【技术实现步骤摘要】
本申请涉及金属材料表面化学热处理的，更具体地说，涉及一种a100超高强度钢的气体氮化方法。
技术介绍
1、目前，a100等超高强度钢在航空航天等尖端领域应用广泛，如飞机起落架、涡轮发动机主轴、火箭发动机壳体等零件的制造都采用超高强度钢。近些年，随着航空航天领域对轻质高强、高可靠性材料的需求逐渐提高，钛合金、粉末冶金铝合金及复合材料应运而生。但由于航空航天领域对零件综合性能的高标准要求，超高强度钢在航空材料中依旧占据不可替代的位置。
2、a100超高强度钢在实际环境应用时，需要良好的强度、耐蚀性、耐磨性等性能。渗氮处理是指氮原子在一定温度、一定介质中渗入工件表面的化学热处理过程，包括气体氮化工艺、离子氮化工艺和液体氮化工艺。其中，气体氮化工艺可以显著提高零件的综合性能。但是，常规的气体氮化工艺包括渗氮处理部分和回火热处理部分；渗氮处理通常在800℃以上进行20-80h；在渗氮处理后，还需要将渗氮零件在600℃下进行回火热处理。因此，常规的渗氮处理具有工艺周期长、处理温度高、能源消耗大的缺点，并且处理后的渗氮零件表层脆性大、易剥落。
3、a100超高强度钢进行气体氮化时，因a100超高强度钢成分中含有co、ni等元素，而这些元素对n元素的扩散有抑制作用。另外，由于a100超高强度钢成分中含有较高的cr、ni等元素，使得a100超高强度钢表面会形成类似于不锈钢的钝化膜，这些原因导致a100超高强度钢的渗氮过程变得更加困难。
4、因此，提高超高强度钢的氮化效率、降低氮化成本、改善超高强度钢的表面氮化质
技术实现思路
1、本申请提供一种a100超高强度钢的气体氮化方法。本申请通过多个氮化阶段的温度和压力的调整，实现对a100超高强度钢的气体氮化催渗，最终能够在短时间内得到高硬度以及良好的耐疲劳性、耐腐蚀性和耐磨性能的均匀氮化层，同时能够提高超高强度钢的氮化效率和氮化质量，并能够降低氮化成本。
2、第一方面，本申请提供一种a100超高强度钢的气体氮化方法，采用如下的技术方案：
3、一种a100超高强度钢的气体氮化方法，所述气体氮化方法包括对所述a100超高强度钢依次进行的强渗阶段和扩散阶段处理，形成氮化层，获得氮化后a100超高强度钢；
4、所述气体氮化过程中，温度范围为450-500℃；压力范围为0.3-0.7mpa，保温时间为8-12h；
5、所述强渗阶段设置为低温高压环境，保温时间为1-2h；
6、所述扩散阶段设置为高温低压环境，且至少包括2个小阶段；所述小阶段之间的条件变化情况为：温度依次升高、压力依次降低。
7、本申请通过多个阶段温度和压力的调整，从而实现对a100超高强度钢的低温气体氮化催渗，最终能够在较短时间内得到高硬度以及良好的耐疲劳性、耐腐蚀性和耐磨性能的均匀氮化层，得到氮化后a100超高强度钢。
8、根据菲克第二扩散定律，在金属中氮原子传递的数学模型可用以下二阶偏微分方程表述：
9、
10、其中， n（x，t）表示 t时刻在 x位置处的氮含量，单位为ω%； d为扩散系数，单位为μm2/min。 d的实际值与很多因素有关，本申请通过阶段改变温度和压力，进而影响d值来提高渗氮效率，改善渗氮质量。
11、第一阶段为强渗阶段，设置为低温高压环境。目的是提高a100超高强度钢工件表面氮势，并且较低温度氮化使得a100超高强度钢工件表面硬度得到明显提升，氮向内扩散较慢，会先在a100超高强度钢工件表面形成氮化层。氮化层形成之后再阶段提升温度并且降低压力。
12、其他阶段为扩散阶段，设置为高温低压环境。渗氮温度相对提升，压力相对降低，氮原子迁移能力增强，氮的扩散系数也将增加，从而渗氮速率加快，阶段性地提升温度会抑制表层氮化物的生长，保证a100超高强度钢工件表层的硬度不会下降。降低压力会减小氮原子进入a100超高强度钢工件内部的阻碍，并且能够保证氮化层的均匀，同时改善工件表层的脆性。
13、本申请中气体氮化过程至少包括三个阶段，最多不超过五个阶段。
14、可选地，所述气体氮化过程中，保温时间为8-10h。
15、可选地，所述气体氮化过程中，包括3-5个阶段；所述第一阶段为强渗阶段，其余阶段皆为扩散阶段。
16、可选地，所述强渗阶段中，温度为450-460℃，压力为0.5-0.7mpa。
17、可选地，所述强渗阶段中，氨气分解率可以选择低于40%。
18、可选地，所述强渗阶段中，氨气分解率为25%。
