本發(fā)明屬于材料表面處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種奧氏體不銹鋼的低溫氣體滲碳方法。
背景技術(shù)：
奧氏體不銹鋼，是指在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼。鋼中含Cr約18％、Ni 8％～25％、C約0.1％時(shí)，具有穩(wěn)定的奧氏體組織。奧氏體不銹鋼無(wú)磁性而且具有優(yōu)良的力學(xué)性能、高韌性和塑性，可加工性以及抗腐蝕性強(qiáng)，被廣泛應(yīng)用于化工、汽車(chē)、機(jī)械、海運(yùn)及海洋構(gòu)件等領(lǐng)域；但奧氏體不銹鋼缺點(diǎn)是由于含碳量極低，導(dǎo)致表面強(qiáng)度和硬度較低，抗磨損性能、抗疲勞性能低，且不可能通過(guò)相變使之強(qiáng)化，嚴(yán)重影響奧氏體不銹鋼的使用范圍，或是大幅度降低零工件的使用壽命。
滲碳是常見(jiàn)的對(duì)金屬表面進(jìn)行強(qiáng)化處理的方法，具體方法為將工件置入具有活性滲碳介質(zhì)中，加熱后保溫，使?jié)B碳介質(zhì)中分解出的活性碳原子滲入鋼件表層，從而獲得表層高碳層，使鋼件的表面硬度和強(qiáng)度大幅增加，同時(shí)鋼件內(nèi)部仍保持原有成分的良好韌性和塑性。按含碳介質(zhì)的不同﹐滲碳可分為氣體滲碳、固體滲碳﹑液體滲碳﹑和碳氮共滲(氰化)，其中氣體滲碳，由于適合大量生產(chǎn)化，作業(yè)可以簡(jiǎn)化，目前最普遍被采用。但目前的滲碳工藝中，一般采用高濃度滲碳劑進(jìn)行持續(xù)滲碳，這樣會(huì)導(dǎo)致活鋼表面形成粗大的塊狀活網(wǎng)狀碳化物，導(dǎo)致表面過(guò)脆，韌性急劇下降。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種奧氏體不銹鋼的低溫氣體滲碳方法。采取兩段式升降溫，提高了碳原子從工件內(nèi)部到表面的分布均勻性，提高了性能。
本發(fā)明完整的技術(shù)方案包括：
一種奧氏體不銹鋼的低溫氣體滲碳方法，包括如下步驟：
1)將奧氏體不銹鋼工件進(jìn)行表面鈍化膜處理；
2)將奧氏體不銹鋼放入滲碳爐中，抽真空到10-3Pa；
3)通入滲碳?xì)怏w，加熱滲碳爐開(kāi)始滲碳處理，選擇體積組成為CO：H2＝(1.5-9)：1的滲碳?xì)怏w，同時(shí)加入占滲碳?xì)怏w總體積1-1.6倍的N2，
所述的滲碳處理為兩段式升降溫過(guò)程，包括：
3.1由管路將體積組成為CO：H2＝4：1的滲碳?xì)怏w，并以與滲碳?xì)怏w等體積的N2，送入滲碳爐中，加熱到500℃-550℃，保溫6-8小時(shí)，
3.2隨后由管路將體積組成為CO：H2＝3：1的滲碳?xì)怏w，并以占滲碳?xì)怏w總體積1.4倍的N2，送入滲碳爐中，降溫到400℃-420℃，保溫3-5小時(shí)，
3.3然后由管路將體積組成為CO：H2＝4：1的滲碳?xì)怏w，并以占滲碳?xì)怏w總體積1.2倍的N2，送入滲碳爐中，升溫到480℃-500℃，保溫4-6小時(shí)，
3.4隨后由管路將體積組成為CO：H2＝3：1的滲碳?xì)怏w，并以占滲碳?xì)怏w總體積1.6倍的N2，送入滲碳爐中，在4小時(shí)內(nèi)緩慢降溫到390℃-400℃，保溫8-10小時(shí)，保溫3-5小時(shí)，
3.5隨后再次對(duì)滲碳爐抽真空，充N(xiāo)2保護(hù)并在320℃-350℃保溫24小時(shí)，完成滲碳處理。
4)對(duì)奧氏體不銹鋼工件進(jìn)行低溫氣體滲碳熱處理。
本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：采用兩段式的升降溫滲碳處理，并交替使用不同濃度的滲碳?xì)怏w，實(shí)現(xiàn)了在高溫下活性碳原子在工件表面的高濃度富集以及低溫下碳原子向工件內(nèi)部的順利擴(kuò)散，使工件內(nèi)部到表面形成均勻的碳原子濃度分布梯度，同時(shí)也防止工件表面形成粗大的碳化物導(dǎo)致表面過(guò)脆，又提高了表面硬度，避免形成明顯的界面而造成使用過(guò)程的斷裂源。
附圖說(shuō)明
圖1為按本發(fā)明處理的奧氏體不銹鋼硬度及硬度分布示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
選擇奧氏體不銹鋼的組分為Cr：22.3％～26.5％；Ni：6％～9％；Mo：0.3％～0.8％；C：0.02-0.06％；Mn：4％～7％；Si：1.0％～1.2％；N：0.05％～0.15％；La：0.011％-0.015％；Sr：0.009％-0.011％；Nb：0.1～0.8％；P≤0.02％，S≤0.02％；余量為鐵和雜質(zhì)。
