一种16Cr3NiWMoVNbE钢真空低压渗碳工艺.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109321867A(43)申请公布日2019.02.12(21)申请号201710641884.2(22)申请日2017.07.31(71)申请人东北大学地址110819辽宁省沈阳市和平区文化路3号巷11号申请人沈阳东博热工科技有限公司(72)发明人王昊杰王昭东田勇李勇(74)专利代理机构沈阳优普达知识产权代理事务所(特殊普通合伙)21234代理人张志伟(51)Int.Cl.C23C8/22(2006.01)C21D1/18(2006.01)C21D1/26(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称一种16Cr3NiWMoVNbE钢真空低压渗碳工艺(57)摘要本发明涉及真空渗碳领域，具体为一种16Cr3NiWMoVNbE钢真空低压渗碳工艺。将试样在真空低压渗碳炉中进行奥氏体化，加热工艺为三段加热工艺：加热速率为5～15℃/min，分别在650±5℃保温时间30～60min和850±5℃保温时间30～60min，930±5℃保温0.5～1.5h在真空低压渗碳炉内进行渗碳；随后采用炉冷方式降温至920±5℃保温30min；最终采取油淬方式进行冷却至室温。本发明通过对其渗碳工艺和材料组织性能进行研究，发明真空低压渗碳关键过程参数测定方法，指出一种16Cr3NiWMoVNbE钢真空低压渗碳工艺，并解决现有渗碳过程中Cr的碳化物先于渗碳体析出等问题。CN109321867ACN109321867A权利要求书1/2页1.一种16Cr3NiWMoVNbE钢真空低压渗碳工艺，其特征在于，将试样在真空低压渗碳炉中进行奥氏体化，加热工艺为三段加热工艺：加热速率为5～15℃/min，分别在650±5℃保温时间30～60min和850±5℃保温时间30～60min，930±5℃保温0.5～1.5h在真空低压渗碳炉内进行渗碳；随后采用炉冷方式降温至920±5℃保温30min；最终采取油淬方式进行冷却至室温。2.按照权利要求1所述的16Cr3NiWMoVNbE钢真空低压渗碳工艺，其特征在于，真空低压渗碳炉进行930±5℃渗碳参数为：渗碳和扩散交替进行，渗碳时乙炔压力为250～350Pa，乙炔流量为5～25L/min，扩散时氮气压力为60～80Pa。3.按照权利要求1所述的16Cr3NiWMoVNbE钢真空低压渗碳工艺，其特征在于，真空低压渗碳炉进行930±5℃渗碳时，乙炔压力为250～350Pa，乙炔流量为5～25L/min。4.按照权利要求1所述的16Cr3NiWMoVNbE钢真空低压渗碳工艺，其特征在于，淬火介质为真空淬火油，淬火时间10～20min。5.按照权利要求1所述的16Cr3NiWMoVNbE钢真空低压渗碳工艺，其特征在于，真空低压渗碳之前，将试样放入真空低压渗碳炉内，将其加热到900～1000℃进行退火处理，随后将试样加工成圆片，圆片用于后续真空低压渗碳热处理。6.按照权利要求1所述的16Cr3NiWMoVNbE钢真空低压渗碳工艺，其特征在于，工艺模型中关键过程参数测定如下，其中：(1)碳通量分段标定测定将圆片试样分别渗碳时间30s、60s、90s、120s，渗碳后的材料用天平进行称重，分别对渗碳不同时刻的试样进行碳通量的测定，获得碳通量随渗碳变化曲线；(2)扩散系数通过对试样进行反算，考虑Nb和W元素在渗碳过程中与碳原子亲和力较大，容易形成碳化物，减弱碳原子的扩散系数，且形成的碳化物会阻碍碳原子的扩散通道，所以对式1进行优化，针对16Cr3NiWMoVNbE钢优化Nb和W的综合影响因子，其合金系数表达式为公式2：D＝(0.000047×exp(-1.6·C)·exp(-(37000-6600·C)/R·T))·q(1)q＝q0-q(Nb,W)(3)其中，D为扩散系数，q为合金系数，q0为优化的合金系数；q(Nb,W)为Nb和W的综合影响因子的合金系数；公式(1)、(2)为行业内普遍使用的经验公式，公式(3)是在基于这两个公式基础上，针对16Cr3NiWMoVNbE钢真空低压渗碳时特殊使用的公式，为实验过程中研究得到；其中：q(Nb,W)综合影响因子是根据实验测定的深层深度结果和预测结果进行对比，通过渗碳工艺模型反算得到。7.按照权利要求6所述的16Cr3NiWMoVNbE钢真空低压渗碳工艺，其特征在于，碳通量分段标定测定时，随着渗碳时间的延长，平均碳通量也随之下降，随着渗碳的进行，碳浓度梯度逐渐降低，单位时间内进入试样表面的碳原子数减少；在渗碳初期30秒内，气固界面碳浓度梯度较大，运用分段平均法测定得到的碳通量是整体平均法测定得到的碳通量的2.5倍，相应的渗碳时间将减少60％，分段设定碳通量避免第一个脉冲带来的影响，对后续脉冲时2CN