一种12Cr2Ni4A材料气体渗碳淬火方法与流程

本发明属于特种加工技术，涉及12cr2ni4a材料渗碳淬火新工艺方法。

背景技术：

目前，采用常规渗碳方法(如图1所示的渗碳方法)很难在12cr2ni4a材料齿轮渗层中获得弥散分布的粒状碳化物，当提高渗碳碳势后，渗层能够获得碳化物，但碳化物沿晶界分布，呈条状、爪状及尖角状，不利于齿轮的抗接触疲劳性能；将碳势提高到更高值，可以获得粒状碳化物，但过高碳势容易使炉体积炭，不利于碳势测量装置(如氧探头)准确监测炉内碳势，探头长期处于过高碳势，容易失效，寿命短；同时，渗碳时直接升温至渗碳温度，工件变形量大，尺寸不易保证。

技术实现要素：

本发明旨在提出一种简单、易操作的、既能在12cr2ni4a渗碳齿轮中获得粒状碳化物、又能减小工件变形的渗碳淬火方法。

渗碳碳化物的形成包括形核、稳定长大及碳化物粘结三个过程，要形成碳化物，前提条件是大量晶核的均匀形成。均匀形核是依靠系统内的能量起伏、浓度起伏和结构起伏引起的，系统浓度、结构分布越不均匀越有利于碳化物的形核，均匀形核并长大的碳化物均匀、弥散分布在渗碳层中；根据非均匀形核理论，在奥氏体中未溶碳化物、氮化物等微粒表面沉淀析出碳化物所消耗的功最小，这些微粒成为碳化物晶核的可能性最大；另外，众所周知，温度越低，材料的饱和碳浓度越低，越容易被气氛中的碳原子饱和，从而形核析出碳化物；因此，要想获得颗粒状碳化物，最有效的方法是在发生奥氏体转变但又未完全转变的阶段进行碳化物形核，基于此，本发明以甲醇为载气、丙酮为渗剂，采用氧探头检测炉内碳势，使炉体按照设定渗碳工艺路线自动完成渗碳淬火流程。

本发明是通过如下技术方案予以实现的：

一种12cr2ni4a材料气体渗碳淬火方法，包括以下步骤：

步骤一，造气氛，在高于渗碳钢临界温度20～40℃的温度以及高于该温度下奥氏体饱和碳浓度的碳势下保温，使炉内形成稳定渗碳气氛；

步骤二，入炉预处理，零件装炉后，在高于渗碳钢临界温度20～40℃的温度以及高于该温度下奥氏体饱和碳浓度的碳势下保温，使渗碳钢表面充分吸碳、碳化物形核并长大；

步骤三，渗碳：预处理结束后，炉温升至渗碳温度，采用高于该温度下奥氏体饱和碳浓度的碳势，保温时间根据渗层深度调整；

步骤四，淬火，渗碳结束后，炉温降至淬火温度，保温后油淬；

步骤五，冰冷处理；

步骤六，低温回火。

优选的，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，所述步骤一中，在820～840℃、1.4％c条件下保温1～2h。

优选的，所述步骤二中，在820～840℃、1.4％c条件下保温50～70min。

优选的，所述步骤三中，炉温升至890～920℃，保持1.4％c条件下渗碳。

优选的，所述步骤四中，炉温降至800～830℃并保温。

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60～80min。

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。

需要说明的是,本发明高于渗碳钢临界温度中的临界温度是指ac3。各阶段的碳势允许存在±0.05的波动。淬火保温时的碳势可以等于渗碳时的碳势，也可以在(1.0～1.3)％c之间选择。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

本发明采用氧探头监测炉内碳势，在常规渗碳前增加预处理，工艺简单，重复性好，易于实现自动化生产，可控性好、效率高；所用碳势不高，氧探头不易积炭，使用寿命长；预处理形成的碳化物阻碍高温奥氏体长大，并起到预热作用，减少工件变形等。

附图说明

图1为常规渗碳淬火工艺路线图；

图2为本发明的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。

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。

本发明的一般性实施步骤如下：具体技术方案为：

造气氛：在高于渗碳钢临界温度(20～40)℃的温度以及高于该温度下奥氏体饱和碳浓度的碳势下保温一定时间，使炉内形成稳定渗碳气氛；

工件入炉；

预处理：零件装炉后，在高于渗碳钢临界温度(20～40)℃的温度以及高于该温度下奥氏体饱和碳浓度的碳势下保温一定时间，使渗碳钢表面充分吸碳、碳化物形核并长大到一定尺寸；

常规渗碳：预处理结束后，炉温升至正常渗碳温度，采用高于该温度下奥氏体饱和碳浓度的碳势，保温时间根据渗层深度调整。在此过程中，温度升至正常渗碳温度，碳化物部分溶解，但不会全部溶解，残留的碳化物成为晶核继续均匀长大，形成粒状碳化物；

淬火：常规渗碳结束后，炉温降至淬火温度，采用一定的碳势，并保温一定时间，油淬；

冰冷处理；

低温回火。

如图2所示，一种12cr2ni4a材料气体渗碳淬火方法，包括如下步骤：

为了在12cr2ni4a齿轮中获得弥散分布的粒状碳化物，并得到一定深度的渗碳层，采用如下工艺路线：

(1)造气氛：炉体在(820～840)℃、1.4％c条件下保温(1～2)h；

(2)工件入炉；

(3)预处理：零件装炉后，在(820～840)℃、1.4％c条件下保温(50～70)min；

(4)常规渗碳：预处理结束后，炉温升至(890～920)℃，保持1.4％c，保温时间根据渗层深度调整；

(5)淬火：常规渗碳结束后，炉温降至(800～830)℃并保温一定时间，油淬；

(6)冰冷处理：(-60～-70)℃冰冷处理(60～80)min；

(7)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12Cr2Ni4A材料气体渗碳淬火方法，包括依次进行的造气氛、工件入炉、预处理、常规渗碳、淬火、冰冷处理和低温回火，其中预处理时，零件在高于渗碳钢临界温度(20～40)℃的温度以及高于该温度下奥氏体饱和碳浓度的碳势下保温一定时间，使渗碳钢表面充分吸碳、碳化物形核并长大到一定尺寸。本发明采用氧探头监测炉内碳势，在常规渗碳前增加预处理，工艺简单，重复性好，易于实现自动化生产，可控性好、效率高；所用碳势不高，氧探头不易积炭，使用寿命长；预处理形成的碳化物阻碍高温奥氏体长大，并起到预热作用，减少工件变形等。

技术研发人员：赵浩川;陈兆群;桂培培;林红
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：2019.02.26