoV齿套或齿环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：
，具体涉及一种离心压缩机用35CrMoV齿套或齿环的离子氮化热处理工艺。该工艺适用于所有离心压缩机用35CrMoV齿套(环)的离子氮化热处理工艺，也适用于其它产品工件应用35CrMoV材料进行离子氮化的热处理工艺。
背景技术：
：目前，离心压缩机用35CrMoV齿套(环)的传统离子氮化热处理工艺是先经调质处理，即900℃空冷+900℃油冷+660℃空冷，使齿套(环)工件心部性能达到屈服强度≥735MPa，硬度HB269～302；然后进行离子氮化处理，使表面硬度HV5≥502，渗层厚度≥0.35mm。中国已经成为制造大国，但中国的关键构件存在寿命短、可靠性差和结构重等三大问题，在这种情况下，国家发布了“中国制造2025”，核心是由制造大国向制造强国转变。在走向制造强国的路上，材料热处理是机械制造的核心技术、关键技术、共性技术和基础技术，属于国家核心竞争力。“中国热处理与表面改性技术路线图”也已出炉，提出了快速实现关键构件长寿命、高可靠、结构减重，用10-15年时间达到国际先进水平。关键构件的三大问题源自疲劳强度应力集中敏感，疲劳强度应力集中敏感对关键构件的伤害之大出人意料，所以提出了“抗疲劳制造的理念”。表面硬化是最有效地提高齿轮疲劳强度的方法之一。压缩机行业也不例外，离心压缩机用齿套(环)的疲劳寿命亟待提高，上述传统离子氮化热处理工艺显然已不能满足实际需求。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种离心压缩机用35CrMoV齿套或齿环的离子氮化热 处理工艺，采用该改进后的离子氮化热处理工艺，能够提高离子氮化齿环的心部强度和硬度，以提高接触疲劳强度，从而达到提高齿环的疲劳寿命的目的。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种离心压缩机用35CrMoV齿套或齿环的离子氮化热处理工艺，该工艺首先对工件进行调质处理，包括依次进行的正火处理、淬火处理和回火处理，然后将调质处理后的工件进行离子氮化处理；该工艺具体包括以下步骤：(1)正火处理：正火温度900℃，保温时间为(有效厚度/40mm)小时，然后空冷；(2)淬火处理：淬火温度900℃，保温时间为(有效厚度/40mm)小时，然后油冷；(3)回火处理：回火温度590-610℃，保温时间为淬火处理中保温时间的1.5倍，然后空冷；(4)离子氮化处理：在520℃条件下离子氮化18.0～25.0小时，炉冷降温到200℃，然后出炉空冷。所述35CrMoV齿套(环)的化学成分满足GB/T3077-1999标准的规定。上述步骤(3)中，根据35CrMoV材料的实际化学成分，在590-610℃范围内调整回火处理的温度。上述步骤(4)中，所述离子氮化处理采用辉光离子氮化炉设备，该工艺过程具体如下：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，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(工作气压优选为300-400Pa)，保温时间18～25小时，降温到200℃出炉空冷。所述离心压缩机用35CrMoV齿套(环)工件经调质处理后，工件心部力学性能为：屈服强度≥833MPa，抗拉强度≥931MPa，硬度HB293～341。所述离心压缩机用35CrMoV齿套(环)工件经调质处理和离子氮化处理后，渗氮层厚度为≥0.50mm，渗氮层表面硬度≥650HV5。本发明离子氮化热处理工艺设计原理如下：回火温度降低后，材料的心部强度、硬度提高。离子氮化后的硬度梯度曲线 中过渡层的硬度提高，相当于渗氮层的厚度增大，两者(硬度提高、厚度增大)都显著提高齿轮的疲劳寿命。本发明具有以下有益效果：1、本发明对传统的离子氮化热处理工艺进行改进，即将传统预处理工艺方法“900℃空冷+900℃油冷+660℃空冷”改为“900℃空冷+900℃油冷+(590-610)℃空冷”，通过降低回火温度以达到提高工件心部强度和硬度的目的，渡层的硬度提高，间接增加了渗氮层的厚度。2、35CrMoV齿套(环)的离子氮化热处理采用本发明热处理工艺，可以提高心部性能提高到屈服强度≥833MPa，硬度HB293～341，从而接触疲劳强度可以提高30％。3、本发明离子氮化热处理工艺不但可以用在离心压缩机用35CrMoV齿套(环)上，而且可以用在其它产品工件，所有应用35CrMoV材料进行离子氮化热处理的工件上。