HB Z 79-1995 航空结构钢及不锈钢渗氮工艺说明书.pdf

1、中华人民共和国航空工业标准HB/Z 79-95 航空结构钢及不锈钢渗氮工艺说明书1995-12-13发布1996-01-01实施中国航空工业总公司批准中华人民共和国航空工业标准航空结构钢及不锈钢渗氮工艺说明书HB/z 79-95 1 主题内容与适用范围本标准规定了航空结构钢及不锈钢楼氮材料、设备及装置、制件掺氮前的准备、参氮工艺、质量检验、事氮缺陷与补救以及渗氮后制件的加工等要求。本标准适用于航空产品制件的渗氮处理。2 引用标准GB 536 液体无水氨GB 4002 真空设备压升率检测方法HB 5013 热处理零件检验类别HB 5022 航空钢制件渗氮、氮碳共渗金相组织检验标准HB 5023

2、航空钢制件渗氮、氮碳共渗渗层深度测定方法回5168金属布氏硬度试验法HB 5172 金属洛氏硬度试验法HB 5173 金属维氏硬度试验法HB 5354 热处理工艺质量控制HB 5425 航空制件热处理炉有效加热区测定方法3材料3. 1 航空渗氮制件常用的结构钢、不锈钢见表10类别结构钢不锈钢38CrA 3肌rMoALA3OCr3MoA 35Cr2Ni4MoA lCrl3 4CrlOSi2Mo ZGICr17Ni3 表1航空渗氮制件常用结构钢及不锈钢树料牌号18Cr2NiclWA 30CrMnSiA 4OCrNiMoA 5比rVA30Ni4CrMoA 3虫:r3MoVA2Crl3 3Cr1 3

3、2Cr18Ni8W2 lCrllN2W2MoV OCr17Ni7AL OCr17Ni4Cu4Nb 注B未列入表1中的真他铜号带进行事氨时，可参照本标准进行.3.2 渗氮使用的液氨(NH.)应符合GB536中规定的I级。25Cr3MoA 35CrMoA 4Cr14Ni14-W2Mo lCr17Ni2 5Ni2Mn5Cr3Mo 3.3 渗氮工艺过程中使用的真他工艺材料应满足HB5334中的有关要求。中国航空工业总公司19951213发布1996-01-01实施HB/Z 79-95 4 设备及装置4. 1 气体渗氮加热炉及温控测量设备4. 1. 1 加热妒应配备温度自动调节记录仪及报警装置并应符合H

4、B5354的有关规定。4. 1. 2 气体掺氮加热炉的保温精度应不低于HB5354中规定的H类设备要求，在保证设计图样或工艺要求时，允许用1Il类设备，4. ,. 3 渗氮炉的保温精度及渗层深度均匀性应按HB5425、HB5354规定的方法定期检测，并符合HB5354中有关规定。4. .4 气体渗氮使用的加热炉，一般应采用带有强制炉内气氛循环并能密封的掺氮箱罐装置的渗氮炉，对于小型渗氮炉，在保温精度及渗层深度均匀性检测能满足要求时，可采用不带气氛循环装置的渗氮箱装载制件在炉内加热渗氮。4. . 5 渗氮工艺过程中渗氮箱应能保持良好的密封，保证箱内正压，气氛流动通畅，进排气管道不得受阻。4. 1

5、. 6 渗氮箱内的气氛压力及氨气分解率应能控制和调节。4.2 离子渗氮设备4.2.1 离子渗氮妒在常压下阴极对地的绝缘电阻应不低于4kO(对水冷阴极应不在供水的条件下进行测量)04.2.2 离子渗氮炉的整流输出电压应连续可调，在200V以上时应无突跳现象。4.2.3 离子渗氮炉应设有可靠的灭弧装置。4.2.4 设备极限真空度应不低于6.67Pa。4.2.5 设备压升率应不大于1.33Pa/h。检测方法按GB4002的规定执行:压升率的检测周期按以下规定执行。在连续生产情况下应每月检测一次，对非连续生产设备可按累计时间计算，但每季度至少检测一次。设备大修后，更换密封元件或伏期停用，在使用前应及时

