一种提高渗碳层耐蚀性能的预处理方法

摘要

本发明属于材料表面改性技术领域，涉及一种提高渗碳层耐蚀性能的预处理方法。渗碳处理前，根据基材的化学成分，设置渗氮温度300～1200℃与保温时间2～24h，对其进行预氮化处理，在工件表面形成20～100μm厚的渗氮层。将获得渗氮层的工件进行高温渗碳处理，对预氮化处理以及渗碳处理后的工件进行相关的高温淬火、深冷以及回火处理等渗后热处理工艺。本发明作为预处理的渗氮工艺更为成熟，生产成本较低，过程相对简单，且对材料与设备的限制不大，能够有效地提高后续渗碳层的耐蚀性能，改善渗层质量，增加渗层的服役寿命。

权利要求

1.一种提高渗碳层耐蚀性能的预处理方法，其特征在于，步骤一，取待渗的渗碳钢

20CrMnTi，对其表面按照标准工艺进行机械研磨，并通过粒度为 2.5 μm的金刚石抛光膏对其进行抛光处理，随后在无水乙醇中用超声波清洗吹干备用；其中，渗碳钢20CrMnTi的具化学成分以质量百分比计为，C 0.21 %； Cr 1.28 %；Mn 1.03%；Ti 0.07%；Cu 0.01%；Ni 

0.01%；Si 0.26%；P 0.016%；S 0.003%； 余量为Fe；

步骤二，将步骤一中处理好的渗碳钢20CrMnTi装入真空炉进行渗碳前的预处理工艺，抽真空后开始加热，升温至530℃后进行渗氮，具体渗氮时间为7 h，渗氮介质为氨气，渗氮过程中保持氨气分解率在18％±2％，渗氮完成后随炉冷却至室温；

步骤三，根据渗碳钢20CrMnTi的化学成分,设置其真空渗碳温度为920℃；将步骤二中渗氮处理后的渗碳钢20CrMnTi装入真空炉，抽真空后开始加热，升温至650℃保温30min进行预热，再升温至920℃后开始渗碳，渗碳表面浓度设置为0.75%，渗碳介质为乙炔，具体渗碳时间为3 h，所述渗碳时间包含渗碳时间和扩散时间；渗碳完成后随炉冷却至830℃保温

30min后油冷至室温；

步骤四，将步骤三中渗碳处理后的渗碳钢20CrMnTi进行深冷处理‑190℃、低温回火处理180℃。

说明书

一种提高渗碳层耐蚀性能的预处理方法

技术领域

[0001] 本发明属于材料表面改性技术领域，涉及一种提高渗碳层耐蚀性能的预处理方法。

背景技术

[0002] 渗碳是一种材料表面改性技术，能够提高材料表层一定范围内的碳含量，保证心部韧性的同时获得更高的表面硬度，在齿轮以及轴承领域应用广泛。但通常工件在渗碳处理后会出现耐蚀性降低的现象，在复杂的工况环境下服役更容易被腐蚀，在一定程度上降低其使用寿命。

[0003] 为提高渗碳层的耐蚀性能，改善渗层质量，业内提出了多种相关工艺方法，如离子注入法，(CN108179375A)、稀土催渗法(CN105483604A)以及表面金属碳化物覆层法(CN109321875A)等，但仍存在成本高、材料设备限制以及过程繁琐等诸多问题，因此，寻找一种提高渗碳层耐蚀性能行之有效的方法仍具有重要意义。

[0004] 渗氮也是常见的表面热处理方法，能够在工件表面获得较高的硬度与残余压应力，但由于其渗层一般较薄，且渗氮温度较低，常作为最终热处理工艺提高渗层表面硬度。目前，尚未有将渗氮作为渗碳前的预处理工艺提高渗碳层耐蚀性能方面的相关研究。

发明内容

[0005] 本发明提供了一种能够提高渗碳层耐蚀性能，改善渗层质量，提高渗层服役寿命的预处理方法。

[0006] 本发明的一种提高渗碳层耐蚀性能的预处理方法，具体步骤如下：

[0007] 步骤一、渗碳处理前，根据基材的化学成分，设置渗氮温度300～1200℃与保温时间2～24h，对其进行预氮化处理，在工件表面形成20～100μm厚的渗氮层。

[0008] 步骤二、将步骤一获得渗氮层的工件进行高温渗碳处理，根据基材的化学成分，控制具体的渗碳温度为400～1200℃。

[0009] 步骤三、对基材渗后热处理，对预氮化处理以及渗碳处理后的工件进行相关的高温淬火、深冷以及回火处理等工艺。

[0010] 本发明与现有技术相比，作为预处理的渗氮工艺更为成熟，生产成本较低，过程相对简单，且对材料与设备的限制不大，能够有效地提高渗碳层的耐蚀性能，改善渗层质量，提高渗层服役寿命。

