CN102796852B - 一种渗碳强化的等温淬火工件及加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种渗碳强化的等温淬火工件及加工方法，其中一种渗碳强化的等温淬火工件由心部向外依次包括：基体、渗碳层；上述基体包含有铁素体；上述渗碳层包括：与上述基体相接的过渡层、与上述过渡层相接的位于表面的表面层；上述过渡层包含有铁素体，上述表面层包含有残余奥氏体，其更容易和适于进行后期的整形，并且能够提高使用寿命；本发明的方法主要通过在渗碳后不回火直接进行优化工艺了的等温淬火，以在渗碳层获得下贝氏体组织，提高工件的表面性能，并且节省了加工所需的时间，大大的提高了生产效率。

Description

一种渗碳强化的等温淬火工件及加工方法
技术领域
本发明涉及一种渗碳强化的工件和加工方法，具体涉及一种渗碳强化的等温淬火工件及加工方法。 
背景技术
为了提高工件的表面性能，往往对工件进行渗碳处理，渗碳处理是对金属表面处理的一种，采用渗碳的多为低碳钢或低合金钢，具体方法是将工件置入具有活性渗碳介质中，加热到一定温度后，保温足够时间后，使渗碳介质中分解出的活性碳原子渗入钢件表层，从而获得表层高碳，心部仍保持原有成分。
但是，在实际应用中，对于一些外形和机械性能要求较高的，并且厚度比较薄的工件，采用原来的一般的渗碳、淬火、回火工艺时，往往很难控制工件的变形，并且其韧性和疲劳强度差，导致工件性能无法满足后期整形的需求。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种组织结构合理能够起到改善整形效果的等温淬火工件及加工方法。 
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种渗碳强化的等温淬火工件，其特征在于，由心部向外依次包括：基体、渗碳层；上述基体包含有铁素体；上述渗碳层包括：与上述基体相接的过渡层、与上述过渡层相接的位于表面的表面层；上述过渡层包含有铁素体，上述表面层包含有残余奥氏体。
具体而言，上述基体中还包含有板条马氏体。
具体而言，上述过渡层中还包含有贝氏体，该层中的贝氏体为下贝氏体。
具体而言，上述表面层中还包含有贝氏体，该层中的贝氏体为下贝氏体。
具体而言，上述渗碳层的总厚度范围为大于0.15mm小于0.5mm。
具体而言，上述过渡层的厚度范围为大于0mm小于0.3mm，上述表面层厚度范围为大于0mm小于0.15mm。
本发明的一种渗碳强化的等温淬火工件的加工方法，其特征在于，以含碳量小于或等于0.25%的低碳钢为胚材，加工成所需的工件，然后采用如下的步骤：
a表面处理：对上述工件的外表面进行清洁，消除油污和氧化皮；
b渗碳处理:加热至渗碳温度后，在碳势为0.8%-1%的情况下进行30分钟至80分钟的渗碳处理，上述渗碳温度的取值范围为摄氏850度至900度；
c等温淬火:待渗碳结束后，立即进行淬火温度下的等温淬火，淬火时间为15至30分钟，上述淬火温度的取值范围为摄氏260度至350度，淬火介质为固体盐。
d清洗表面:待上述等温淬火完成后，省略回火直接清洗。
具体而言，上述c等温淬火中所用的固体盐为硝酸钾和硝酸钠以质量比一比一混合而成。
具体而言，上述c等温淬火中采用加热设备保证固体盐的温度。
具体而言，上述胚材的材质为德国标准DIN1623中牌号为ST12的钢材。
本发明的有益之处在于：本发明的工件因具有含有下贝氏体的渗碳层，大大的增强了工件表面的韧性和屈服强度，使其更容易和适于进行后期的整形，并且能够提高使用寿命；本发明的方法主要通过在渗碳后不回火直接进行优化工艺了的等温淬火，来获得在渗碳层获得下贝氏体组织，以提高工件的表面性能，并且节省了加工所需的时间大大的提高了生产效率。
附图说明
图1是胚材为德国标准DIN1623中牌号为ST12的钢材时采用一般的渗碳、淬火、回火工艺所加工出的工件表面附近处的金相照片，放大倍数为400倍，腐蚀条件为用质量浓度为3-5%的硝酸乙醇溶液进行侵蚀；
图2是本发明的一种渗碳强化的等温淬火工件的剖视结构示意图；
图3是德国标准DIN1623中牌号为ST12的钢材时时采用本发明的加工方法所加工出的工件的金相照片，放大倍数为100倍，腐蚀条件为用用质量浓度为3-5%的硝酸乙醇溶液进行侵蚀。
图中附图标记的含义：
1、基体，2、渗碳层，201、过渡层，202、表面层。 
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