6、进行检测。4.2. 6 离子渗氮设备应配备真空压强指示仪、电压、电流和气体流量指示测量仪表，以及温度指示、记录及自动测量装置，仪器仪表按HB5154或其它有关技术标准定期进行校验。校验后的仪器仪表应有合格标志并标明有效期限，在有效期限内方可使用。5 渗氯前准备5. 1 设备与工装准备5. 1. 1 渗氮箱及进气管道应清理干净，管道通畅。5.1. 2 氨气通入渗氮箱前可进行净化过滤，通常采用硅胶、分子筛(3A、5A)干燥剂。2 干燥剂一般使用三个月应进行烘干活化处理，烘干活化工艺za.硅胶烘干活化工艺z150士20C，保持3-仙，空冷。b.分子筛活化工艺:HB/Z 19-95 520士20C，保

7、持3-恤，空玲。5. 1.3 装载支承制件渗氮的夹具应确保渗氮工艺过程中气流通畅制件在装夹时渗氮面之间应有一定间隔，严禁渗氮表面与防渗镀层相接触。5. 1. 4 夹具每次使用前应进行清理。5.1.5严禁用镀悴铁丝绑扎制件，可用铜丝或镀铜铁丝绑扎。当采用氯化镀活化时，不能用钢丝或镀锅铁丝应用镰铝丝绑扎，5.2渗氨试料(件准备试料的材料、热处理状态及表面质量应与被捧制件相一致。5.2. 1 渗氮试料用于制件渗氮后的渗层深度、金相组织以及表面和心部硬度的试验与检查。5.2.2 小制件可在同炉件中抽取制件作渗氮试件，也可用本批机加废件作渗氮试件废件应烙有明显识标。5.2.3 推荐以下几种专用试件，见附

8、件A(参考件)图1、2、3、4。5.3 渗氨前制件准备5.3. 1 渗氮前的制件热处理状态见表20表2渗氮前制件热处理状态材料类别渗氮前热处理状态结构钢调质处理不马氏体型摔火+回火固溶或固溶+退火锈奥氏体型退火钢沉淀硬化型回火或时效注=制件古组前热处理状态有其他要求时，可根据制件固样要求或技术文件规定执行.5.3.2 渗氮制件在渗氮前可按技术要求抽检制件硬度并满足设计图样或王艺文件要求。5.3.3 制件表面状态5.3. 3. 1 制件渗氮前待渗表面的粗糙度Ra一般不大于0.8ffia5.3.3.2 制件待渗表面不允许有未加工掉的脱碳层及磨削烧伤等缺陷s不允许有尖边、尖角、毛刺及锈蚀等，也不允许

9、存在阻碍渗氮的污物及防渗镀层残留物。5.3.3. 3制件在渗氮前应清除表面油污及脏物E清洗、清理后的制件严禁赤手拿取。5. 3.3.4 结构钢制件待渗表面为防止高温下熔融状态锡的流淌而泊活渗氮表面，可采用磷化处理提高渗氮效果。5. 3.3.5 不锈钢制件渗氮前可采用吹砂或化学活化处理。化学活化处理z在渗箱底铺上经干燥并海合均匀的氯化镀与石英砂，氯化镀与石英砂比例一般为1 30 氯化镀放置量一般按渗箱体积每立方米为100-150ga采用氯化镀活化渗氨时，应经常检查炉内气压来监控排气管道是否被堵塞。5.3.3.6 清理后的制件应尽快装箱入炉，不锈钢制件吹砂清理后至装箱时间间隔不得超过2h。3 HB

10、/Z 79-95 5.4 局部渗氯件非渗表面的防护5.4. 1 非掺表面采用镀层防护法，镀层厚度及质量要求见表3。表3非渗氮表团采用的镀层及质量要求材料类别镀层名称镀层厚度镀层质量要求(m) 结构钢镀锡6-9 镀铜40-70 镀层应致密无针孔、不锈钢镀铜二月。起泡及起皮镀镰20-50 注2结构制局部棒氧件需进行磷化时，镀锡层厚度一般为7-10m.5.4.2 留加工余量防护法，在渗氮前对非渗氮表面留有超过渗层深度的加工余量，渗氮后经磨削加工去除。一般留加工余量为渗层深度的1.52倍。5.4.3 其他防护法塞孔法:用于盲孔、深孔件，即用石英砂灌满孔腔，孔口用锥型铜塞堵紧(可用木锤锤紧铜塞)，也可用

11、铝合金材料加工成螺纹堵头拧紧进行防护。涂料法=配制有效防渗料浆涂于非渗表面。5.4.4 离子渗氮非渗表面可采用复盖、屏蔽，也可采用镀铜、镀镜等镀层防护，为防止镀层被离子轰击发生溅射，在有镀层部位可采用屏蔽遮盖。5.5稳定处理5.5. 1 对于复杂件、薄壁件以及切削量较大的制件，为减少渗氮过程中变形，可采用稳定处理。结构钢采用镀锡防护的局部渗氮制件，为防止锡在高温熔融状态下流淌，也可采用稳定处理工艺稳定防护镀层。为防止镀层氧化，应在保护气氛中进行稳定处理，5.5.2 需稳定处理的制件，在处理前应留有加工余量，以便处理后经加工消除其变形量。5.5.3 稳定处理工艺稳定处理温度应高于渗氮温度，低于回

