[发明专利]一种钢质气阀离子氮化的加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢质气阀离子氮化的加工方法。

背景技术

X33CrNiMnN23-8钢制气阀是柴油机心脏的关键运动件之一，又是它的基础零件和消耗零件。

作为心脏运动件，它是决定柴油机性能与可靠性的关键运动件。

作为基础件，它对柴油机起着十分重要的作用。

气阀在使用过程中失效，将直接导致气缸、活塞、增压器等零部件变形或损坏等严重后果。

由于气阀是消耗品，位居心脏，更换时柴油机需要解体，耗工费时，在使用过程中如果发生故障，必定造成停车事故，特别是船用柴油机，气阀失效造成的经济损失将会更大。

为了提高气阀的耐磨性、疲劳强度和使用寿命，我国引进某发达国家设计的某机型气阀，采用X33CrNiMnN23-8钢制造，要求阀杆用氮化(工艺要求氮化层深≥0.10mm，氮化硬度750-950HV1，脆性≤2级)的工艺方法提高性能。

由于X33CrNiMnN23-8钢的平均含铬量高达23％，经固溶+时效处理后，基体奥氏体组织中有大量的铬原子，在气阀氮化前的生产过程中，由于多种原因，有部分铬原子被氧化，形成厚薄不均匀的氧化膜。这层氧化膜非常致密，对氮原子渗入有显著阻碍作用。因此，氮化后经常出现氮化层深度极不均匀，有的部位甚至几乎没有氮化层，导致氮化经常返工。为了提高氮化质量，生产厂家在氮化前采用酸洗、喷砂、砂纸打磨、抛光等方法除去氧化膜。在实际生产过程中，由于条件限制，即使用上述方法己把钝化膜全部去除，但随后由于与空气接触的时间长短不等，又会有产品生成新的不同程度的氧化物。即：氮化时工件表面或多或少存在着肉眼不可见的严重阻碍氮化的致密氧化物，使该材料氮化层深度和硬度很不均匀。

X33CrNiMnN23-8气阀氮化的第二个技术难题是：当氮化层深度达到技术要求的≥0.10mm以后，氮化硬度经常超过技术要求750-950HV1，有时甚至高达 1100HV1以上，脆性也常常是1-3级(工艺要求脆性≤2级)。

第三个技术难题是：由于氮化时炉内氮势很难掌控，氮化层中的组织应力大，再加上有氢原子渗入，氢原子结合成氢分子后，与组织应力共同作用，有时会在X33CrNiMnN23-8氮化层较深的部位出现鼓包，严重时氮化层要剥落，从而引起报废。

上述三个共性问题一直是困扰生产X33CrNiMnN23-8气阀的每个公司的技术难题，因为它经常导致氮化工序返工、甚至报废。

工业上用于生产这种气阀的氮化方法有：气体氮化、盐浴氮化和离子氮化。

气体氮化时，为了进一步去除X33CrNiMnN23-8钢表面的氧化物，常在炉中放入NH₄Cl ，希望能将氧化物还原。但NH₄Cl 对设备有不利影响，用多了危害设备，用少了还原气阀氧化物的效果差，因为每炉产品的氧化程度和数量不相同，所以，NH₄Cl 的用量难掌握。更严重的问题是气体氮化该材料的速度太慢了，生产成本太高，氮化后硬度和脆性经常超差，氮化面容易鼓包，有时还会剥落。所以，该产品在实际生产中很少采用气体氮化。

如果用盐浴氮化，也存在着氮化质量极不稳定，非氮化面难保护，而且 X33CrNiMnN23-8钢制气阀氮化的前述三个共性难题仍然存在。所以，这种气阀也很少用盐浴氮化。

相对而言，离子氮化更适合于该产品，但传统的离子氮化工艺(抛光后清洗干净、装炉、启辉升温、逐渐加大供氨量至0.9-1.0L/min、升温至620-630℃、炉压340-400Pa、电压580-650V、保温35小时、炉冷至≤150℃出炉空冷)对溅射氧化物的速度慢、效果差。氮化层深度经常在0.04-0.15mm范围内，硬度常为660-1170HV1，脆性1-3级，氮化质量极不稳定，有时还有鼓包和剥落现象。即：前述三个技术难题仍未解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种氮化速度快、氮化质量稳定的钢质气阀离子氮化加工方法。

本发明的技术方案如下：一种钢质气阀离子氮化的加工方法，其特征在于包括以下步骤：

1)溅射：将气阀清洗干净、装炉、抽真空、启辉后，逐渐向炉内加入氩气、升温至630-640℃保温1-3小时，保温过程中电压为780-830V、氩气供给量为 0.2-0.25L/min、炉内压强为60-80Pa；

2)第一段离子氮化：溅射完毕，降温至590-600℃保温5-7小时，此步骤保温过程中电压为580-630V、氨气供给量为1.1-1.2L/min、炉内压强为340-400Pa；