专利名称：炮管的表面改性—气体渗氮的制作方法
技术领域：
本发明涉及的一种炮管的表面改性一气体渗氮技术属于热处理工艺领域。
背景技术：
现有技术中提高炮管抗气蚀能力和耐磨性的方法有两种，其一为对炮膛进行镀硬铬；另一种方法则是对炮管进行气体渗氮。炮管的镀硬铬工艺有以下缺点，其一是影响电镀工艺的因素很复杂，现在尚不能完全掌控，操作中时有废品产生，退铬工序很麻烦；其二是镀铬是一种对环境产生严重污染的工艺，应当予以限制。炮管的气体渗氮是一项成功的应用技术，但渗氮炮管的失效形式之一是渗氮层的龟裂。炮管的生产流程如下锻(或轧制)一退火一粗加工一调质一精加工一炮管组装或精加工状态一气体渗氮(镀硬铬)。炮管的气体渗氮工艺已应用多年，但从物理冶金的角度看，该项技术仍有进一步提高的空间，那就是渗氮层基体金相组织的细化和氮化物的纳米化。仅炮管的表面处理目前仍是以上两种工艺并存，但从保护环境和节约能源的技术发展方向着眼，进一步提高炮管气体渗氮的质量则具有重要意义。
发明内容
针对炮管气体渗氮工艺的现状，本发明研制出一种使渗氮层性能大幅提高的表面改性一气体渗氮技术，这项技术的特征为在进行气体渗氮之前，先对炮膛进行高频扫描加热和高压喷气淬火，然后将炮管直接进炉实施增压气体渗氮，并在渗层表面形成5-10 μ m 的白亮层。经接触疲劳试验，在2545MPa的赫芝应力下其安全循环次数达2. 16 X 107，而按调质一机加工一气体渗氮的试样其接触疲劳强度只在1200 1400MPa。金相与透射电镜分析结果表明，渗氮层基体的晶粒度为12级，渗氮层中的碳、氮化合物的颗粒高度弥散，颗粒尺寸为50 150A°，这充分表明该渗氮层是一种高韧性的金相组织。本发明与炮管气体渗氮现有的工艺相比，虽然增加了一道炮膛高频扫描淬火工序，但其工艺的内涵深度和最终的渗氮层组织和性能则相差很大了。本发明所采用的高频扫描淬火与其后的气体渗氮可视为一项调质工艺，由于采用高频QOO 450KHZ)扫描加热，因此在炮膛的表面将获得高度细化的奥氏体晶粒，其后高压喷气淬火又将高饱和度的马氏体直接带入渗氮炉中，这相当于执行最低温度的调质回火工艺，因此也就得了较细的碳化物，在随后的渗氮进程中又形成了极细微的氮化物。现行炮管的调质工艺是在空气炉中进行穿透加热，因而其奥氏体化加热速度低， 这种重结晶加热不能产生明显的晶粒细化效果，而且其回火温度的选择主要受机加工的制约，一般都高于渗氮温度30 100°C，这样其碳化物的颗粒必然比本发明的工艺效果要粗大。总之，着眼于改善渗氮层基体金相组织的工艺构思是本发明的显著特点。
附图1是炮管现有技术中热处理工艺曲线示意图。附图2是本发明在炮管穿透加热调质基础上进行的炮膛高频扫描喷气淬火工艺曲线示意图。附图3是炮膛高频扫描加热喷吹气冷工艺装备示意图。附图4是白亮层的显微组织。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的内容作详细说明。附图1是炮管现有技术中热处理工艺曲线，这条工艺曲线包括炮管在空气炉中进行的穿透加热，油槽淬火，空气炉回火和气体渗氮三项工艺内容。附图2是本发明热处理工艺曲线示意图，在炮管完成调质和精加工或装配后进行炮膛的高频扫描淬火，电流频率范围为200 450KHz，扫描速度应> IOmm/秒，喷吹气体为氮气或氮+氢混合气体，气体压力6Mpa，工艺要求为无畸变，淬硬区硬度>HRC55。附图3是炮膛高频扫描加热喷吹气冷工艺装备示意图，图中1为炮管、2为内孔感应器、3为环形喷吹淬火气嘴、4为左定位夹、5为右定位夹，淬火时炮管旋转速度应在200r. p.m以上。感应器移动时与炮膛的间隙波动量应< 0.5mm。这是一台专用淬火机床。采用本发明技术处理的Cr-Mo-V钢的渗氮层中的白亮层，经复型和薄膜这两种透射电镜分析方法得知，？6力相的形态以板条为主。其上分布有碳、氮化合物的颗粒。这些颗粒有i^3C、Cr2N, M6 (N. C)在!^e2N的板条上有高度弥散小颗粒，尺寸为50 150A。。少白亮层(5-10μπι)气体渗氮是本发明的重要组成部分，尽管增加了炮膛的扫描淬火工序，气体渗氮如走向无白亮层渗氮或称之为光亮渗氮则会降低渗氮层的耐腐蚀性能，反之白亮层超过 ο μ m则意味着氮浓度过高，从而使渗氮层脆性加大，这都不利于抵御热冲击、气蚀。渗氮后的炮管经擦拭后可直接使用，渗氮层具有优良的抗大气腐蚀的能力。
权利要求
1.本发明涉及炮管的一种复合热处理工艺，其特征为在炮管进行气体渗氮之前，先对炮内膛进行高频扫描加热和高压喷气淬火，然后将炮管直接装入气体渗氮炉进行气体渗氮作业。
全文摘要
本发明涉及炮管的一种复合热处理工艺，经本发明技术处理的炮管渗氮层中的氮化物高度弥散，从而提高渗氮层的综合性能。
文档编号C23C8/26GK102560058SQ201010612729
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者张元增 申请人:天津市天瑞硬化工程有限公司