用于宇航产品零件
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某零件材料为20CrMnTi钢锻件,要求CN共渗淬火,渗层深≥1.30mm,共渗时间长,渗层常出现粗大密集的块状网状CN化合物,脆性高,在随后机加工时易产生裂纹,还经常在二次加热淬火时因脱碳造成硬度低等问题,长期得不到解决。后从N.M.处理中受到启发,既然固溶渗N能消除钢表层K疵病,也应该能改善共渗层的组织性能。1980年代后期试验成功用N.M.处理代替原二次加热淬火,保证了组织和性能合格,用于生产质量一直稳定。
原工艺CN共渗在井式气体渗C炉进行,渗剂为三乙醇胺+乙醇,温度880℃,出炉缓冷,渗层≥1.30mm,机加工后二次加热淬火。为稳定尺寸,淬火后需冰冷处理,最后低温回火。
新工艺CN共渗工艺不变,机加工后的N.M.处理在同一井式渗碳炉中进行。为避免粘稠的三乙醇胺堵塞管道,改用氨气并滴少量乙醇以防脱碳,温度870℃,时间视工件尺寸而定,出炉直接淬油,其后按原工艺冰冷处理并回火。
N.M.处理效果N.M.处理后表层得到极细的M(N)加AR(技术要求1—3级,实际都是1级)。表层CN化合物基本溶解,即使共渗后达5—6级的大块状密集CN化合物,也变为2、3级的细小颗粒(要求1—4级合格)。硬度为61—65HRC(要求60—66HRC)。显微硬度测试,即使共渗后化合物5—6级的试样,N.M.处理并回火后,渗层硬度梯度也很平缓。N.M.处理操作简便,并不增加工序,无需增添设备,成本不高,质量稳定。
用于军工高精度重负荷齿轮
新旧工艺 内蒙一机厂20Cr2Ni4A钢、模数为7—9的高精度重负荷齿轮,原工艺为820℃氨加煤油CN共渗空冷——精加工——淬火——低温回火。由于渗层深,共渗时间长,渗层常出现大片状CN化合物或粗大钩条状CN化合物加粗大孪晶M,齿面抗疲劳剥落性能差、寿命低。李冬贵等对此精心设计了一套新工艺:齿轮先920℃高温CN共渗,以快速获得所需渗层厚度,然后随炉降温进行570℃×(3—4)h的CN共渗,以获得高的N含量,再随炉升温到760℃—880℃加热A化,出炉淬火。CN共渗、NC共渗和A化三步既可在渗碳炉中连续进行,也可以CN共渗后齿部精加工,再NC共渗和整体加热淬火。经这样处理的齿轮,渗层为纤细的位错M与高度弥散的细圆形CN化合物,具有较高的静弯强度和接触疲劳强度,其耐磨性和抗咬合性能也比一般CN共渗或渗C淬火者高。
工艺分析模数为7—9的齿轮,其渗层厚度都在1.30mm以上,用氨加煤油为渗剂,820℃ CN共渗,必然时间很长,CN化合物粗大及网状带状偏析在所难免。新工艺920℃共渗,渗速大大提高,可较快达到一定渗层厚度。但920℃时氨分解率很高,炉内N势低,主要是渗碳,氮渗入十分有限。因而其后的570℃ NC共渗可大大提高表面N含量,而得到ε+γ化合物(经X线衍射证实),在随后淬火加热时ε+γ分解,N溶入A中,形成含高N的A,淬火后转变为M(N)。