一种改善1Cr16Co5Ni2Mo1WVNbN不锈钢渗氮层缺陷组织的方法与流程

一种改善1cr16co5ni2mo1wvnbn不锈钢渗氮层缺陷组织的方法
技术领域
1.本发明属于热处理技术领域，具体涉及一种改善1cr16co5ni2mo1wvnbn不锈钢渗氮层缺陷组织的方法。


背景技术：

2.1cr16co5ni2mo1wvnbn合金是一种马氏体热强不锈钢，相当于俄罗斯研制的эп866（15х16к5н2мвфаб）合金。由于多元复合强化作用的结果，该合金具有较高的综合强度、抗氧化性能和耐腐蚀性，最高使用温度为650℃，常采用渗氮进行表面强化用于轴、球体等零件在发动机上广泛应用。该材料零件在渗氮生产时，在氮化试样和产品解剖件的金相检查中，在渗层表面、渗层中及过渡区经常出现黑色条纹组织，出现该组织的试样脆性显著提高且经磨加工表面出现了剥落现象。因此，当1cr16co5ni2mo1wvnbn合金零件出现缺陷组织时，如何保证渗层质量成为一个技术难题。


技术实现要素：

3.本发明提供一种改善1cr16co5ni2mo1wvnbn不锈钢渗氮层缺陷组织的方法，通过控制热处理工艺参数，实现黑色条纹缺陷组织的改善，从而达到渗氮零件后续加工及使用要求。
4.本发明的技术方案是：一种改善1cr16co5ni2mo1wvnbn不锈钢渗氮层缺陷组织的方法，所针对的1cr16co5ni2mo1wvnbn合金的化学成分和重量百分比为：c 0.13～0.18%、cr 15.0～16.5%、ni 1.7～2.1%、w 0.65～1.00%、v 0.18～0.30%、mo 1.35～1.65%、n 0.03～0.08%、nb 0.20～0.35%、co 4.5～5.5%、si≤0.6%、mn≤0.6%、s≤0.02%、p≤0.03%，其余为fe。改善方法为分析不锈钢渗氮层缺陷组织的相结构，确定黑色条纹缺陷组织具体相结构并分析成分，确定能够消除黑色条纹缺陷组织的具体工艺参数，并进行真空热处理，具体步骤为：步骤1）、分析不锈钢渗氮层缺陷组织的相结构，在共析温度以下，不锈钢氮化后的组织从表层到心部依次为：ε
→
ε+γ
′→
γ
′→
γ
′
+α
→
αn→
基体，γ
′
+α相显黑色，确定黑色条纹缺陷组织为γ
′
+α相；步骤2）、对黑色条纹缺陷组织进行能谱成分分析，黑色条纹处cr含量增加而fe含量减少，1cr16co5ni2mo1wvnbn不锈钢cr含量较高，在调质过程中，大部分cr溶入α-fe中，形成铁铬合金固溶体，当n渗入固溶体中，超过饱和极限，生成（cr，fe）4n，当cr含量越多，黑色条纹越黑，因此确认该黑色条纹缺陷组织为氮化物相；步骤3）、对cr16co5ni2mo1wvnbn合金进行真空热处理，加热温度设置为650～680℃，保温时间设置为2h；加热前将真空室压强抽至0.13以下，加热保温过程中真空室内压强小于100pa；保温结束后，充入1bar氩气，启动风机进行冷却。
5.上述的一种改善1cr16co5ni2mo1wvnbn不锈钢渗氮层缺陷组织的方法，其优选方
案为，所述真空热处理加热温度优选为650℃。
6.本发明的优点及有益效果：本发明工艺简单，易于操作，采用真空热处理可有效解决由氮化层缺陷组织造成的渗层质量差现象，更好的满足了零件表面耐磨性的要求；采用本发明的真空热处理工艺参数对产生黑色条纹的渗氮零件进行热处理后，黑色条纹缺陷组织改善明显，渗层表面脆性降低，提高可加工性，避免零件的批量报废。
附图说明
