1Cr11NiMoV和1Cr12Ni3MoVN材料高温热处理

1Cr11NiMoV和1Cr12Ni3MoVN材料高温热处理氧化皮去除工艺分析

热处理试片(表面有氧化物)

1Cr11NiMoV平板试片(试片厚度2mm)按如下工步热处理;汽油清洗→空气炉内淬火( 1050C保温10min)→空气炉内回火(650C保温60min)不进行热处理的试片(表面无氧化皮一-空白试片)

氧化物的主要特征

1Cr11NiMoV和1Cr12Ni3MoVN都属马氏体不锈钢,在空气炉内经过淬、回火后v表面生成一层氧化皮。其特点是氧化皮比较厚,分布在零件各处的厚薄和致密程度差异大。氧化皮的主要成分是:CrO3,NiO、FeO)等,还有少量的碳化物和氮化物，如;Cr.C、Ni,C、Fe,C,NigN.CrgN等。在酸液内酸洗时,生成的腐蚀产物发粘,大部分粘附在零件表面,用化学方法难以去除,必须要用毛刷或布块刷洗才能清理干净。

酸洗去除氧化皮原理

马氏体不锈钢的热处理氧化皮成分复杂,所以用单一的酸一般难以除净零件上的氧化皮v通常都采用混合酸来去除,主要通过如下反应来去除氧化皮:

经常出现的腐蚀缺陷

斑块:采用HNO,+HF酸洗溶液来清除马氏体不锈钢的氧化皮时,会经常出现斑块状腐蚀缺陷,即零件经过酸洗后,表面氧化皮虽已除净,而基体上却出现大小、深浅不一的斑块,凹凸不平。

麻坑:酸洗后基体表面出现腐蚀麻坑,有的麻坑深度很深,致使零件报废。

零件壁厚减薄严重;有相当一部分零件为大型薄壁件,有的壁厚仅0.7mm,酸洗后零件壁摩减薄较多,严重影响零件的强度。

斑块形成原因

由于分布在零件上的氧化皮厚薄不一致,致密程度也不--样,酸洗时,薄而疏松的氧化物很快被除净,于是,这个地方的基体受到了酸液的浸蚀;又因为HNO,+-HF溶液对基体腐蚀速度较大;所以,待其它地方既厚又致密的氧化皮被除净时,受到酸液侵蚀的基体壁厚将会减薄较多,与其它表面形成了凹凸不平的斑块,斑块的大小和深浅程度与原有氧化皮的厚薄,致密程度﹑酸液对基体的腐蚀速度有关。

腐蚀麻坑的形成原因

马氏体不锈钢的氧化皮与酸发生反应后生成腐蚀产物粘度大,大部分都粘附在零件表面,于是,腐蚀产物与基体之间形成缝隙,缝隙内相对缺氧,使反应O＋2H,O)＋4c = 46H"进行缓慢,造成该处基体的负电荷数比相邻其他多氧区的负电荷数多,由此产生了电位差并形成腐蚀电偶,电位负的区域作为阳极被溶解,待腐蚀产物被清除后,被它覆盖的基体上就会出现麻坑,我们通常称之氧浓差电池腐蚀。麻坑深浅程度跟基体和腐蚀产物之间的缝隙大小以及腐蚀产物是否及时清理有关。

