航空热处理主要特点与航空热处理炉选型技术要求（上）

一、概述 随着材料技术的进步与发展,航空飞行器逐渐增大了非金属材料特别是复合材料的使用量,但是对于军用航空飞行器,由于其性能要求等特点,金属材料目前仍主要用结构材料.热处理是航空金属材料构件获得最终服役性能的决定性因素,航空飞行器上几乎所有金属材料构件都需要进行热处理,因而热处理是航空飞行器制造过程的重要环节.     

1Cr11Ni2W2MoV钢的离子渗氮

利用脉冲直流辉光等离子技术,对1Cr11Ni2W2MoV马氏体热强不锈钢进行不同工艺参数的离子渗氮。利用光学显微镜、显微硬度计、XRD对渗氮层的显微组织及硬度进行了分析。结果表明,在所选用的离子渗氮工艺参数下,1Cr11Ni2W2MoV钢渗层只由扩散层组成,渗氮温度≤560℃时,渗层主要由固溶N原子的α相组成,并伴有少量的γ'-Fe4N和CrN析出;随着渗氮温度的升高和渗氮时间的延长,固溶N原子的α相逐渐转变成γ'-Fe4N相,当处理温度达到590℃时,渗层主要由γ'-Fe4N和Cr N组成。离子渗氮后渗层的表面硬度较未渗氮前有显著的提高,在一定范围内,渗层的表面硬度和渗层深度都随着渗氮温度和渗氮时间的增加而增加,渗层硬度梯度分布也随着渗氮时间的延长变得平缓。     

TC4钛合金的离子渗氮工艺

对TC4钛合金进行一系列离子渗氮试验,研究了离子渗氮温度、时间对渗层组织结构、显微硬度及表面残余应力的影响。结果表明:TC4钛合金经离子渗氮后表面硬度均可提高至基体的2~4倍,且表面为残余压应力状态。当渗氮温度800℃或渗氮时间8 h时,表面形成氮化物数量较少,光镜下只能观察到扩散层,随着渗氮温度的升高,渗氮时间的延长,表面由Ti N+Ti2N组成的化合物层厚度增加,致密性增强,硬度也随之增加。TC4钛合金经850℃×16 h离子渗氮后表面硬度可达到900 HV0.1左右,渗氮层由致密的化合物层+扩散层组成。随着渗氮温度继续增加,渗氮时间继续延长,表层氮化物聚集长大,渗氮层开始变得疏松。     

钛合金真空离子渗氮组织及耐磨性能

采用真空离子渗氮设备开展了TC4及TA7钛合金真空离子渗氮工艺试验,采用SEM、XRD等分析了渗层组织,测量了渗氮层显微硬度及渗氮深度,测试了渗氮层的耐磨性能。结果表明,钛合金离子渗氮可形成化合物层+扩散层的典型渗氮层,总渗氮深度可达100 μm以上,渗氮层表面硬度达1200 HV0.1以上。TC4钛合金850 ℃渗氮16 h后,耐磨性能与基体相比显著提高。     

超高强度钢制螺栓的短时回火工艺

讨论采用感应加热的方式对30CrMnSiNi2A钢制螺栓试验件进行局部短时回火处理,分别在700、600和550℃温度下对试样进行保温,保温时间为10 s至50 s,研究了温度和保温时间对试样不同区域硬度的影响,并确定了感应加热的最佳工艺。采用最佳工艺处理了30CrMnSiNi2A钢力学性能试样,测试了其偏斜拉伸和低周疲劳性能,并与铅浴回火工艺进行了比较。研究表明感应加热600℃保温10 s的工艺稳定性最佳,三区硬度分别为:回火区域67~68 HRA;过渡区70~72 HRA;非回火区74~75 HRA,可满足典型制件的技术要求,其处理的偏斜拉伸性能和低周疲劳性能与铅浴工艺处理相当。感应工艺可取代传统有毒的铅浴工艺,用于30CrMnSiNi2A钢制螺栓的生产。     

钛合金离子渗氮后的组织及耐磨性能

对TC4及TA7钛合金分别在900℃进行离子渗氮工艺试验,借助于SEM、XRD等分析了渗层组织,测量了渗氮层显微硬度及渗氮深度,测试了渗氮层的耐磨性能。结果表明,钛合金离子渗氮可形成化合物层+扩散层的典型渗氮层,总渗氮深度可达100μm以上,渗氮层表面硬度达1200 HV0.1以上。TC4钛合金850℃渗氮16 h后,耐磨性能与基体相比显著提高。     

电磁纯铁渗氮

以纯铁为对象,通过金相和X射线衍射分析对气体渗氮后的组织和磁性能进行研究。结果表明,决定纯铁渗氮后组织形态和分布的最关键参数是温度和保温时间,形成的致密连续γ′相和ε相混合层可显著提高表面硬度,达到900 HV0.01以上。渗氮后,纯铁的磁性能会有不同程度的下降,其下降程度与渗氮组织形态和分布相关。针对飞控伺服作动器中电磁纯铁制件的要求,通过调整渗氮工艺参数,可以满足其磁性能和硬度的要求。     

Cr17Ni2不锈钢低压真空渗碳工艺研究

采用低压渗碳工艺对Cr17Ni2不锈钢进行了渗碳处理,解决了由于不锈钢表面存在钝化膜以及渗碳温度较高而无法采用传统气体工艺进行渗碳的问题,比较了Cr17Ni2钢低压真空渗碳后不同的淬火温度和冰冷处理工艺对试样硬度和心部组织的影响。结果表明,理想的表面硬度和显微组织是:渗层深度0.5mm,表面硬度≥750HV10,微观组织由细小、弥散分布于马氏体中的碳化物和δ铁素体组成。     

27SiMnMoV钢针阀体的高压气淬工艺

采用低压真空渗碳工艺对27SiMnMoV钢针阀体进行渗碳处理,比较了高压气淬与油淬对表面渗层组织和心部组织的影响。结果表明,不同淬火参数对渗碳层组织影响不大,淬火温度越高,气淬压力越大,心部组织中铁素体含量越少,同一温度下,15 bar(1 bar=10⁵ Pa)气淬与油淬得到的心部组织相近;装料方式对心部组织影响很大,同炉装料中,上层比下层的铁素体含量少;27SiMnMoV钢针阀体气淬易出现同炉不同零件心部硬度不均匀的现象,通过适当的调整气淬压力,在一定程度上可以减小不均匀程度;选用适当工艺,27SiMnMoV钢针阀体气淬可以取代油淬。     

直流电弧炉炉底导电砖的炼钢试验

东北大学和鞍钢耐火材料公司研制的直流电弧炉炉底导电镁碳砖的实验室冶炼试验结果表明，在炼钢过程中，该材料导电性和耐侵蚀性良好，冷热启动容易，电弧燃烧平稳。