上述組分是我院為特別為用于海運(yùn)船舶的水泵、齒輪、管道、閥門(mén)等工件構(gòu)件設(shè)計(jì)的不銹鋼，采用了較低的Si含量，以降低鋼的脆性，提高塑性和韌性，由于在滲碳時(shí)表面生成Cr的碳化物，導(dǎo)致滲碳后表面Cr含量降低，難以再次形成鈍化膜，因而適當(dāng)調(diào)高Cr含量，有利于提高抗腐蝕性，La和Sr均為晶粒細(xì)化劑，其中La已經(jīng)被用于奧氏體不銹鋼中，而Sr之前通常被用于鋁合金的晶粒細(xì)化中，此次在加入La的基礎(chǔ)上增加了Sr，發(fā)現(xiàn)晶粒細(xì)化效果比單加La有所提高。
將上述組分的不銹鋼經(jīng)熔煉，澆注得到鑄錠，經(jīng)鍛造或擠壓加工工藝后得到奧氏體不銹鋼工件，隨后進(jìn)行兩段式滲碳處理，具體工藝為：
1.將奧氏體不銹鋼工件進(jìn)行表面鈍化膜處理；采用體積比為聚四氟乙烯：四氯化碳：氯化氫：乙醇＝(100-120)：(10-20)：(1.5-3)：(12-15)的活化劑，經(jīng)加熱裂解后對(duì)工件進(jìn)行吹掃活化，去除表面鈍化膜。
2.將奧氏體不銹鋼放入滲碳爐中，抽真空到10-3Pa；
3.通入滲碳?xì)怏w，加熱滲碳爐開(kāi)始滲碳處理，所述的滲碳?xì)怏w選擇體積組成為60％～90％的CO和10％-40％的H2，同時(shí)加入占滲碳?xì)怏w總體積1-1.6倍的N2，所述的滲碳處理為兩段式升降溫過(guò)程，包括：
3.1由管路將體積組成為CO：H2＝4：1的滲碳?xì)怏w，并以與滲碳?xì)怏w等體積的N2，送入滲碳爐中，加熱到500℃-550℃，保溫6-8小時(shí)，
3.2隨后由管路將體積組成為CO：H2＝3：1的滲碳?xì)怏w，并以占滲碳?xì)怏w總體積1.4倍的N2，送入滲碳爐中，降溫到400℃-420℃，保溫3-5小時(shí)，
3.3然后由管路將體積組成為CO：H2＝4：1的滲碳?xì)怏w，并以占滲碳?xì)怏w總體積1.2倍的N2，送入滲碳爐中，升溫到480℃-500℃，保溫4-6小時(shí)，
3.4隨后由管路將體積組成為CO：H2＝3：1的滲碳?xì)怏w，并以占滲碳?xì)怏w總體積1.6倍的N2，送入滲碳爐中，在4小時(shí)內(nèi)緩慢降溫到390℃-400℃，保溫8-10小時(shí)，保溫3-5小時(shí)，
3.5隨后再次對(duì)滲碳爐抽真空，充N(xiāo)2保護(hù)并在320℃-350℃保溫24小時(shí)，完成滲碳處理。
4.對(duì)奧氏體不銹鋼工件進(jìn)行表面鈍化膜處理(去除鈍化膜)。
不銹鋼是一種應(yīng)用非常廣泛的裝飾材料和結(jié)構(gòu)材料，其用量呈高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。奧氏體不銹鋼占據(jù)300系列的不銹鋼的主要部分，這種不銹鋼具有非常明顯的優(yōu)點(diǎn)：耐熱性、耐腐蝕性、好的韌性和無(wú)磁性，應(yīng)用在核電、能源、航空、航海、化學(xué)化工、汽車(chē)機(jī)械和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用。但是，也存在著缺點(diǎn)：表面強(qiáng)度低、耐磨性和疲勞性弱，限制其使用范圍。所以，如何提高奧氏體不銹鋼表面強(qiáng)度至關(guān)重要。如今，奧氏體的表面強(qiáng)化技術(shù)存在的缺點(diǎn)：破壞表層組織、腐蝕性能下降、工件形狀尺寸效應(yīng)和環(huán)保問(wèn)題等。故開(kāi)發(fā)奧氏體不銹鋼表面低溫耐蝕強(qiáng)化技術(shù)。
預(yù)處理后采用兩段式的升降溫滲碳處理，并交替使用不同濃度的滲碳?xì)怏w，實(shí)現(xiàn)了在高溫下活性碳原子在工件表面的高濃度富集以及低溫下碳原子向工件內(nèi)部的順利擴(kuò)散，使工件內(nèi)部到表面形成均勻的碳原子濃度分布梯度，同時(shí)也防止工件表面形成粗大的碳化物導(dǎo)致表面過(guò)脆，又提高了表面硬度，避免形成明顯的界面而造成使用過(guò)程的斷裂源。增加奧氏體不銹鋼表層的碳濃度，提高碳擴(kuò)散速率。
滲層檢測(cè)：將滲碳后的不銹鋼制成試樣，采用顯微硬度計(jì)檢測(cè)隨爐試樣的表面硬度和硬度梯度分布，結(jié)果如圖1所示，不同工藝條件下處理的奧氏體不銹鋼低溫氣體滲碳層硬度變化趨勢(shì)。由圖可知，不同工藝條件下處理的奧氏體不銹鋼的表層硬度在670HV～1250HV之間，約為基體的2～3倍，且在低溫氣體滲碳層截面上，硬度呈梯度變化，從表層到基體心部，平滑緩慢變化。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。