零件壁厚减薄原因

由于HF+HNO,酸液对基体的腐蚀速度较大,当酸洗时间较长时,就会使零件壁厚减薄较多。

酸洗工艺

通过上述分析,可以认为:斑块形成是因为零件上氧化皮疏密程度悬殊;麻点﹑麻坑现象是因为酸洗过程中腐蚀产物没有及时清理,它与基体形成腐蚀电偶v造成电位腐蚀,基体作为阳极被溶解﹔基体减薄太多是因为酸液对基体腐蚀速度太快造成。针对上述故障形成的原因,我们认为如果在酸洗工艺中,采取某种办法能杜绝故障形成的条件,就可以获取稳定的酸洗质量。为此,我们采用了如下三条措施:(1)酸洗前,增加松皮工步,把致密的氧化皮变得疏松﹒使零件上致密的氧化皮变得易于去除,这样,零件上各处的氧化皮去除速度可趋于均匀,从而,避免了斑块的形成。(2)在酸洗过程中,及时清理零件上的腐蚀产物,阻断腐蚀电偶的形成,也即阻断了麻坑、麻点的发生。(3)增加预酸洗工步,预酸洗采用的酸液可以去除大部分氧化皮,而对基体侵蚀不大,这样,不但大大缩短了最终酸洗的时间,而且还保证基体不会遭受过多的侵蚀,零件璧障尺寸就不会减小太多。

具体工艺选用试验如下:

酸洗工艺流程的选用

无松皮工步的工艺流程:除油→洗涤→酸洗→洗涤→吹干。

有松皮工步的工艺流程:除油→松皮→洗涤→酸洗→洗涤→吹干。

酸洗结果比较(见表1)。

表明结果:经过松皮工步,使原有比较致密的氧化皮变得疏松,不但使酸洗时间缩短,更重要的是使零件上各处氧化皮去除速度趋近于均等,从而改善以往由于零件各处氧化皮去除速度不-一致造成部分基体过早被酸液侵蚀的危害。松皮的作用机理简单地说,当带有氧化皮的零件浸入--定温度的带有氧化剂的碱性溶液中浸泡时(如NaOH +KMnO或NaOH+NaNO3),零件上的氧化物会与溶液中的氧化剂发生反应,生成新的氧化物。在这个过程中,使原有氧化物的分子结构发生改变.氧化物发生松动,从而降低原有氧化物与基体的结合强度v有利于酸洗去除。

酸洗

经过松皮工步的试片分别在下述4种酸液中酸洗:

1#酸液:HF(40%)   15og/L

为了证实HF和 HNO,对基体的腐蚀程度,我们把空白试片分别浸入只含HF的溶液中和只含HNO:的溶液中,30min后,发现试片并未受到较大的腐蚀。但当两种酸液混合后,试片的腐蚀速度立即加快,由此说明,马氏体不锈钢在HF和HNO,的混合溶液中会受到较大的腐蚀。

基体腐蚀速度试验

根据上述试验v我们删除了不太理想的1#酸液和3#酸液,把空白试片分别放入2#、4#酸液中浸泡30min ,检测试片减薄情况(平均值),结果如表3所示。

最佳工艺方法

上述试验可以得到如下5点结论:

(1)经过松皮工步,可以大大缩短酸洗时间。(2) HCl和若丁溶液对基体损害不大,但是只能去除疏松的氧化物,对较致密的氧化物难以*除净。

(3)在HF+HNO。的溶液中可以除净氧化物,但零件在酸液中浸泡时间过长往往会在基体上出现斑块和麻坑等腐蚀缺陷,而且酸液对基体的腐蚀速度也较大,造成零件璧厚减薄太多。

(4)酸洗过程中只要及时清除腐蚀产物就可以避免基体产生麻坑。

(5)综合整个实验数据,可以看出:采用联合酸洗的方法来去除氧化皮,将会取得良好的成效。工艺流程如下:

除油→松皮→洗涤→在HCI加若丁溶液中酸洗(20~30)min→洗涤→在HF+HNO;溶液中酸洗(1～3)min→洗涤→吹干。若氧化皮没除净,零件表面状态正常,可以重复上述工步。

近一年的生产现场实践证明:采用这种酸洗工艺,零件上氧化皮可以全部除净,且基体厚度减薄不多,零件表面状态也较好,从而大幅度提高了酸洗质量。有时,零件上会存在十分顽固的氧化皮,继续酸洗可能给零件带来损害,此时可以用机械方法去除残存的氧化皮,通常是用200目氧化铝砂粒湿吹砂方法去除。