CN102758207A - 一种提高钢质工件表面性能的复合热处理工艺 - Google Patents

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蔡红
叶俭
王超
顾正
谢维立
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Abstract

本发明公开了一种提高钢质工件表面性能的复合热处理工艺，其步骤包括：a、通过表面碳分配增碳工艺，增加所述钢质工件表面的碳含量；b、通过激光淬火工艺提高所述钢质工件的表面硬度。本发明的复合热处理工艺适用于能够通过表面碳分配增碳工艺提高表面碳含量的钢质工件。本发明中将多种传统热处理工艺以及新兴热处理工艺复合起来，显著提高钢件整体或特定部位表面的硬度和耐磨性。通过本发明可部分替代传统的表面化学增碳工艺，实现节能减排的目的，可使部分原来无法进行激光相变硬化处理的低碳钢适用于表面激光淬火处理。使得具备独特优势的激光淬火处理获得更加广泛的应用。

Description

一种提高钢质工件表面性能的复合热处理工艺
技术领域
本发明涉及一种热处理工艺，尤其涉及一种钢件的热处理工艺。 
背景技术
对碳含量获得增加的钢件表面进行表面淬火处理，使钢件表面（在一定的深度内）得到强化的工艺是一种应用比较广泛的热处理工艺。经该工艺处理后的钢件表面能得到较高的硬度和耐磨性，钢件心部则有合适的塑韧性，使钢件具有优良的力学性能，适应所需要的服役条件。 
常见的表面增碳结合表面淬火的工艺通常是采用化学法增加表面碳含量（诸如：气体渗碳、液体渗碳、固体渗碳等）结合表面淬火工艺(诸如：感应淬火、激光淬火等)，称之为表面渗碳淬火工艺。此工艺在工业生产中被大量采用，但是此工艺过程时间长、能源消耗大。 
激光表面淬火工艺是一种较为先进的表面相变硬化手段，是指利用激光将金属材料表面加热到相变点以上，随着材料自身冷却,奥氏体转变成马氏体，使材料表面硬化，同时硬化层内残留有相当大的压应力，从而增加了表面的疲劳强度。利用这一特点对工件表面实施激光淬火，则可以大大提高材料的耐磨性和抗疲劳性能。但是激光表面淬火工艺仅适用于碳含量在0.2wt%以上的钢件，限制了激光淬火工艺在低碳钢工件上的应用。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种更合理有效能耗更小的复合热处理工艺，可使部分无法激光淬硬处理的低碳钢（含碳量低于0.2wt%）经淬火-碳分配表面增碳工艺处理后可适用激光淬硬处理。 
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是 
一种提高钢质工件表面性能的复合热处理工艺，其步骤包括：
a、通过表面碳分配增碳工艺，增加所述钢质工件表面的碳含量；
b、通过激光淬火工艺提高所述钢质工件的表面硬度。
所述的表面碳分配增碳工艺可以为盐浴表面增碳工艺、激光淬火表面增碳工艺或感应淬火表面增碳工艺中的一种或者多种。 
更优地，所述的表面碳分配增碳工艺为激光淬火表面增碳工艺或感应淬火表面增碳工艺中的一种或者多种。 
本发明的复合热处理工艺适用于能够通过表面碳分配增碳工艺提高表面碳含量的钢质工件。 
这种表面强化工艺是指通过多种常规热处理工艺单独或组合使用借助淬火-碳分配技术原理获得表面增碳工效果，随后采用激光淬火工艺对钢件整体或局部表面进行激光淬火硬化处理。采用本工艺处理的钢件表面具有很高的硬度和耐磨性，钢件整体性能优于传统的化学法表面增碳以及单纯采用表面激光淬火工艺。采用本发明的复合热处理技术可部分替代表面渗碳工艺，降低能耗，使得钢件整体或特定的局部表面硬度及耐磨性显著提高，并且可使部分无法进行激光淬火硬化处理的低碳钢（含碳量低于0.2wt%）经表面增碳工艺处理后可适用激光淬火硬化处理。 
本发明中将多种传统热处理工艺以及新兴热处理工艺复合起来，显著提高钢件（本发明仅适用于可进行淬火-碳分配工艺处理的钢种）整体或特定部位表面的硬度和耐磨性。通过本发明可部分替代传统的表面化学增碳工艺，实现节能减排的目的。 
