一种12CrNi3A渗碳淬火方法与流程

本发明属于特种加工技术，涉及12crni3a材料渗碳淬火新工艺方法。

背景技术：

众所周知，发动机在运行过程中，传动齿轮承受剧烈的重载、磨损、接触疲劳、冲击等复杂应力作用，齿轮轮齿需要足够的韧性、硬度、耐磨性及抗疲劳性能才能满足特殊的使用要求。研究表明，当渗碳层中分布一定量颗粒状碳化物时，能够获得更高的硬度、耐磨性及接触疲劳性能，这种特性可以应用于发动机齿轮渗碳，事实上，国外部分高性能发动机齿轮渗碳层正是如此。

12crni3a材料是一种优质渗碳钢，常用来制造齿轮，但由于12crni3a材料的铬(cr)含量较低，由其加工的齿轮零件渗碳后很难获得碳化物，为了解决这个问题，如图1所示，目前常采用滴量控制渗剂法，以苯(或煤油)为渗剂、甲醇为载气，通过加大苯(或煤油)的滴量促进碳化物的形成，这种渗碳法人为控制因素太大、不易实现自动化生产；苯毒性大，对环境及人体危害大；苯(或煤油)作渗剂，炉内容易积炭，工作环境差；工艺稳定性差，产品质量无法得到有效控制，生产效率低。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种12crni3a渗碳淬火方法，简单、易实现自动化控制。

12crni3a材料中碳化物形成元素较少，渗碳后不易形成碳化物，即使能够形成碳化物，但碳化物数量少，且不稳定，在升温过程中容易溶解，为了解决这个技术问题，本发明采用以下技术方法来实现，即以甲醇为载气、丙酮为渗剂，采用氧探头监测控制渗碳炉内碳势，先在12crni3a材料奥氏体转变临界温度以上、880℃以下分多阶段升温、保温，且每一阶段的碳势均高于该温度下材料的饱和碳浓度；然后升温至(880～910)℃，加快渗碳速度，获得一定深度的渗碳层；最后降温至淬火温度(810～830)℃并保温一定时间后淬火，并进行冷冷处理及低温回火处理。

本发明是通过如下技术方案予以实现的：

一种12crni3a渗碳淬火方法，在12crni3a材料奥氏体转变临界温度(临界温度是指ac3)以上、880℃以下分多阶段升温、保温，且每一阶段的碳势均高于该温度下材料的饱和碳浓度；然后升温至880～910℃，加快渗碳速度，获得渗碳层；最后降温至淬火温度810～830℃并保温后淬火，并进行冰冷处理及低温回火处理。

优选的，渗碳时以甲醇为载气、丙酮为渗剂，采用氧探头监测控制渗碳炉内碳势。

优选的，在820～840℃、1.4％c(指渗碳过程中炉内的碳势)条件下保温30～50min。

优选的，在850～870℃、1.4％c(指渗碳过程中炉内的碳势)条件下保温30～50min。

优选的，在880～910℃区间，保持1.4％c(指渗碳过程中炉内的碳势)，保温时间根据渗层深度调整。

优选的，淬火方式为油淬。

优选的，所述冰冷处理的温度范围为-60～-70℃，冰冷处理的时间范围为60～70min。

优选的，所述低温回火处理的温度范围为140～160℃,低温回火处理的时间范围为120～180min。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：2crni3a材料中碳化物形成元素较少，渗碳后不易形成碳化物，即使能够形成碳化物，但碳化物数量少，且不稳定，在升温过程中容易溶解。多段升温、保温是为了使前一阶段形成的细小碳化物不完全溶解(或者碳化物溶解后合金元素分布不均匀)，保证在下一阶段保温时碳化物快速形核、长大；其特殊效果是增加渗层碳浓度，促进碳化物的形成。

本发明采用的碳势低，能够采用氧探头监测炉内碳势，易于实现自动化生产；本发明使用的渗碳剂为丙酮，毒性小，对环境及人体危害小；渗碳碳势低，炉内不易积炭，生产环境得到大幅度改善；工艺稳定性好，产品质量稳定；渗碳后直接淬火，在保证渗碳质量的同时，节约能源，生产效率高。

附图说明

图1为12crni3a材料常用渗碳淬火工艺路线图；

图2为本发明的12crni3a材料渗碳淬火工艺路线图；

图中cp代表碳势，t代表时间，t代表温度，d代表渗碳剂量的滴量。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步说明，但所要求的保护范围并不局限于所述；

如图2所示，一种12crni3a渗碳淬火方法，包括如下步骤：

(1)锻制12crni3a棒料，经调质处理后加工成齿轮零件；

(2)造气氛：渗碳炉在(820～840)℃、1.4％c(对应图中cp1)条件下保温(1～2)h；

(3)工件入炉；

(4)零件装炉后，在(820～840)℃、1.4％c(对应图中cp2)条件下保温(30～50)min；

(5)升温至(850～870)℃并在1.4％c(对应图中cp3)条件下保温(30～50)min；

(6)升温至(880～910)℃，保持1.4％c(对应图中cp4)，保温时间根据渗层深度调整；

(7)炉温降至(810～830)℃并保温一定时间，油淬，cp5一般取(1.0～1.3)c％之间；

(8)冰冷处理：(-60～-70)℃冰冷处理(60～70)min；

(9)回火：(140～160)℃低温回火(120～180)min。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种12CrNi3A渗碳淬火方法，以甲醇为载气、丙酮为渗剂，采用氧探头监测控制渗碳炉内碳势，先在12CrNi3A材料奥氏体转变临界温度以上、880℃以下分多阶段升温、保温，且每一阶段的碳势均高于该温度下材料的饱和碳浓度；然后升温至(880～910)℃，加快渗碳速度，获得一定深度的渗碳层；最后降温至淬火温度(810～830)℃并保温一定时间后淬火，并进行冷冷处理及低温回火处理。本发明易于实现自动化生产，渗碳剂毒性小，对环境及人体危害小；渗碳碳势低，炉内不易积炭，生产环境得到大幅度改善；稳定性好，产品质量稳定；渗碳后直接淬火，在保证渗碳质量的同时节约能源，生产效率高。

技术研发人员：赵浩川;陈兆群;林红;曹洲
受保护的技术使用者：中国航发贵州黎阳航空动力有限公司
技术研发日：2018.11.27
技术公布日：2019.02.19