CN102703908A - 冲击活塞的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及冲击活塞的热处理方法，冲击活塞的材料为20Cr2Ni4，先将冲击活塞表面清洁后放入渗碳炉内渗碳，渗碳温度900～930℃，时间20～30小时，渗碳后随炉冷却；再对冲击活塞进行淬火处理，淬火温度780～820℃，保温3～5小时后进放入淬火液，时间控制在30～120秒，淬火后风冷；最后将冲击活塞放入回火炉中，进行170～200℃回火4～6小时，出炉后自然冷却至室温。采用本工艺一方面可有效提高活塞的生产效率，另一方面使活塞具有较高的表面硬度和合适的心部硬度，从而使活塞表面具有很强的耐磨损性能和较高的承载能力，且具有很强的抗冲击性能。

Description

冲击活塞的热处理方法
技术领域
本发明涉及活塞的热处理工艺，尤其涉及具有较高表面硬度和冲击性能的潜孔冲击器用活塞的热处理方法。
背景技术
 活塞是潜孔冲击器的关键部位之一，是受力最复杂，最易损坏的部件。在冲击过程中，活塞以每秒几米至几十米的速度冲击钎杆并反弹，产生极大的瞬时冲击力并对活塞造成严重的破坏，以致活塞出现断裂、剥落、崩块等普遍失效情况。因而很多热处理工作者致力于冲击活塞的热处理工艺研究，希望它具有很高的强韧性和抗冲击疲劳性，同时活塞的表面具有高硬度，以使冲击活塞在高频率强烈冲击过程中不蹋陷、不崩裂，延长活塞的使用寿命。
近年来，在冶金矿山、煤矿岩巷、化工采矿等岩石掘进工程中，潜孔冲击器正在发挥着越来越重要的作用，这就对冲击活塞的性能提出了更高的要求，进而对加工活塞的原材料和热处理工艺提出了更高的要求。目前，传统的热处理工艺或者提高了活塞的抗冲击性能，但是牺牲了表面硬度，降低了活塞表面抗载荷和耐磨损能力；或者具有较高的表面硬度，但抗冲击性能差，活塞的使用寿命始终达不到矿山生产要求。这不但影响矿山的工作效率，且在经济上也造成了一定损失。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种冲击活塞的热处理方法，旨在有效提高活塞的生产效率，解决活塞的抗冲击性能和表面硬度，提高使用寿命。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
冲击活塞的热处理方法，冲击活塞的材料为20Cr2Ni4，其成分重量百分比：C 0.17～0.23%，Mn 0.3～0.6%，P ≤0.035%，S ≤0.035%，Si 0.17～0.37%，Ni 3.25～3.65%，Cr 1.27～1.65%，Cu ≤0.08%，其特征在于包括以下步骤：
1）将冲击活塞表面清洁后放入渗碳炉内渗碳，渗碳温度900～930℃，时间20～30小时，渗碳后随炉冷却；
2）对冲击活塞进行淬火处理，淬火温度780～820℃，保温3～5小时后进放入淬火液，时间控制在30～120秒，淬火后风冷；
3）将冲击活塞放入回火炉中，进行170～200℃回火4～6小时，出炉后自然冷却至室温。
进一步地，上述的冲击活塞的热处理方法，步骤1）中，渗碳工艺采用保护气氛加热。
更进一步地，上述的冲击活塞的热处理方法，步骤2）中，淬火液温度控制在20～60℃。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
采用本发明热处理方法后冲击活塞性能：表面硬度HRC 59～63，心部硬度HRC 38～42，夏比V型缺口试样冲击功（AKV）≥100 J。渗碳后采用快速淬火的方法使表面组织有效的转化为马氏体，得以硬化；而心部组织有相对缓慢的冷却速度，使活塞的心部保持了较高的韧性。该方法不仅缩短活塞的加工时间，提高生产效率，而且使活塞具有较高的表面硬度和耐磨性，心部又具有较好韧性和抗冲击性，进而提高了活塞的使用寿命，节约采矿成本。
具体实施方式
结合实施例对本发明热处理工艺作进一步详细的说明。
实施例1：
冲击活塞的材料为20Cr2Ni4，其成分重量百分比：C 0.17～0.23%，Mn 0.3～0.6%，P ≤0.035%，S ≤0.035%，Si 0.17～0.37%，Ni 3.25～3.65%，Cr 1.27～1.65%，Cu ≤0.08%；
渗碳：将冲击活塞表面清洁后放入渗碳炉中，加热至900～920℃，保温25小时，炉内氮气冷却；渗碳过程采用氮甲醇为保护气，天然气为富化气；渗碳过程使活塞的表面得到硬化；
淬火：将正火后的冲击活塞加热至780～800℃，保温5小时后，迅速进入20～60℃的淬火液，淬火时间100秒，淬火后迅速风冷；
低温回火：回火温度170～190℃，回火时间4小时，出炉后自然冷却至室温。
经过上述热处理工艺后，对冲击活塞进行如下检测：
硬度测试：表面硬度HRC 59，心部硬度HRC 38。
冲击韧性实验：从冲击活塞上依据国标尺寸纵向取冲击试样，室温下夏比V型缺口试样冲击功（AKV）≥100J。
实施例2：