19、可选地，所述强渗阶段中，氮势为3-4。
20、可选地，所述扩散阶段包括2-4个小阶段。
21、可选地，所述扩散阶段中，氮势为1.5-2.5。
22、可选地，所述扩散阶段中，氮势为1.7-2.0。
23、可选地，所述扩散阶段包括2个小阶段；条件分别为：
24、温度为460-470℃，压力为0.4-0.6mpa，保温时间为2-4h；
25、温度为470-490℃，压力为0.3-0.5mpa，保温时间为2-4h。
26、可选地，所述扩散阶段包括3个小阶段；条件分别为：
27、温度为460-470℃，压力为0.4-0.6mpa，保温时间为2-4h；
28、温度为470-490℃，压力为0.3-0.5mpa，保温时间为2-4h；
29、温度为490-500℃，压力为0.3-0.5mpa，保温时间为1-2h。
30、可选地，所述扩散阶段包括4个小阶段；条件分别为：
31、温度为460-470℃，压力为0.4-0.6mpa，保温时间为2-4h；
32、温度为470-490℃，压力为0.3-0.5mpa，保温时间为2-4h；
33、温度为480-500℃，压力为0.3-0.5mpa，保温时间为2-4h；
34、温度为490-500℃，压力为0.3-0.5mpa，保温时间为1-2h。
35、可选地，所述扩散阶段中，当温度为460-470℃时，氨气分解率为10-20%。
36、可选地，所述扩散阶段中，当温度为460-470℃时，氨气分解率为15%。
37、可选地，所述扩散阶段中，当温度为470-490℃时，氨气分解率为10-20%。
38、可选地，所述扩散阶段中，当温度为470-490℃时，氨气分解率为15%。
39、可选地，所述扩散阶段中，当温度为480-500℃时，氨气分解率为10-20%。
40、可选地，所述扩散阶段中，当温度为480-500℃时，氨气分本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种A100超高强度钢的气体氮化方法，其特征在于，所述气体氮化方法包括对所述A100超高强度钢依次进行的强渗阶段和扩散阶段处理，形成氮化层，获得氮化后A100超高强度钢；
2.根据权利要求1所述的气体氮化方法，其特征在于，所述强渗阶段中，温度为450-460℃，压力为0.5-0.7MPa。
3.根据权利要求1所述的气体氮化方法，其特征在于，所述扩散阶段包括2-4个小阶段。
4.根据权利要求3所述的气体氮化方法，其特征在于，所述扩散阶段包括2个小阶段；条件分别为：
5.根据权利要求3所述的气体氮化方法，其特征在于，所述扩散阶段包括3个小阶段；条件分别为：
6.根据权利要求3所述的气体氮化方法，其特征在于，所述扩散阶段包括4个小阶段；条件分别为：
7.根据权利要求1所述的气体氮化方法，其特征在于，所述气体氮化过程中，采用的含氮介质为氨气。
8.根据权利要求1所述的气体氮化方法，其特征在于，所述氮化后A100超高强度钢的氮化层厚度大于120μm，表面硬度大于1000HV。
9.根据权利要
10.根据权利要求1所述的气体氮化方法，其特征在于，所述气体氮化过程结束后，保持压力不变，氮化后A100超高强度钢冷却至300℃以下后取样。
...【技术特征摘要】
1.一种a100超高强度钢的气体氮化方法，其特征在于，所述气体氮化方法包括对所述a100超高强度钢依次进行的强渗阶段和扩散阶段处理，形成氮化层，获得氮化后a100超高强度钢；
2.根据权利要求1所述的气体氮化方法，其特征在于，所述强渗阶段中，温度为450-460℃，压力为0.5-0.7mpa。
3.根据权利要求1所述的气体氮化方法，其特征在于，所述扩散阶段包括2-4个小阶段。
4.根据权利要求3所述的气体氮化方法，其特征在于，所述扩散阶段包括2个小阶段；条件分别为：
5.根据权利要求3所述的气体氮化方法，其特征在于，所述扩散阶段包括3个小阶段；条件分别为：
【专利技术属性】
技术研发人员：厉勇，李瑞鑫，王春旭，吕知清，韩顺，傅万堂，厉鑫洋，耿如明，雷斯敏，刘雨，
申请(专利权)人：钢铁研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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