采用本发明可使部分原来无法进行激光相变硬化处理的低碳钢（含碳量低于0.2wt%的低碳钢在激光淬火过程中因碳含量较少，无法形成大量的马氏体强化相）适用于表面激光淬火处理。使得具备独特优势的激光淬火处理获得更加广泛的应用。 
本发明采用通过基体中马氏体里的碳原子向表层中残余奥氏体扩散实现表面增碳的方法，可部分替代传统的表面渗碳工艺，节能减排，缩短热处理工艺周期。 
而更优地，采用感应淬火以及激光淬火等多种绿色节能方法，可避免盐浴处理可能会产生的污染环境，尽可能地做到节能减排，同时简化工艺流程。 
附图说明
图1为碳分配工艺曲线示意图； 
图2a、2b为60Si2Mn钢经表面增碳处理前后EDS能谱分析结果示意图，其中图2a为表面增碳处理前，图2b为表面增碳处理后；
图3为60Si2Mn钢表面增碳工艺处理后的SEM照片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。 
实施例1：选用市售60Si2Mn钢。在其表面喷涂0.5mm厚氧化锆涂层，随后根据淬火-碳分配理论按照图1所示工艺曲线进行盐浴。去除氧化锆涂层后，经EDS能谱测得表面的碳含量由0.59wt%提高至0.75wt%（结果见图2所示）。60Si2Mn钢经过增碳工艺处理后的表面形貌SEM照片如图3所示。经过测试表明经增碳工艺处理后表面硬度为455HV，实验证明增碳工艺处理前后表面硬度并无显著提高。随后对60Si2Mn试样增碳处理表面进行激光淬火处理，使表面硬度由455HV提高至929HV，证明经过增碳处理后再进行激光淬火处理，表面硬度显著提高。 
实施例2：选用自制低碳合金钢（含碳量为0.15wt%）。采用激光淬火技术对材料表面进行淬火处理，在表层形成大量残余奥氏体，随后在真空热处理炉内进行碳分配（PT）处理，碳分配过程中的保温温度及保温时间参照图1中PT部分。经EDS能谱测得表面的碳含量提高了7%。经过测试表明经增碳工艺处理后表面硬度为302HV，实验证明增碳工艺处理前后表面硬度并无显著提高。随后对自制低碳合金钢表面进行激光淬火处理，使其表面硬度提高至570HV，证明改工艺可使表面硬度显著提高。 
实施例3：选用2Cr13低碳马氏体不锈钢。采用感应淬火技术对材料表面进行淬火处理，在表层形成残余奥氏体，随后在真空热处理炉内进行碳分配（PT）处理，碳分配过程中的保温温度及保温时间参照图1中PT部分。经EDS能谱测得表面的碳含量提高了5%。经过测试表明经增碳工艺处理后表面硬度为460HV，实验证明增碳工艺处理前后表面硬度并无显著提高。随后对自制低碳合金钢表面进行激光淬火处理，使其表面硬度提高至530HV，表面硬度显著提高。 
实施例2及实施例3相比较于实施例1，分别采用激光淬火以及感应淬火的方法替代盐浴炉淬火，能有效降低能耗以及对环境的污染，同时省去在材料表面喷涂、去除陶瓷涂层的环节，简化工艺流程，降低生产成本。 
上述实施例中都是在通过激光淬火工艺提高钢质工件表面硬度之前都先采用了表面碳分配增碳工艺，当然所述的表面碳分配增碳工艺也可以是其它常规的表面碳分配增碳工艺，只要其能有效地通过该表面碳分配增碳工艺提高工件的表面碳含量，使其在激光淬火工艺中获得更优的表面硬度即可。 
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。 

Claims (3)

1.一种提高钢质工件表面性能的复合热处理工艺，其特征在于步骤包括：
a、通过表面碳分配增碳工艺，增加所述钢质工件表面的碳含量；
b、通过激光淬火工艺提高所述钢质工件的表面硬度。
2.根据权利要求1所述的提高钢质工件表面性能的复合热处理工艺，其特征在于：所述的表面碳分配增碳工艺为盐浴表面增碳工艺、激光淬火表面增碳工艺或感应淬火表面增碳工艺中的一种或者多种。
3.根据权利要求2所述的提高钢质工件表面性能的复合热处理工艺，其特征在于：所述的表面碳分配增碳工艺为:激光淬火表面增碳工艺或感应淬火表面增碳工艺中的一种或者多种。
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