CN100348770C - 高温渗碳钢H10Cr4Mo4Ni4V的热处理渗碳工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于热处理工艺技术领域，提出的高温渗碳钢H₁₀Cr4Mo4Ni4V的热处理渗碳工艺，高温渗碳钢H₁₀Cr4Mo4Ni4V的渗碳工艺参数为：渗碳温度：强渗期910—930℃、扩散期935—950℃，碳势选用0.5%—0.7%，渗碳时间由公式得出，即h=t，式中：h表示渗碳深度，δ表示系数，δ≈0.34，t表示时间，渗碳淬火采取快速淬火油冷却方式。本发明按上述工艺参数处理的高温渗碳钢H₁₀Cr4Mo4Ni4V其表面即无粗大碳化物又无网状碳化物，碳浓度强度合理，具有较好的渗层组织，表面碳浓度及碳浓度梯度。

Description

高温渗碳钢H10Cr4Mo4Ni4V的热处理渗碳工艺

技术领域

本发明属于热处理工艺技术领域，主要涉及的是一种高温渗碳钢H10Cr4Mo4Ni4V的热处理渗碳工艺。

背景技术

随着航空工业的迅速发展，对喷气发动机主轴轴承的性能提出了更高的要求，除要求其具有高的工作转速、高的断裂韧性和高的接触疲劳寿命(900小时以上)外，还要求有较高的高温硬度，保证喷气发动机在工作过程中不会因轴承脆性断裂等造成发动机突然失效。

全淬透钢韧性低是众所周知的，因此，采用一种高断裂韧性的高温渗碳轴承钢制造发动机主轴轴承的研究是当前急待解决的问题，研究资料表明，这种轴承除了具有高的断裂韧性和高的接触疲劳寿命外，还有较好的高温硬度，在315℃时效1000小时硬度不低于HRC58；高的工作转数DN值可达3×10⁶(而用M50钢制造的轴承当DN值达到时2.4×10⁶就会发生灾难性毁坏)。为满足使用的要求，选用了高温渗碳钢H10Cr4Mo4Ni4V，该钢采用双真空技术冶炼，材质纯净度高，氧含量(质量分数)＜10×10^-6几乎看不到非金属夹杂物，退火组织非常均匀，晶粒细小，碳化物分布均匀。由于这种钢中含有较多的合金元素，使得热处理工艺与普通渗碳钢有很大的差别。高温渗碳钢H10Cr4Mo4Ni4V现已在斯贝发动机上试用，但国内对这种钢的性能及渗碳工艺参数、淬、回火工艺参数的认识还处于较低级阶段，生产中存在的有些问题，尤其是热处理工艺的渗碳、淬火工艺亟待解决。

渗碳工艺是整个热处理工序最重要的环节，直接影响到轴承工作表面的热处理质量，因此，渗碳时合理地选择渗碳温度及时间，控制好各阶段的碳势及出炉冷却方式至关重要。采用普通军工轴承渗碳钢的工艺，即930℃的渗碳温度，在强渗期采用1.2％的碳势值，扩散期采用0.9％的碳势，按照此工艺渗碳主要存在的问题是渗层出现严重的网状碳化物，该网状碳化物形成后，根本不能消除。经分析认为H10Cr4Mo4Ni4V因含Mo、V合金元素较多影响了碳元素在奥氏体中的溶解量，致使同样的碳势易形成网状碳化物及粗大碳化物，严重影响断裂韧性。

发明内容

本发明的任务即由此产生，提出一种高温渗碳钢H10Cr4Mo4Ni4V的热处理渗碳工艺，解决渗碳过程中出现的网状碳化物和粗大碳化物。

为完成上述任务，在对高温渗碳钢H10Cr4Mo4Ni4V及渗碳工艺进行重点研究，通过大量的试验，提出本发明高温渗碳钢H10Cr4Mo4Ni4V的渗碳工艺参数为：渗碳温度：强渗期910-930℃、扩散期935-950℃，碳势选用0.5％-0.7％。

本发明渗碳工艺的渗碳时间是由渗碳层的深度决定的，可以由计算公式得出，即 $h=\mathrm{\δ}\sqrt{t},$ h表示渗碳深度，δ表示系数，δ≈0.34，t表示时间。

