[发明专利]一种Fe-Ni-Cr系高温合金渗氮方法

说明书

一种Fe‑Ni‑Cr系高温合金渗氮方法，包括：S1、对Fe‑Ni‑Cr系高温合金进行渗氮前处理，渗氮前处理的过程包括在1000℃的温度下进行固溶处理，采用油冷的方式冷却，然后分两次进行时效处理，一次时效的温度为850℃，保温3h‑5h后随炉冷却到700℃，再在700℃下进行二次时效，保温16h后空冷；S2、将经过渗氮前处理的Fe‑Ni‑Cr系高温合金加工成试样并对外表面吹砂；S3、将制成的试样在含氮气氛下进行两步法渗氮，第一阶段渗氮处理的温度和分解率较低，第二阶段渗氮处理的温度和分解率较高，通过催渗剂进行催渗，获得渗氮层组织。本发明能够有效提高Fe‑Ni‑Cr系高温合金的渗氮速度和渗氮质量。

技术领域

本发明属于化学热处理领域，具体涉及一种Fe-Ni-Cr系高温合金渗氮方法。

背景技术

GH696是一种以Fe-25Ni-12Cr为基体的高温合金，用少量的钛、铝、钼和微量硼综合强化，在650℃以下具有较高的屈服强度和持久、蠕变强度，以及良好的高温弹性性能、抗燃气腐蚀性能和加工塑性，常用于制造在650℃以下长期工作的涡轮和压气机紧固件、盘件和工作叶片、涡轮壳体、环形零件等。渗氮工艺是提高此类高温合金性能的有效途径。对GH696零件进行渗氮，可以获得高的耐磨性和表面硬度，同时提高工件的抗腐蚀性能，使材料在650℃仍能维持相当高的硬度和较高的抗弯曲疲劳强度。且渗氮温度较低，故零件的畸变很小。

但是，GH696的渗氮工艺速率较低，一方面是因为合金中富含镍影响了氮原子的间隙固溶度，另一方面是因为较高的Cr含量在合金表面产生类似不锈钢的钝化膜，钝化膜阻碍了氮原子的渗入。传统采用一步法气相渗氮工艺对GH696渗氮，平均速率仅为0.001mm/h。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种Fe-Ni-Cr系高温合金渗氮方法，有效提高Fe-Ni-Cr系高温合金的渗氮速度，渗氮质量好，能使渗氮面硬度符合技术要求。

为了实现上述目的，本发明的Fe-Ni-Cr系高温合金渗氮方法包括以下步骤：

S1、对Fe-Ni-Cr系高温合金进行渗氮前处理，渗氮前处理包括在1000℃的温度下进行固溶处理，然后分两次进行时效处理，一次时效的温度为850℃，二次时效的温度为700℃；

S2、将经过渗氮前处理的Fe-Ni-Cr系高温合金加工成试样并对外表面进行吹砂；

S3、将制成的试样在含氮气氛下进行两步法渗氮处理，第一阶段渗氮处理的温度和分解率较低，第二阶段渗氮处理的温度和分解率较高，通过催渗剂进行催渗，获得渗氮层组织。

所述的步骤S2进行吹砂处理时的风压≤0.2MPa，砂型为120-220目的三氧化二铝砂，吹砂后静置不超过2h入炉。步骤S3通过纯氮或纯氨来提供进行两步法渗氮处理的含氮气氛。

所述的步骤S3在两步法渗氮处理中，经过第一阶段渗氮处理后在550℃下保温2h，氨气的分解率为20％，经过第二阶段渗氮处理后在650℃下保温80h，氨气的分解率为90％。

所述的步骤S3中所采用的催渗剂为海绵钛与四氯乙烯组合成的复合催渗剂。

所述的步骤S3通过催渗剂进行催渗的具体步骤为：

a.添加海绵钛的步骤，按照质量比为1:5分别称取海绵钛和石英砂，先将石英砂平铺于料盘上，再将海绵钛平铺于石英砂上，将料盘置于渗氮工装底部，随试样或零件同时入炉；

b.添加四氯乙烯的步骤，在温度升至300～350℃间时，向炉内喷洒四氯乙烯。