CN101560591A - 复合温度冷处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合温度冷处理工艺，包括淬火和之后的冷处理，该工艺的步骤包括：(1)钢件首先进行淬火处理；(2)淬火后马上进行冷处理，温度为－20℃～－70℃，至钢件心部冷透；(3)进行第一次低温回火，回火温度为80℃～150℃；(4)进行深冷处理，温度为＜－130℃，至钢件心部冷透；(5)再进行第二次低温回火。本发明的复合温度冷处理工艺通过淬火后进行复合温度冷处理，既可以减少残余奥氏体，稳定尺寸，增加硬度，析出超细微碳化物，提高耐磨损性能，还因为在深冷处理前进行了一次冷处理和低温回火，有效地控制了工件的第二和第三类残余应力，大大提高冲击韧性、避免宏观裂纹等缺陷。

Description

复合温度冷处理工艺
技术领域
本发明涉及一种金属材料的热处理工艺，尤其涉及一种高碳合金钢淬火后的冷处理工艺。
背景技术
钢件淬火后，会保留一定量的残余奥氏体，残余奥氏体属于不稳定相，在后续的加工或服役过程中会转变为马氏体，影响工件的尺寸稳定性，一般通过冷处理(室温～-70℃)来减少残余奥氏体量，并提高硬度。深冷处理(＜-130℃)不仅能够达到冷处理的目的，而且还能够进一步降低残余奥氏体量，并有超细微的碳化物析出，能够显著提高材料的耐磨损性能。
现有技术中，涉及到高碳低合金钢冷处理的工艺有三种，(1)淬火+冷处理(室温～-70℃)+低温回火处理，(2)淬火+深冷处理(＜-130℃)+低温回火处理，(3)淬火+低温回火处理+深冷处理(＜-130℃)+低温回火处理。
但是，目前的热处理工艺均有一定的局限性，工艺(1)只通过冷处理减少残余奥氏体，工艺(2)不仅达到工艺(1)的目的，而且由于深冷处理或深冷处理+低温回火处理，析出超细微的碳化物，能够显著提高材料的耐磨损性能。但是淬火及其随后的深冷处理，使材料存在较大的第二和第三类残余应力，形成更多的显微裂纹，造成冲击韧性的降低，同时容易造成工件心部和表面温差较大，组织转变的时间不同，形成宏观裂纹。工艺(3)在淬火后先进行一次低温回火，减小材料的残余应力，再进行深冷处理，达到上述目的，但是对于高碳合金钢来说，淬火后的低温回火，产生残余奥氏体稳定，随后的深冷处理并不能显著减少残余奥氏体量，硬度的增量也很少。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高碳合金钢的冷处理工艺，既能有效减少淬火后的残余奥氏体量，又能避免冷处理工艺产生较大的第二和第三类残余应力、降低冲击韧性、易形成宏观裂纹等缺陷。
为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案如下：
一种复合温度冷处理工艺，用于高碳合金钢淬火后的冷处理，包括淬火和之后的冷处理，该工艺的步骤包括：
(1)钢件首先进行淬火处理；
(2)淬火后马上进行冷处理，温度为-20℃～-70℃，至钢件心部冷透；
(3)进行第一次低温回火，回火温度为80℃～150℃；
(4)进行深冷处理，温度为＜-130℃，至钢件心部冷透；
(5)再进行第二次低温回火，温度为150℃～300℃。
进一步地该工艺步骤包括：
(1)钢件首先进行淬火处理；
(2)淬火后马上进行冷处理，温度为-20℃～-70℃，至钢件心部冷透；
(3)在空气中回温至室温；
(4)进行第一次低温回火，回火温度为80℃～150℃；
(5)在空气中冷却至室温；
(6)进行深冷处理，温度为＜-130℃，至钢件心部冷透；
(7)在空气中回温至室温；
(8)再进行第二次低温回火，温度为150℃～300℃；
(9)在空气中冷却至室温。
本发明巧妙运用两段冷处理、两次低温回火的工艺，
第一次冷处理，温度为-20℃～-70℃，以减少残余奥氏体量、提高硬度。
冷处理结束后进行的第一次低温回火，回火温度经大量的试验确定为80℃～150℃，目的是减小淬火和冷处理后的第二类和第三类应力，回火温度不同于常规工艺不能太高，过高的回火温度将达不到随后深冷处理的目的，高碳低合金钢取下限，高碳高合金钢取上限。
然后的深冷处理，温度为＜-130℃，进一步降低残余奥氏体量、提高材料的耐磨损性能。
然后第二次低温回火，温度一般在150℃-300℃，降低工件的硬度，符合产品的使用要求。
本发明的复合温度冷处理工艺通过淬火后进行复合温度冷处理，既可以减少残余奥氏体，稳定尺寸，增加硬度，析出超细微碳化物，提高耐磨损性能，还因为在深冷处理前进行了一次冷处理和低温回火，有效地控制了工件的第二和第三类残余应力，大大提高冲击韧性、避免宏观裂纹等缺陷。
附图说明
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：
图1为本发明的复合温度冷处理工艺的示意图。
其中：1.冷处理      2.第一次低温回火
      3.深冷处理    4.第二次低温回火
具体实施方式
以GCr15材料的20mm3的样品为例，进行如下实施例：
GCr15先进行淬火处理，淬火后马上进行冷处理，冷处理温度为-20℃～-70℃，时间为60分钟，在空气中回温，到室温后，进行第一次低温回火，温度为80℃～150℃，时间为60分钟，在空气中冷却，到室温后，进行深冷处理，温度为-180℃～-130℃，时间为60分钟，后在空气中回温，到室温后，进行第二次低温回火，温度为150℃～300℃，时间为120分钟，后在空气中冷却，处理结果，硬度为60-64HRC。
下表为各实施例具体参数及冷处理后工件的硬度性能如下表：
例   冷处理温度℃  低温回火1℃   深冷温度℃  低温回火2℃   硬度HRC
  1   -20   100   -150   300   60
  2   -60   90   -160   150   64
  3   -70   80   -180   210   63
  4   -50   150   -130   160   62
  5   -60   100   -150   150   64

Claims (2)

1.一种复合温度冷处理工艺，用于高碳合金钢淬火后的冷处理，包括淬火和之后的冷处理，其特征在于该工艺的步骤包括：
(1)钢件首先进行淬火处理；
(2)淬火后马上进行冷处理，温度为-20℃～-70℃，至钢件心部冷透；
(3)进行第一次低温回火，回火温度为80℃～150℃；
(4)进行深冷处理，温度为＜-130℃，至钢件心部冷透；
(5)再进行第二次低温回火，温度为150℃～300℃。
2.根据权利要求1所述的复合温度冷处理工艺，其特征在于该工艺的步骤包括：
(1)钢件首先进行淬火处理；
(2)淬火后马上进行冷处理，温度为-20℃～-70℃，至钢件心部冷透；
(3)在空气中回温至室温；
(4)进行第一次低温回火，回火温度为80℃～150℃；
(5)在空气中冷却至室温；
(6)进行深冷处理，温度为-180℃～-130℃，至钢件心部冷透；
(7)在空气中回温至室温；
(8)再进行第二次低温回火，温度为150℃～300℃；
(9)在空气中冷却至室温。
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