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CN111364001A - 一种提升x-53材料渗碳效果的工艺方法 - Google Patents

一种提升x-53材料渗碳效果的工艺方法 Download PDF

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CN111364001A
CN111364001A CN202010364194.9A CN202010364194A CN111364001A CN 111364001 A CN111364001 A CN 111364001A CN 202010364194 A CN202010364194 A CN 202010364194A CN 111364001 A CN111364001 A CN 111364001A
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CN202010364194.9A
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王焕敏
鞠殿巍
辛玉武
师玉英
曾西军
张宇慧
崔学威
周动林
周锴
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AECC Harbin Dongan Engine Co Ltd
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Abstract

本发明涉及渗碳领域，尤其是一种提升X‑53材料渗碳效果的工艺方法。该方法包括：对X‑53零件进行预氧化；对氧化的零件进行渗碳；对渗碳的零件进行淬火、冰冷处理和二次低温回火。该方法提高材料表面活性，增强碳的活性。

Description

一种提升X-53材料渗碳效果的工艺方法
技术领域
本发明涉及渗碳领域，尤其是一种提升X-53材料渗碳效果的工艺方法。
背景技术
某机型采用X-53材料，通常用于制造在一定温度下服役的航空齿轮，经渗碳淬火回火后具有较高的综合力学性能，其回火温度达到了250℃，这就意味着齿轮零件在短时间的状态下也能够正常工作一段时间。在长时间工作后，要求具有较高的工作寿命，对材料的表面硬度HRC60及金相组织等要求较高，传统的渗碳工艺处理后，表面HRC60及有效渗层深度效果不好，对零件工作寿命造成很大影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种提升X-53材料渗碳效果的工艺方法，获得所需的渗层深度、金相组织、晶间氧化及表面硬度工艺方法，提高材料表面活性，增强碳的活性。
本发明提供一种提升X-53材料渗碳效果的工艺方法，包括：
对X-53零件进行预氧化；
对氧化的零件进行渗碳；
对渗碳的零件进行淬火、冰冷处理和二次低温回火。
进一步的，预氧化的设备为箱式炉，预氧化的加热温度450℃，预氧化的保温45min，空冷。
进一步的，渗碳的选用设备为可控气氛渗碳炉，渗碳的保温温度为920±℃；渗碳的碳势为0.35％，相应的保温时间为35min；
渗碳的碳势为1.1％，相应的保温时间为3h；渗碳的碳势为1.0％，相应的保温时间为1.5h。
进一步的，对氧化的零件进行渗碳之后，所述方法还包括：
渗碳结束后零件转至左室，左室保温温度为820℃，碳势为0.95％，保温时间为35min，保护气氛冷却。
进一步的，预氧化时不通保护气。
进一步的，淬火的设备为保护气氛炉，淬火的保温温度为915℃，保温时间为75min，油温55℃。
进一步的，冰冷处理的设备为冷冻机，冰冷处理的保温温度为-75℃；冰冷处理的保温时间为4.5h，冷却介质为空气。
进一步的，两次回火的设备为空气循环炉，保温温度为250℃。保温时间为2.5h，冷却介质为空气。
有益效果：采用该方法可以实现X-53材料渗层(1.0～1.15)mm的精确控制，表面的硬度值能够达到HV698(HRC60)以上，同时该方法具有较高的合格率，具有较高的工艺稳定性。
附图说明
图1为不同方案的显微硬度曲线。
图2为无预氧化金相图片。
图3为有预氧化金相图片。
图4为预氧化晶间氧化图片。
图5为轮齿硬度检测位置示意图。
具体实现方式
本发明的技术解决方案为，所述的方法包括以下步骤：
1、预氧化：设备为箱式炉(不通保护气氛)，加热温度450℃，保温45min，空冷；
2、渗碳：选用设备为可控气氛渗碳炉，保温温度为920±℃；
碳势为(0.35)％保温(35)min；
(1.1)％ 保温3h；
(1.0)％C 保温1.5h；
渗碳结束后零件转至左室，左室保温温度为(820)℃，碳势(0.95)％，保温(35)min,保护气氛冷却。
3、淬火：设备为保护气氛炉，保温温度为(915)℃，保温时间为(75)min，油温55℃。
4、冰冷处理：设备为冷冻机，保温温度为(-75)℃。保温时间为(4.5)h，冷却介质为空气。
5、低温回火：设备为空气循环炉，保温温度为(250)℃。保温时间为(2.5)h，冷却介质为空气。
6、二次低温回火：设备为空气循环炉，保温温度为(250)℃。保温时间为(2.5)h，冷却介质为空气。