7.图1为1cr16co5ni2mo1wvnbn合金渗氮层经真空热处理前后的组织对比图；图2为1cr16co5ni2mo1wvnbn合金渗氮层经真空热处理前后的脆性对比图；图3为1cr16co5ni2mo1wvnbn合金渗氮层经真空热处理前后的可加工性对比图。
具体实施方式
8.下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明，本发明真空热处理工艺参数的选择原理为：温度的选择：1cr16co5ni2mo1wvnbn合金调质温度为1100℃油淬+680℃回火，为了保证材料调质后的性能，真空热处理温度的选择应不大于680℃；考虑到控制零件变形，应在保证改善黑色条纹组织的前提下，尽可能的降低真空热处理温度。通过试验结果表明，当真空热处理温度小于650℃时，无论如何增加保温时间，对于黑色条纹组织的改善效果均不明显；当采用650℃，保温2h热处理后，黑色条纹组织明显改善，部分黑色条纹组织已消除。
9.真空度及冷却速度的选择：按照航标规定，不锈钢在小于800℃真空热处理时，真空度的选择为0.13pa-13.3pa，为进一步控制渗层表面氧化，将真空热处理过程中的真空度控制在0.13pa以下；真空热处理温度的选择主要应考虑控制零件变形，因此，选择最小的真空气冷压力，即1bar氩气冷却。
10.本发明所针对的不锈钢基体材料为1cr16co5ni2mo1wvnbn合金的化学成分和重量百分比为：c 0.13～0.18%、cr 15.0～16.5%、ni 1.7～2.1%、w 0.65～1.00%、v 0.18～0.30%、mo 1.35～1.65%、n 0.03～0.08%、nb 0.20～0.35%、co 4.5～5.5%、si≤0.6%、mn≤0.6%、s≤0.02%、p≤0.03%，其余为fe。
11.按以下步骤改善方法黑色条纹缺陷组织：（1）检查：
①
来件时装入专用周转箱或有其它防护设施；
②
目视检查整个不锈钢零件, 应无锈蚀、机械碰划伤、污垢、凹痕、油脂、荧光液和其它污染物，必要时使用强光手电筒及放大镜；
③
检查渗氮后零件解剖件或随炉试样的金相组织，如存在黑色条纹状缺陷组织进行如下步骤。
12.（2）清洗：
①ꢀ
用丙酮将不锈钢零件清理干净；
②ꢀ
清洗后的不锈钢零件表面不允许有油污、水迹。
13.（3）装夹
①ꢀ
检查工装应完好，无破损，选用的工装不超出使用设备的有效区；
②ꢀ
将不锈钢零件平稳的摆放至工装内。
14.（4）真空热处理
①ꢀ
将不锈钢零件、工装平稳放置在设备有效区内；
②ꢀ
加热温度设置为650℃，保温时间设置为2h；
③ꢀ
加热前将真空室压强抽至0.13pa以下，加热保温过程中真空室内压强小于100pa；
④ꢀ
保温结束后，充入1bar氩气，启动风机进行冷却；
⑤ꢀ
真空炉冷却至室温后，打开炉门停留3分钟以上，再拿取零件。
15.（5）检验
①
按照热处理工艺参数检查仪表记录曲线；
②
对真空热处理后的零件解剖件或随炉试样进行金相组织、渗层脆性进行检验。
16.如图1所示，经本发明方法处理后，1cr16co5ni2mo1wvnbn合金渗氮层黑色条纹缺陷组织消失；如图2所示，1cr16co5ni2mo1wvnbn合金按照hb5022标准进行脆性检测及评级，本发明方法处理前缺陷组织脆性为4级（不合格），经处理后脆性为1级（合格）；如图3所示，对1cr16co5ni2mo1wvnbn合金进行表面磨加工，缺陷组织试样磨加工表面出现了剥落现象，经本发明处理后磨加工表面完好。