12、火或时效温度，保温2-4h后缓玲。为匀锡而采用稳定处理时，其处理温度应稍低于渗氮温度，保温1.1.5h后缓冷。6 渗氯工艺6. 1 气体渗氯工艺6. 1. 1 制件装箱密封后通氨气赶尽箱内空气(可在箱温等于或小于200.C下进行)，当箱内分解率测得为零时，随炉升温，也可通入氯气赶气，赶气通入量应不少于渗箱体积的三倍。6. 1. 2 推荐的各种铜号渗氮工艺主要参数见表406.1.3渗氮过程中应每隔30min作一次温度、压力、分解率等项目的检查并作好原始记录。6.1.4 渗氮保温终了时应断开加热炉电源，继续通氨维持箱内正压，随炉降温冷却。也可通入氮气对箱内气氛进行置换，在氮气保护下冷却或在掺氮箱温

13、冷至350C以下时，将渗氮箱吊出4 HB/Z 79 95 在空气中冷却(箱内始终维持正压。待箱温降至150C以下，停止供氨氮)，取出渗氮制件。6.2 离子渗氨工艺6.2. 1 离子渗氮工艺参数a.离子渗氮电压一般应在400-800V.辉光电流密度为O.5-5mA/cmz 0 b.离子渗氮常用气压范围为133-665Pa，气压的选用应保证制件温度均匀。C.离子渗氮应采用仪表测温，其渗氮工艺参数可见表5a表4渗氮工艺参数材料牌号随化温度氧化时间辄气分解率潘氧层深度渗氮面硬度惨面心部土50Ch m四EHR15N 硬度HB(d)(80 55.60 1020 O. 450. 70 二主80480 107

14、5 1020 O. 500. 75 二三80510 4555 15-30 O. 350. 60 84 HRC 38CrA 二84510 5060 15-30 O. 450. 80 30-37 525 1O20 20-35 0.50-0.70 80 540 25 35-50 500 1520 1535 0.15-0.30 18Cr2Ni4WA 注883. 33. 6 500 100-110 15-35 0.60-0.80 500 1525 18-35 0.10-0.30 500 4550 18-35 0.35-0.60 二90520 15.-.20 2035 0.20-0.35 525 63.-

15、.67 20-35 0.50-0.80 注9038CrMoAlA 540 10-14 30-50 0.15-0.30 注883.3-3.6 525 20 20-35 O. 350. 55 二?;88540 10-15 35-50 525 25 20-35 o. 50O. 75 二主90540 30-35 35-.50 500 80.85 15.-.25 O. 600. 90 HR30N68 520 20-25 20-35 0.350.55 二三84525 20 20-35 4OCrNiMoA 0.40-0.70 3. 33. 6 540 10.15 35.-.50 二83525 25 20.-

16、.35 540 30.-.35 0.60-0.90 35.50 3例:rMnSiA500 25-35 20-30 0.20-0.30 注90HRC27-35 495 8-12 8-12 0.05-0.10 495 12-20 10-15 0.10-0.25 3OCr3MoA 495 ,lQ-60 10-15 0.30-0.60 3OCr3MoA HRC30-35 500 1315 812 0.10-0.15 HV王三80032Cr3MoVA 32Cr3MoVA 500 20-(0 20-30 O. 200. 30 520 10-15 30-40 0.10.0.25 HRC33.-.41 520

17、 3050 3040 0.30-0.60 ._ 备注两段法两段法两段法两段法两段法5 HB/Z 79-95 续表4材料牌号阕化温度氧化时间氯气分解率渗氯层深度渗氨面硬度啡曾磨面心部备注土5Ch mm HR15N 硬度HB(d)500 15.20 15.,35 O. 100. 20 HRC 30Ni4CrMoA 主主0.30HV注800500 55-65 20.35 34-38 495 30.35 15.35 0.20-0.30 HRC 35CrZNi4MoA HV注800495 60.65 15.35 0.30-0.45 39-47 520 10 25.35 35CrMoA 550 10 45