实施例1
X-53作为某机型项目行星齿轮的渗碳热处理的一种典型材料，通过对该材料的渗碳前进行预氧化热处理，保证了设计要求。
1、试验方案
试验方案一
1)渗碳：选用设备为可控气氛渗碳炉，保温温度为(920)℃；
碳势为(0.35)％保温(35)min；
(1.1)％ 保温3h；
(1.0)％C 保温1.5h；
渗碳结束后零件转至左室，左室保温温度为(820)℃，碳势(0.95)％，保温(35)min,保护气氛冷却。
2)淬火：设备为保护气氛炉，保温温度为(915)℃，保温时间为(75)min，油温55℃。
3)冰冷处理：设备为冷冻机，保温温度为(-75)℃。保温时间为(4.5)h，冷却介质为空气。
4)低温回火：设备为空气循环炉，保温温度为(250)℃。保温时间为(2.5)h，冷却介质为空气。
5)二次低温回火：设备为空气循环炉，保温温度为(250)℃。保温时间为(2.5)h，冷却介质为空气。
方案二
1)预氧化：设备为箱式炉(不通保护气氛)，加热温度(450)℃，保温(45)min，空冷；
2)渗碳：选用设备为可控气氛渗碳炉，保温温度为(920)℃；
碳势为(0.35)％保温(35)min；
(1.1)％ 保温3h；
(1.0)％C 保温1.5h；
渗碳结束后零件转至左室，左室保温温度为(820)℃，碳势(0.95)％，保温(35)min,保护气氛冷却。
3)淬火：设备为保护气氛炉，保温温度为(915)℃，保温时间为(75)min，油温55℃。
4)冰冷处理：设备为冷冻机，保温温度为(-75)℃。保温时间为(4.5)h，冷却介质为空气。
5)低温回火：设备为空气循环炉，保温温度为(250)℃。保温时间为(2.5)h，冷却介质为空气。
6)二次低温回火：设备为空气循环炉，保温温度为(250)℃。保温时间为(2.5)h，冷却介质为空气。
2、显微硬度测试结果
方案一为无预氧化处理的渗碳工艺路线，方案二为预氧化处理的渗碳工艺路线，表面渗层硬度(HRC60)及有效渗层深度如图1所示。
3、金相组织、表面硬度与剥层碳浓度测试结果如图2-4所示。
4、表面硬度测试结果
如图5所示，对齿轮不同位置进行表面硬度检查，分别在下中的①、②、③、④位置进行表面硬度的检查。
5、结论
同时对方案一、二中的金相组织、晶间氧化以及剥层棒碳浓度进行检查，其中碳浓度的检查方法为在距离表面每0.05mm取金属沫，直至0.2mm处共四层，使用C-S分析仪进行碳含量的检查，实际结果及要求值见表。
表1金相组织、表面硬度与剥层碳浓度检查结果
Figure BDA0002476145570000051
在不改变其他条件仅增加预氧化的情况下，X-53材料的渗碳层显微硬度曲线上可以明显看出渗层深度较方案一深0.09mm，同时表面的硬度值能够达到HV698(HRC60)以上，而方案一中的表面硬度满足要求。同时从剥层试样的碳浓度也能明显看出，有预氧化的情况下渗层区表面的碳含量在0.65以上，而未经过预氧化的工艺参数碳浓度不足。
通过预氧化工艺方案，实现了X-53材料1.0～1.15mm渗层，表面硬度≥HRC60及晶间氧化≤0.012mm预氧化，剥层浓度(0.65～1.0)％C的要求。

Claims (8)

1.一种提升X-53材料渗碳效果的工艺方法，其特征在于，包括：
对X-53零件进行预氧化；
对氧化的零件进行渗碳；
对渗碳的零件进行淬火、冰冷处理和二次低温回火。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预氧化的设备为箱式炉，预氧化的加热温度450℃，预氧化的保温45min，空冷。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，渗碳的选用设备为可控气氛渗碳炉，渗碳的保温温度为920±℃；渗碳的碳势为0.35％，相应的保温时间为35min；
渗碳的碳势为1.1％，相应的保温时间为3h；渗碳的碳势为1.0％，相应的保温时间为1.5h。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对氧化的零件进行渗碳之后，所述方法还包括：
渗碳结束后零件转至左室，左室保温温度为820℃，碳势为0.95％，保温时间为35min，保护气氛冷却。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预氧化时不通保护气。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，淬火的设备为保护气氛炉，淬火的保温温度为915℃，保温时间为75min，油温55℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，冰冷处理的设备为冷冻机，冰冷处理的保温温度为-75℃；冰冷处理的保温时间为4.5h，冷却介质为空气。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，两次回火的设备为空气循环炉，保温温度为250℃。保温时间为2.5h，冷却介质为空气。
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