本发明渗碳温度强渗期高于930℃时，渗碳不易控制，因为温度越高，碳原子的活性越强，容易出现粗大碳化物，即使在低碳势仍难免会出现粗大碳化物现象。

本发明渗碳温度扩散期最高为950℃，是目前渗碳炉所能承受的最高温度。

本发明渗碳温度扩散期低于935℃时，扩散时形成碳浓度梯度不好，扩散慢，增加成本，并且解决不了表面微量的粗大碳化物现象。

本发明渗碳温度强渗期低于910℃时，渗碳过慢，一是影响成本，另外，表面饱和碳浓度低，影响硬度及耐磨性。碳势低于0.5％，二次淬火时其表面硬度达不到轴承零件的要求(58HRC)，高于0.7％，就会出现消除不了网状碳化物及粗大碳化物。

本发明渗碳淬火采取快速淬火油冷却方式，目的是为了防止因冷速过慢而产生网状组织。

按上述工艺参数进行渗碳两次试验，并对其进行检测，结果如下：(1-5号为第一炉，6-10号为第二炉)

   渗碳层深mm    粗大碳化物     网状碳化物    渗层组织

1  1.4           无             无            合格

2  1.45          无             无            合格

3  1.4           无             无            合格

4  1.45          无             无            合格

5  1.5           无           无            合格

6  1.4           无           无            合格

7  1.4           无           无            合格

8  1.45          无           无            合格

9  1.45          无           无            合格

10 1.45          无           无            合格

具体实施方式

实施例1：

本实施例是处理渗碳层深度为1.2mm的高温渗碳钢H10Cr4Mo4Ni4V，其渗碳工艺参数为：强渗期渗碳温度：920℃，碳势：0.7％，时间：8h；扩散期渗碳温度：945℃，碳势：0.6％，时间：5h。

按上述工艺参数处理的高温渗碳钢H10Cr4Mo4Ni4V渗碳13小时后渗碳层深度为1.2mm，表面即无粗大碳化物又无网状碳化物，碳浓度强度合理，所以产品得到较好的渗层组织，表面碳浓度及碳浓度梯度。

实施例2：

本实施例是处理渗碳层深度为1.4mm的高温渗碳钢H10Cr4Mo4Ni4V，其渗碳工艺参数为：强渗期渗碳温度：920℃，碳势：0.7％，时间：10h；扩散期渗碳温度：945℃，碳势：0.6％，时间：6h。

按上述工艺参数处理的高温渗碳钢H10Cr4Mo4Ni4V渗碳16小时后渗碳层深度为1.4mm，表面即无粗大碳化物又无网状碳化物，碳浓度强度合理，所以产品得到较好的渗层组织，表面碳浓度及碳浓度梯度。

实施例3：

本实施例是处理渗碳层深度为1.6mm的高温渗碳钢H10Cr4Mo4Ni4V，其渗碳工艺参数为：强渗期渗碳温度：920℃，碳势：0.7％，时间：14h；扩散期渗碳温度：945℃，碳势：0.55％，时间：8h。

按上述工艺参数处理的高温渗碳钢H10Cr4Mo4Ni4V渗碳22小时后渗碳层深度为1.6mm，表面即无粗大碳化物又无网状碳化物，碳浓度强度合理，所以产品得到较好的渗层组织，表面碳浓度及碳浓度梯度。

Claims (4)

1、一种高温渗碳钢H₁₀Cr4Mo4Ni4V的热处理渗碳工艺，其特征在于：高温渗碳钢H₁₀Cr4Mo4Ni4V的渗碳工艺参数为：渗碳温度：强渗期910-930℃、扩散期935-950℃，碳势选用0.5％-0.7％，渗碳时间由公式得出，即 $h=\mathrm{\δ}\sqrt{t},$ 式中：h表示渗碳深度，6表示系数，6≈0.34，t表示时间，渗碳淬火采取快速淬火油冷却方式。

2、根据权利要求1所述的高温渗碳钢H₁₀Cr4Mo4Ni4V的热处理渗碳工艺，其特征在于：其渗碳工艺参数为：强渗期渗碳温度：920℃，碳势：0.7％，时间：8h；扩散期渗碳温度：945℃，碳势：0.6％，时间：5h。

3、根据权利要求1所述的高温渗碳钢H₁₀Cr4Mo4Ni4V的热处理渗碳工艺，其特征在于：其渗碳工艺参数为：强渗期渗碳温度：920℃，碳势：0.7％，时间：10h；扩散期渗碳温度：945℃，碳势：0.6％，时间：6h。

4、根据权利要求1所述的高温渗碳钢H₁₀Cr4Mo4Ni4V的热处理渗碳工艺，其特征在于：其渗碳工艺参数为：强渗期渗碳温度：920℃，碳势：0.7％，时间：14h；扩散期渗碳温度：945℃，碳势：0.55％，时间：8h。