[发明专利]30Cr3SiNiMoVA钢的表面辉光离子渗氮方法

说明书

技术领域

本发明涉及表面改性技术领域，具体涉及一种30Cr3SiNiMoVA钢的表面辉光离子渗氮方法。

背景技术

30Cr3SiNiMoVA钢是一种用于制造固体发动机零件的超高强度钢，具有优良的强韧性。30Cr3SiNiMoVA钢制造的零件经900-930℃淬火，250-550℃回火后，硬度可以达到440-500HV，强度1500-1700Mpa。高强韧性赋予了30Cr3SiNiMoVA钢制零件优异的承载、负荷能力和可靠性。

但是在承受点接触、线接触等高应力服役场合，30Cr3SiNiMoVA钢表面容易发生局部磨损、塑性变形等非正常形式的早期失效。

为保持30Cr3SiNiMoVA钢零件的强韧性和高可靠性，本发明采用表面辉光离子渗氮技术，通过等离子方式在30Cr3SiNiMoVA钢零件表面渗入氮元素，利用间隙固溶强化与第二相析出强化方式使30Cr3SiNiMoVA钢零件表面达到800HV以上的高硬度，并在表面获得残余压应力，显著提高30Cr3SiNiMoVA钢的表面耐磨性、抗塑性变形能力和抗疲劳性能，同时零件心部保持原有的高韧性。

发明内容

本发明所解决的问题是针对30Cr3SiNiMoVA钢零件工作时表面硬度不足，易出现较大磨损或局部塑性变形，影响零件的尺寸精度、均匀承载及服役能力的现象。

针对上述问题，本发明提出一种30Cr3SiNiMoVA钢表面辉光离子强化方法，通过以下步骤实现：

步骤一、热处理：对30Cr3SiNiMoVA钢零件采取真空淬火进行硬化处理，然后回火处理调整硬度至440-500HV；

步骤二、将热处理后零件表面进行磨削加工，去除表面氧化色；

步骤三、零件采用有机溶剂清洗后，放置在辉光离子渗氮炉的阴极盘上，均匀布置，以保证氮化的温度均匀；

步骤四、对辉光离子渗氮炉抽真空到50Pa以后，开始通入NH₃对30Cr3SiNiMoVA钢零件进行离子渗氮；

步骤五、缓慢调整工艺参数使温度升至480-530℃，离子渗氮10-30小时；

步骤六、渗氮结束后炉体缓慢冷却至室温，将工件取出，离子渗氮完成。

与现有技术相比：采用本发明的30Cr3SiNiMoVA钢离子强化方法，获得了0.10-0.35mm的表面硬化层，表面硬度800-1100HV，耐磨性明显增强，同时基体保持良好韧性，从而获得外强内韧的结果，解决了这种材料在高压应力和摩擦力的服役条件下易出现的磨损失效问题，对充分发挥30Cr3这种材料的性能优势是十分有益的。

具体实施方式

本发明为解决上述30Cr3SiNiMoVA钢零件在高压应力和摩擦力的服役条件下易出现的磨损失效问题，采取离子渗氮方法对零件进行表面强化，使其表面硬度达到规定指标要求，实现了30Cr3SiNiMoVA钢零件在高强度服役条件下耐磨损性能显著提高的目的。本发明是通过如下步骤实现：

步骤一、对30Cr3SiNiMoVA钢零件采取真空淬火（900℃×2h）进行硬化处理，然后回火处理（520℃×4h）调整硬度至440-500HV；

步骤二、将热处理后零件表面磨削加工，去除表面氧化色；

步骤三、零件采用有机溶剂清洗后，放置在辉光离子渗氮炉的阴极盘上，均匀布置，以保证氮化的温度均匀；

步骤四、对辉光离子渗氮炉抽真空到50Pa以后，通入300mL/minNH₃对30Cr3SiNiMoVA钢零件进行离子渗氮；

步骤五、缓慢调整工艺参数使温度升至480-530℃，离子渗氮10-30小时；

步骤六、渗氮结束后待炉体缓慢冷却至室温，将工件取出，离子渗氮完成。

下面例举实例：

本发明在某型号固体火箭发动机摆动喷管接头上使用，具体方法如下：

热处理：①900℃×2h淬火；②520℃×4h回火，回火后硬度为470HV。

清洁：用沙皮打磨零件至金属光泽，且不得有氧化色、锈斑，然后用超声波酒精清洗待渗氮零件。

装炉：将待渗氮的零件放入离子渗氮炉中的阴极盘上，靠近热电偶位置，保证渗氮温度均匀。

渗氮前将真空度抽到50Pa以下。

上述步骤五中，所述的辉光离子渗氮，离子渗氮分为两段式，第一段渗氮工艺参数：