附图说明图1为对比例1的渗氮层厚度(金相法)。图2为对比例1的渗氮层硬度梯度曲线。图3为实施例1的渗氮层厚度(金相法)。图4为实施例1的渗氮层硬度梯度曲线。图5为对比例2的渗氮层厚度(金相法)。图6为对比例2的渗氮层硬度梯度曲线。图7为实施例2的渗氮层厚度(金相法)。图8为实施例2的渗氮层硬度梯度曲线。具体实施方式下面结合实施例详述本发明。以下实施例中，工件的初始状态为锻件。以下实施例及对比例中，所述离子氮化处理工艺过程具体如下：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，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，保温时间18～25小时，降温到200℃出炉空冷。实施例1离心压缩机用35CrMoV齿环材料，其有效厚度为100mm，其化学成分：C:0.048wt.％；Si：0.42wt.％；Mn：0.80wt.％；Cr：13.70wt.％；Mo：1.50wt.％；S：0.004wt.％；P：0.026wt.％；V：0.29wt.％；Fe：余量。对其进行离子氮化热处理，包括以下步骤：(1)正火处理，在900℃下保温2.5小时，然后空冷；(2)淬火处理，在900℃下保温2.5小时，然后油冷；(3)回火处理，在600℃下保温4.0小时，然后空冷；(4)离子氮化处理，在520℃下离子氮化22.0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)的回火温度是660℃。经测试实施例1离子氮化热处理后的35CrMoV齿环其心部力学性能指标，强度、硬度明显高于对比例1的强度、硬度指标，而延伸率、断面收缩率、冲击功等指标不仅满足设计要求，而且远高于设计要求值，数据见表1和表2。而实施例1离子氮化渗层的指标，渗氮层表面硬度高于对比例1，金相法检渗氮层厚度相差不大，渗氮层硬度梯度曲线明显优于对比例1，数据见表3和表4。表1实施例1预热处理后35CrMoV齿环的心部力学性能编号屈服强度抗拉强度延伸率断面收缩率冲击功(J)硬度(HB)1-3865MPa997MPa17.5％64％78、100308表2实施例1离子氮化后35CrMoV齿环的渗层性能编号渗氮层表面硬度渗氮层厚度(金相法)渗氮层硬度梯度曲线1-3HV5＝7310.65mm(见图3)(见图4)表3对比例1预热处理后35CrMoV齿环的心部力学性能编号屈服强度抗拉强度延伸率断面收缩率冲击功(J)硬度(HB)1-1712MPa834MPa19.0％70％198、200266表4对比例1离子氮化后35CrMoV齿环的渗层性能编号渗氮层表面硬度渗氮层厚度(金相法)渗氮层硬度梯度曲线1-1HV5＝6650.7mm(见图1)(见图2)实施例2离心压缩机用35CrMoV齿环材料，其有效厚度为100mm，其化学成分：C:0.048wt.％；Si：0.42wt.％；Mn：0.80wt.％；Cr：13.70wt.％；Mo：1.50wt.％；S：0.004wt.％；P：0.026wt.％；V：0.29wt.％；Fe：余量。对其进行离子氮化热处理，包括以下步骤：(1)正火处理，在900℃下保温2.5小时，然后空冷；(2)淬火处理，在900℃下保温2.5小时，然后油冷；(3)回火处理，在600℃下保温4.0小时，然后空冷；(4)离子氮化处理，在520℃下离子氮化18.0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)的回火温度是660℃。经测试实施例2离子氮化热处理后的35CrMoV齿套其心部力学性能指标，强度、硬度明显高于对比例2的强度、硬度指标，而延伸率、断面收缩率、冲击功等指标不仅满足设计要求，而且远高于设计要求值，数据见表5和表6。而实施例2离子氮化渗层的指标，渗氮层表面硬度高于对比例2，金相法检渗氮层厚度相差不大，渗氮层硬度梯度曲线明显优于比例2，数据见表7和表8。表5实施例2预热处理后35CrMoV齿环的心部力学性能表6实施例2离子氮化后35CrMoV齿环的渗层性能编号渗氮层表面硬度渗氮层厚度(金相法)渗氮层硬度梯度曲线2-1HV5＝7260.55mm(见图7)(见图8)表7对比例2预热处理后35CrMoV齿环的心部力学性能编号屈服强度抗拉强度延伸率断面收缩率冲击功(J)硬度(HB)2-1721MPa832MPa18.0％74％162、170254表8对比例2离子氮化后35CrMoV齿环的渗层性能编号渗氮层表面硬度渗氮层厚度(金相法)渗氮层硬度梯度曲线2-3HV5＝7350.55mm(见图5)(见图6)当前第1页1 2 3