18、55 O. 200. 40 二主83二段法520 12 50-70 50CrVA 430 25-30 5-15 0.10-0.30 480 7-10 10-25 0.10-0.20 500 16 2030 HRC 25Cr3MoA 0.30-0.40 HV注850两段法540 20-25 35-50 30-37 500 48 15.25 0.10.0.16 lCr13 48 25.35 0.20.0.30 注88550 3.3-3.8 织二r13580 10-15 35-50 0.12-0.23 600 48 3550 0.30.0.45 二864Crl0Si2Mo 560 20 30-60

19、0. 4.0.24 注84HRC30-31 560 45.65 35.50 二三0.162Cr1BNiBW2 560 70.80 35.50 二注0.20注88二3.65600 55.65 50.85 二三0.18560 35.50 30-40 0.20-0.30 lCrllN2W2MoV 二三883. ,(-3. 7 580 30.35 30.70 0.26.0.40 560 30-40 3060 0.08-0.18 主77600 4045 50.70 。.08-0.18630 3540 50.80 二三0.08545 30 45.55 3.3.4.3 两段法0.10.0.12 4Cr14N

20、i14W2Mo 565 20 55.65 78 560 10 40.60 620 O.08 两段法30 60.80 560 30 45.55 0.10.0.24 两段法580 20 55.65 时丁rl7Ni4Cu4Nb550 35.40 30.70 HRC31.39 两段法0.13.0.25 90 时:rI7Ni7AL550 8.10 90.100 HRC39-45 lCr17Ni2 560 3.3.5 45.55 O. 030. 10 HV主8503.4-4.0 ZGICr17N3 560 5.8 30.50 o. 10 二注916 HB/Z 79-95 表5离子渗氮工艺参数材料牌号渗氮温

21、度渗氮时间渗氮层深度渗氮面硬度备注。Cmm 3Cr13 550土1025 ,.,._40min O. 03 O. 07 HV二三8501Cr17Ni2 550士1060-100min 0.05., 0. 10 HV850 5Ni2Mn5Cr3Mo 550土1025-30h O. 130. 18 HV注6504 OCrNiMoA 430士512-15h 0.25-0.50 HR15N二三8238CrMoALA 520土1010.15h O. 35_0. 50 HRC二三58;温如度.般穰零件可选用550士10.Cd.氨气流量可根据设备功率参照表6选用。根据设备及测温条件进行调整。表6设备功率与供

22、氨量的关系设备功率kW10 25 50 100 供氨量215-365 750.-.,1100 mL/min 100,-. 200 375-554 e.渗氮时间根据设备的渗氮能力、制件材料及渗层深度确定。6.2.2 渗氮终了时，切断辉光电源，制件在原气氛中随炉冷却，待温度冷却到150C以下时，方可出炉，6.2.3 离子渗氮过程中应每30min作一次温度、电压、电流、氨气流量、气压等参数的检查并作好原始记录。7 渗氯后制件质量检验7. 1 寝面质量检验7. 1. 1 表面质量采用目视检验.7. .2 渗氮表面应呈浅灰色或灰白色，不允许出现金属光泽及严重的氧化色.7.1- 3 局部渗氮件渗氮表面不应

23、杳镀、涂层痕迹，非渗防护面不应有漏渗现象。7. 1- 4 渗氮面不应有裂纹、剥落、碰伤、起泡及腐蚀等缺陷。7.2 司邮件尺寸及变形栓验制件尺寸，变形量应满足工艺文件要求。7.3 硬度检验7. 3. 1 制件硬度应符合图样或工艺文件要求，检测数量按HB5013检验方法按HB5172、HB 5173、HB5168 0 7.3.2 表面(渗氨面硬度检验采用维氏(HV)硬度计或洛氏轻负荷(HR15N或HR30N)进行检查。在试件上进行表面硬度检验时，可将渗层表面磨去O.03-0. 05mmo 7 HB/Z 79一957.3. 3 心部(非渗氮面硬度采用布氏硬度计田或洛氏硬度计进行检验。7. 4 渗层深

24、度和显微组织锥验7. 4. 1 渗层深度应符合工艺文件要求，测量方法按HB5023. 7.4.2渗层及心部显微组织的评定按HB5022 0 7. 5 特殊要求检验对有力学性能及其他要求的制件，按工艺文件规定执行。8缺陷防治与补救8. 1 制件表面氧化渗氮后出现氧化缺陷时，可重新装箱在氯气分解率为80%-100%的渗氮温度下保持2. 3h后随炉冷却渗层深度应符合工艺文件要求。也可采用低压细砂吹砂。8.2渗氨褒面硬度偏低或渗层深度不足渗氮表面硬度偏低或渗层深度不足时，可采用以下步骤补救s8. 2.1 渗氮表面采用低压细砂吹砂清理(局部渗氮件对非渗面进行保护).8.2.2 非渗氮面应检查防护层是否破

