[发明专利]一种大变形增强快速离子渗氮方法

说明书

本发明属于金属表面处理技术领域，涉及一种大变形增强快速离子渗氮方法，具体步骤为：将原始钢加工切割成板状；将板状待渗氮钢进行固溶处理；将固溶态待渗氮钢放入冷轧机中进行冷轧处理；将冷轧处理后发生大塑性变形的待渗氮钢加工切割成试样，随后进行离子渗氮处理。本发明方法在离子渗氮前进行大塑性变形处理，使微观组织中位错密度显著增加，晶粒显著细化，在渗氮过程中，高密度位错等缺陷为氮原子提供了快速扩散通道，显著提高离子渗氮效率，提高渗氮层厚度，在获得相同渗氮层深的情况下可大大缩短渗氮时间，从而节约能源，降低生产成本。

技术领域

本发明属于金属表面处理技术领域，特别涉及一种大变形增强快速离子渗氮方法。

背景技术

奥氏体不锈钢具有良好的抗腐蚀、抗氧化和耐高温等性能，广泛应用于航空、航天、交通运输、化工等领域。但因其硬度低，耐磨性较差，在常规的服役条件下常因表面磨损而过早失效，使其推广应用范围受到了一定的限制。

离子渗氮技术具有渗层均匀、工艺简单、重复性好以及无污染等优点而得到广泛应用。奥氏体不锈钢经氮化处理后具有优异的耐磨性、耐疲劳性及耐高温的特性，但是为了加速扩散而采取的高温加热又往往带来心部强度下降和变形等负作用，同时也存在着渗氮层浅、硬度低且硬度梯度大导致表面层容易发生残余压应力的松弛和表面层剥落等问题，成为制约该项技术推广应用的瓶颈。现有技术中解决这类问题的方法包括激光冲击、预氧化、喷砂等，但现有方法都是针对材料的表面进行改善，因此，对提高离子渗氮的效果主要发生在表层，对氮原子在晶内扩散的速度提高影响小。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：基于奥氏体不锈钢经离子渗氮处理时，为了加速扩散而采取的高温加热带来心部强度下降和变形等负作用，同时也存在着渗氮层浅、硬度低且硬度梯度大导致表面层容易发生残余压应力的松弛和表面层剥落等问题，本发明提供一种大变形增强快速离子渗氮方法。

冷轧处理可以使金属材料发生大塑性变形，产生大量的晶界和位错等缺陷，在提高材料表面强度、硬度的同时，能为原子在材料表面扩散提供通道，有利于表面化学元素的渗入，且材料表面的化学活性显著提高，有利于化合物形成。因此，本发明采取大塑性变形+离子渗氮方法可以克服常规离子渗氮存在的问题与不足，提高效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：大变形增强快速离子渗氮方法，包括以下步骤：

(1)将原始态钢加工切割成板状作为待渗氮钢，优选为316L奥氏体不锈钢。

(2)将板状316L奥氏体不锈钢进行固溶处理，固溶处理为升温至1050℃保温60min，然后将样品立即放入水中冷却至室温。

(3)将固溶态待渗氮钢置于四辊实验轧机上，分别以30％，50％和70％的变形量进行冷轧处理，产生大塑性变形。

(4)将大塑性变形后的待渗氮钢采用线切割加工成试样尺寸为10mm×10mm×5mm。打磨处理后在乙醇中进行超声清洗并吹干。其中，打磨处理为将试样分别用180#～2000#的SiC砂纸进行打磨至镜面。

(5)将试样置于离子氮化炉中，抽真空至10Pa以下，通入氢气溅射30min，炉内压力保持300Pa。接着通入氮气，氮气与氢气的流量分别为200ml/min和600ml/min，气体压力调整为400Pa，升温至420℃，保温时间为4h。

(6)处理完成后随炉冷却至室温，冷却后采用DMI-3000M型光学金相显微镜观察截面显微组织，并测量化合物层厚度。

本发明的有益效果是：

(1)通过大塑性变形+离子渗氮的处理方法，首先材料经过大塑性变形后整体的强度和硬度均得到提高，并产生大量的晶界和位错等缺陷，能为原子的渗入提供快速的通道，同时材料表面的化学活性显著提高，有利于化合物的形成，可以降低渗氮温度和缩短处理时间，显著提高离子渗氮效率，节约能源；