附图说明

[0011] 图1为实施例一渗碳钢14Cr14Co13Mo5Ni热处理工艺图；

[0012] 图2为实施例二渗碳钢20CrMnTi试验钢热处理工艺图；

[0013] 图3为实施例一渗碳钢14Cr14Co13Mo5Ni全工艺后渗层极化曲线与Nyquist图；

[0014] 图4为实施例二渗碳钢20CrMnTi全工艺后渗层极化曲线与Nyquist图。

具体实施方式

[0015] 以下结合实施例与附图详细叙述本发明实施方式，进而验证本发明的有益效果。

[0016] 实施例一：以渗碳钢14Cr14Co13Mo5Ni为例

[0017] 步骤一、取待渗的渗碳钢14Cr14Co13Mo5Ni，对其表面按照标准工艺进行机械研磨，并通过粒度为2.5μm的金刚石抛光膏对其进行抛光处理，随后在无水乙醇中用超声波清洗吹干备用。其中，渗碳钢14Cr14Co13Mo5Ni的具化学成分以质量百分比计为，C 0.14％；Cr 13.96％；Co 12.73％；Mo 4.75％；Ni 1.8％；V 0.6％；W 0.5％；余量为Fe及不可避免的杂质。

[0018] 步骤二，将步骤一中处理好的渗碳钢14Cr14Co13Mo5Ni装入真空炉进行渗碳前的预处理工艺，抽真空后开始加热，升温至580℃后进行渗氮，具体渗氮时间为5h，渗氮介质为氨气，渗氮过程中保持氨气分解率在18％±2％之间，渗氮完成后随炉冷却至室温。

[0019] 步骤三，根据渗碳钢14Cr14Co13Mo5Ni的化学成分以及在实际生产研发中常用的渗碳温度,设置其真空渗碳温度为960℃。将步骤二中渗氮处理后的渗碳钢14Cr14Co13Mo5Ni装入真空炉，抽真空后开始加热，升温至960℃后开始渗碳，渗碳表面浓度设置为1.2％，渗碳介质为乙炔，具体渗碳时间(渗碳+扩散)为13h，渗碳完成后油冷至室温。

[0020] 步骤4，将步骤三中渗碳处理后的渗碳钢14Cr14Co13Mo5Ni在真空炉中加热至1065℃保温1h后油淬，随后取出，进行深冷处理(‑190℃)、回火处理(500℃)以及相同温度的二次深冷以及二次回火处理，具体热处理工艺如图1所示。

[0021] 对比例一：

[0022] 本对比例与实施例一不同的是在步骤一后不进行渗碳前步骤二的预处理工艺，其他与实施例一相同。

[0023] 实施例二：以渗碳钢20CrMnTi为例

[0024] 步骤一，取待渗的渗碳钢20CrMnTi，对其表面按照标准工艺进行机械研磨，并通过粒度为2.5μm的金刚石抛光膏对其进行抛光处理，随后在无水乙醇中用超声波清洗吹干备用。其中，渗碳钢20CrMnTi的具化学成分以质量百分比计为，C 0.21％；Cr 1.28％；Mn 1.03％；Ti 0.07％；Cu 0.01％；Ni 0.01％；Si 0.26％；P 0.016％；S 0.003％余量为Fe及不可避免的杂质。

[0025] 步骤二，将步骤一中处理好的渗碳钢20CrMnTi装入真空炉进行渗碳前的预处理工艺，抽真空后开始加热，升温至530℃后进行渗氮，具体渗氮时间为7h，渗氮介质为氨气，渗氮过程中保持氨气分解率在18％±2％之间，渗氮完成后随炉冷却至室温。

[0026] 步骤三，根据渗碳钢20CrMnTi的化学成分以及在实际生产研发中常用的渗碳温度,设置其真空渗碳温度为920℃。将步骤二中渗氮处理后的渗碳钢20CrMnTi装入真空炉，抽真空后开始加热，升温至650℃保温30min进行预热，再升温至920℃后开始渗碳，渗碳表面浓度设置为0.75％，渗碳介质为乙炔，具体渗碳时间(渗碳+扩散)为3h，渗碳完成后随炉冷却至830℃保温30min后油冷至室温。

[0027] 步骤4，将步骤三中渗碳处理后的渗碳钢20CrMnTi进行深冷处理(‑190℃)、低温回火处理(180℃)，具体热处理工艺如图2所示。

[0028] 对比例二：

[0029] 本对比例与实施例二不同的是在步骤一后不进行渗碳前步骤二的预处理工艺，其他与实施例二相同。

[0030] 通过对图3与图4的极化曲线进行Tafel外推得出各渗碳钢的自腐蚀电流密度Icorr与自腐蚀电位Ecorr，如表1所示，可以看出，经预处理的渗碳钢14Cr14Co13Mo5Ni与20CrMnTi渗层的自腐蚀电流密度降低，且自腐蚀电位有明显的提高，这表明经预处理后渗碳钢腐蚀速率有所减小，腐蚀倾向也显著降低。此外，从图3与图4也可以看出，经预处理的渗碳钢14Cr14Co13Mo5Ni与20CrMnTi渗层的阻抗弧直径更大，这也间接反映了渗碳钢的腐蚀速率。
因此，综上可知，渗碳处理前对基材进行渗氮处理，可以显著改善后续渗碳层的耐蚀性能。

[0031] 表1全工艺处理后各渗碳钢极化曲线拟合结果

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