25、坏，已氧化或损坏的防护层应重新补镀(涂8.2.3制件进行补渗，补渗温度略低于渗氮温度若采用两段法渗氮时，可选用第一段渗氮温度)，补渗时间应根据渗层检测结果确定.8.3 变形渗氮后变形超出允许量时一般不允许机械校正，对非重要薄片、轴类件可采用静压力热校，热校温度应低于掺氮温度30.50(;，校正后制件应经消除应力处理及无损检验，不得有裂纹。8.4重复渗氮次数重复渗氮次数不得超过一次，离子掺氮允许二次。8.5 自层越深自层超深时，可采用机械法，化学腐蚀法及真空扩散法去除，具体方法参照附录B(参考件。8.6 不锈钢1Cr13、1Cr11Ni2W2MoV)渗氨后表面起泡防止起泡的措施za.严格控制制件

26、的原始晶粮度，应不低于6级.b.可采用低温摔火或双重摔火，控制制件掺氮前晶粒度，即:1000C油冷+950C泊冷+回火处理。8.7奥氏体不锈钢渗氯面剥落防止剥落措施=8 a.严格控制制件的原始晶粒度，应不低于6级，b.防止出现变形晶粒;C.锻件及棒材不允许存在网状碳化物，对断续网状碳化物也应慎用。HB/Z 79-95 9渗氨后的加工及热处理9. 1 渗氮面的加工量一般不大于O.05mmt若加工量超过O.05mm时，磨后表面硬度应仍能满足图样要求.9.2 关键件、重要件渗氮面经磨削加工后，应进行消除应力处理。消除应力处理z在低于渗氮的温度下，保温Z.3h后空冷。当处理的温度接近渗氮混度时，结构钢

27、应在保护气氛下加热.9 10 串() 12 t3 u) -a b 图l圆柱形试件12 图3圆形试件HB/z 79-95 附录A渗氮试件图(参考件 a b 图2矩形试件0.5-1.0 惨氯撞查面图4离子渗氮试件描热电偶孔除热电偶端点至渗氨面距离O.51. Omm要求外，真他尺寸根据需要选择.B1 机械法HB/Z 79-95 附录B自层去除方法(参考件)在掺氮面留有一定的余量，渗氨后经机械加工去除。B2化学蔚蚀法B2. 制件可采用蒸气氯溶剂)清理，也可对制件渗氮面采用100130目的石英砂，在不大于O.3MPa压力下吹砂清理。B2.2 将制件垣入盐酸溶液中(盐酸+缓蚀剂)浸30m血。盐酸溶液成份z

28、盐酸150.190g/L 缓蚀剂2.5g/L 该溶液可按以下比例配制=盐酸(HCLd=1. 16) 50%(V/V) 水50%V/V) 缓蚀剂(若丁0.28%V/V) 注2每升割￥液能榕纳渗氯面积约为O.08m2B2.3 浸蚀后每批取一个试件在硫酸溶液中阳极腐蚀23soB2.4 经阳极腐蚀后，渗氮面应为灰色，如有黑色，则表面清除不彻底，应将该批惨氯件在B2.2条中规定的盐酸潜液中再提15min。浸蚀后再重复硫酸液中阳极腐蚀检查。B2.5 经去白层腐蚀的零件应100%进行表面检查，不应有麻点和过腐蚀现象。82.6 清洗掺氨制件与试件。B2.7 制件与试件在室温下用50-70g/L的碳酸铺溶液中和

29、处理。82.8 经上述处理后的制件应在200-C下保持2h进行除氧处理。B3 真空扩散法8 3. 1 制件入炉前用氯榕液蒸气除袖，也可用超声气相除袖。B3. 2 制件进行真空扩散处理温度:500-52S.C;真空度:1. 33-1. 33 X 10-3Pa; 扩散时间:6.8hB3. 3 用110-130目的石英砂在不大于O.3MPa压力下对渗氮面进行轻吹砂，去除残余白色脆性层。B3.4 浸入氧化铜溶液，观察表面是否残存抗腐蚀的白色脆性层。11 HB/Z 79-95 附加说明=本标准由中国航空工业总公司航空材料、热工艺标准化技术归口单位提出。本标准由南方公司负责起草、六二一所、五O三厂参加。本标准主要起草人2苏怡兴。12