参照图2所示，本发明的渗碳强化的等温淬火工件主要包括:基体和渗碳层。
其中，基体中包含有铁素体，作为优选方案，基体中还包含有板条马氏体组织。
渗碳层具体而言包括两个子层：与基体相接的过渡层、与过渡层相接的位于表面的表面层，表面层位于最外侧作为工件的表面结构，过渡层处于基体和表面层之间。过渡层中包含有铁素体，表面层中包含有残余奥氏体。
作为优选方案，过渡层中的还包含有贝氏体，该层中的贝氏体为下贝氏体。表面层中还包含有贝氏体，该层中的贝氏体为下贝氏体。
作为进一步的优选方案，渗碳层的总厚度范围为大于0.15mm小于0.5mm。过渡层的厚度范围为大于0mm小于0.3mm，上述表面层厚度范围为大于0mm小于0.15mm。
以下介绍本发明方法，在本发明的方法中首先含碳量小于或等于0.25%的低碳钢为胚材，加工成所需的工件，然后采用如下的步骤：
a表面处理：对上述工件的外表面进行清洁，消除油污和氧化皮；
b渗碳处理:加热至渗碳温度后，在碳势为0.8%-1%的情况下进行30分钟至80分钟的渗碳处理，上述渗碳温度的取值范围为摄氏850度至900度；
c等温淬火:待渗碳结束后，立即进行淬火温度下的等温淬火，淬火时间为15至30分钟，上述淬火温度的取值范围为摄氏260度至350度，淬火介质为固体盐。作为优选方案，所用的固体盐为硝酸钾和硝酸钠以质量比一比一混合而成，并且采用加热设备保证固体盐的温度。
d清洗表面:待上述等温淬火完成后，省略回火直接清洗。
为了更进一步的说明本发明的方法，作为优选方案，我们采用德国标准DIN1623中牌号为ST12的钢材作为胚材来实践本发明的方法：
a表面处理：对上述工件的外表面进行清洁，消除油污和氧化皮；
b渗碳处理:加热至渗碳温度880度后，在碳势为1%的情况下进行60分钟的渗碳处理；
c等温淬火:待渗碳结束后，立即进行温度为摄氏300度下的等温淬火，淬火时间为20分钟，所用淬火的固体盐为硝酸钾和硝酸钠以质量比一比一混合而成；
d清洗表面:待上述等温淬火完成后，省略回火直接清洗。
我们采用同样胚材，按照一般的加工思路，以摄氏880度作为渗碳温度，在碳势1.1%的条件下进行60分钟渗碳，然后在100℃油中淬火保持20分钟，再以180度进行回火，持续100分钟，得到如图1所示的工件。
经过我们测量，图1和图3所示的工件的表面硬度均在HV720左右，但是对比图1和图3，图1的工件中马氏体结构在提供较高的强度和硬度的同时，也是工件本身的韧性和塑性下降，当工件的结构较薄时，不利于后期的整形，平整度不能得到保证，而且在对表面要求较高的情况下，马氏体的脆性使其使用寿命受到影响，而本发明的工件因为在渗碳层形成有下贝氏体，在保证强度和硬度的符合要求的同时，平衡了工件的韧性和塑性，对于较薄的结构的工件，能够适应后期的整形的需要，并且一定程度上提高了寿命。
上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种渗碳强化的等温淬火工件，其特征在于，由心部向外依次包括：基体、渗碳层；上述基体包含有铁素体；上述渗碳层包括：与上述基体相接的过渡层、与上述过渡层相接的位于表面的表面层；上述过渡层包含有铁素体，上述表面层包含有残余奥氏体；上述基体中还包含有板条马氏体；上述过渡层中还包含有贝氏体，该层中的贝氏体为下贝氏体；上述表面层中还包含有贝氏体，该层中的贝氏体为下贝氏体；其特征在于，上述渗碳层的总厚度范围为大于0.15mm 小于0.5mm；上述过渡层的厚度范围为大于0mm 小于0.3mm，上述表面层厚度范围为大于0mm 小于0.15mm。
2.一种渗碳强化的等温淬火工件的加工方法，其特征在于，以含碳量小于或等于0.25% 的低碳钢为胚材，加工成所需的工件，然后采用如下的步骤：
a 表面处理：对上述工件的外表面进行清洁，消除油污和氧化皮；
b 渗碳处理: 加热至渗碳温度后，在碳势为0.8%-1% 的情况下进行30 分钟至80 分钟的渗碳处理，上述渗碳温度的取值范围为摄氏850 度至900 度；
c 等温淬火: 待渗碳结束后，立即进行淬火温度下的等温淬火，淬火时间为15 至30 分钟，上述淬火温度的取值范围为摄氏260 度至350 度，淬火介质为固体盐；
d 清洗表面: 待上述等温淬火完成后，省略回火直接清洗；上述c 等温淬火中所用的固体盐为硝酸钾和硝酸钠以质量比一比一混合而成；上述c 等温淬火中采用加热设备保证固体盐的温度；上述胚材的材质为德国标准DIN1623 中牌号为ST12 的钢材。
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