冲击活塞的材料为20Cr2Ni4，其成分重量百分比：C 0.17～0.23%，Mn 0.3～0.6%，P ≤0.035%，S ≤0.035%，Si 0.17～0.37%，Ni 3.25～3.65%，Cr 1.27～1.65%，Cu ≤0.08%；
渗碳：将冲击活塞表面清洁后放入渗碳炉中，加热至910～930℃，保温20小时，炉内氮气冷却；渗碳过程采用氮甲醇为保护气，天然气为富化气；渗碳过程使活塞的表面得到硬化；
淬火：将正火后的冲击活塞加热至790～820℃，保温3小时后，迅速进入20～60℃的淬火液，淬火时间30秒，淬火后迅速风冷；
低温回火：回火温度180～200℃，回火时间6小时，出炉后自然冷却至室温。
经过上述热处理工艺后，对冲击活塞进行如下检测：
硬度测试：表面硬度HRC 60，心部硬度HRC 42。
冲击韧性实验：从冲击活塞上依据国标尺寸纵向取冲击试样，室温下夏比V型缺口试样冲击功（AKV）≥100J。
实施例3：
冲击活塞的材料为20Cr2Ni4，其成分重量百分比：C 0.17～0.23%，Mn 0.3～0.6%，P ≤0.035%，S ≤0.035%，Si 0.17～0.37%，Ni 3.25～3.65%，Cr 1.27～1.65%，Cu ≤0.08%；
渗碳：将冲击活塞表面清洁后放入渗碳炉中，加热至905～915℃，保温23小时，炉内氮气冷却；渗碳过程采用氮甲醇为保护气，天然气为富化气；渗碳过程使活塞的表面得到硬化；
淬火：将正火后的冲击活塞加热至785～810 ℃，保温3.5小时后，迅速进入20～60℃的淬火液，淬火时间50秒，淬火后迅速风冷；
低温回火：回火温度180～190℃，回火时间5.5小时，出炉后自然冷却至室温。
经过上述热处理工艺后，对冲击活塞进行如下检测：
硬度测试：表面硬度HRC 63，心部硬度HRC 40。
冲击韧性实验：从冲击活塞上依据国标尺寸纵向取冲击试样，室温下夏比V型缺口试样冲击功（AKV）≥100J。
实施例4：
冲击活塞的材料为20Cr2Ni4，其成分重量百分比：C 0.17～0.23%，Mn 0.3～0.6%，P ≤0.035%，S ≤0.035%，Si 0.17～0.37%，Ni 3.25～3.65%，Cr 1.27～1.65%，Cu ≤0.08%；
渗碳：将冲击活塞表面清洁后放入渗碳炉中，加热至900～930℃，保温30小时，炉内氮气冷却；渗碳过程采用氮甲醇为保护气，天然气为富化气；渗碳过程使活塞的表面得到硬化；
淬火：将正火后的冲击活塞加热至780～820℃，保温4小时后，迅速进入20～60℃的淬火液，淬火时间120秒，淬火后迅速风冷；
低温回火：回火温度170～200℃，回火时间5小时，出炉后自然冷却至室温。
经过上述热处理工艺后，对冲击活塞进行如下检测：
硬度测试：表面硬度HRC 61，心部硬度HRC 40.5。
冲击韧性实验：从冲击活塞上依据国标尺寸纵向取冲击试样，室温下夏比V型缺口试样冲击功（AKV）≥100J。
通过金相观察发现，经过本发明热处理工艺后，表面组织为针状马氏体和少量残余奥氏体，组织细小均匀，因而组织具有较高的硬度和较好的耐磨性；心部为粒状贝氏体、板条马氏体和铁素体，势必使心部硬度控制在合适的范围内，并具有很高的抗冲击性。
综上所述，采用本发明热处理方法后冲击活塞性能：表面硬度HRC 59～63，心部硬度HRC 38～42，夏比V型缺口试样冲击功（AKV）≥100 J。渗碳后采用快速淬火的方法使表面组织有效的转化为马氏体，得以硬化；而心部组织有相对缓慢的冷却速度，使活塞的心部保持了较高的韧性。该方法不仅缩短活塞的加工时间，提高生产效率，而且使活塞具有较高的表面硬度和耐磨性，心部又具有较好韧性和抗冲击性，进而提高了活塞的使用寿命，节约采矿成本。
需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.冲击活塞的热处理方法，冲击活塞的材料为20Cr2Ni4，其成分重量百分比：C 0.17～0.23%，Mn 0.3～0.6%，P ≤0.035%，S ≤0.035%，Si 0.17～0.37%，Ni 3.25～3.65%，Cr 1.27～1.65%，Cu ≤0.08%，其特征在于包括以下步骤：
1）将冲击活塞表面清洁后放入渗碳炉内渗碳，渗碳温度900～930℃，时间20～30小时，渗碳后随炉冷却；
2）对冲击活塞进行淬火处理，淬火温度780～820℃，保温3～5小时后进放入淬火液，时间控制在30～120秒，淬火后风冷；
3）将冲击活塞放入回火炉中，进行170～200℃回火4～6小时，出炉后自然冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的冲击活塞的热处理方法，其特征在于：步骤1）中，渗碳工艺采用保护气氛加热。
3.根据权利要求1所述的冲击活塞的热处理方法，其特征在于：步骤2）中，淬火液温度控制在20～60℃。
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