CN102912087A - 一种无搭接软带的20钢管渗碳等离子弧表面淬火工艺 - Google Patents

一种无搭接软带的20钢管渗碳等离子弧表面淬火工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无搭接软带的20钢管渗碳等离子弧表面淬火工艺，依次含有以下步骤：首先对20钢管工件进行渗碳处理，满足表面碳浓度为0.8%～1.1%的要求；准备温度范围为60℃～150℃的冷却液；采用等离子弧发生器产生的等离子弧对20钢管渗碳件要求处理的表面进行表面淬火处理，同时在另一不被处理的表面利用冷却液进行同步冷却，所述冷却液经过喷嘴流到工件表面，等离子弧移动的同时，冷却液喷嘴需同步移动；根据上述得到的被处理工件表面的硬度达到600HV1～900HV1，无硬度低于600HV1的软带。本发明被处理工件表面的硬度达到600HV1～900HV1，无硬度低于600HV1的软带，工艺过程采用等离子弧高能密度热源，设备紧凑，工艺简洁，维护方便，有利于技术的推广和应用。

Description

一种无搭接软带的20钢管渗碳等离子弧表面淬火工艺
技术领域
本发明属于20钢渗碳材料的表面热处理工艺领域，尤其涉及一种无搭接软带的20钢管渗碳等离子弧表面淬火工艺。
背景技术
等离子弧表面淬火处理是以等离子弧作为热源对工件表面进行快速加热，使被加热部位的温度在极短的时间内达到相变温度以上，然后靠工件自身冷却和相变获得所需要的组织，从而使加热部位获得超高硬度、高耐磨性、抗疲劳性等性能，以提高零件的使用寿命。
等离子弧表面淬火处理的先进性有：等离子弧表面淬火处理马氏体晶粒细、位错密度高，硬度高，不脆，耐磨性好；工件变形极小，甚至无变形，适合于高精度零件处理，零件处理后可直接使用或仅需精磨； 等离子弧表面淬火处理后表面为压应力，不易产生裂纹，能显著提高抗疲劳强度；等离子弧表面淬火处理硬化层硬度梯度非常小，硬度基本不随硬化层深变化而变化；适合的材料广泛，包括各种中高碳钢、工具钢、模具钢以及铸铁材料等；低碳环保，方便野外操作等，因此使得等离子弧表面淬火处理技术具有广阔的市场前景和推广价值，但是等离子弧表面淬火处理技术在实际的处理过程中，硬化层条纹与硬化层条纹间因为搭接自回火容易产生软带，难以满足高要求产品的需要。
发明内容
发明提供了一种无搭接软带的20钢管渗碳等离子弧表面淬火工艺，被处理工件表面的硬度达到600HV1～900HV1，无硬度低于600HV1的软带，相对于其它表面淬火处理工艺，节约能源、资源、简化工艺、方便操作；工艺过程采用等离子弧高能密度热源，设备紧凑，工艺简洁，维护方便，有利于技术的推广和应用。
本发明的技术方案如下：
一种无搭接软带的20钢管渗碳等离子弧表面淬火工艺，其特征在于依次含有以下步骤：
（1）、首先对20钢管工件进行渗碳处理，满足表面碳浓度为0.8%～1.1%的要求；
（2）、准备温度范围为60℃～150℃的冷却液；
（3）、采用等离子弧发生器产生的等离子弧对20钢管渗碳件要求处理的内表面或外表面进行表面淬火处理，同时在钢管另一不被处理的外表面或内表面利用冷却液进行同步冷却，所述冷却液经过循环装置流到工件的相应表面，等离子弧移动的同时，冷却液喷嘴需同步移动；与常规热处理不同的是等离子弧表面淬火处理的表面、冷却液同步冷却的表面是钢管不同的表面，同步冷却是指等离子弧发生器、冷却液喷嘴的移动速度一致，空间位置是一方布置在钢管内部，另一方必须布置在钢管外部；
（4）、根据上述得到的被处理工件表面的硬度达到600HV1～900HV1，无硬度低于600HV1的软带。
所述的等离子弧发生器喷嘴孔径大于Φ2.5mm。
所述的等离子弧发生器与工件距离为4-6mm，且保证等离子弧发生器中电
流为135-145A，氩气压力0.40-0.55MPa，氩气流量0.50-0.65m3/h。
所述的等离子弧发生器与工件表面之间的相对运动轨迹为螺旋线。
所述的等离子弧发生器沿轨迹方向的运动速度5.5-6.3m/min，螺旋线与螺旋线之间的间距1.8-2.1mm。
本发明的原理为：首先对20钢管进行渗碳，满足要求被淬火表面的碳浓度为0.8%～1.1%的要求，其次采用等离子弧对20钢管渗碳件要求处理的表面（内表面或外表面）进行表面淬火处理，同时在另一不被处理的表面（外表面或内表面），采用温度范围为60℃～150℃的冷却液对20钢管渗碳件进行同步冷却，即钢管一表面采用等离子弧快速加热，另一不被处理的表面同步采用冷却液冷却的方法，使得被处理工件表面的硬度达到600HV1～900HV1，无硬度低于600HV1的软带。
所述的采用等离子弧对20钢管渗碳件要求处理的表面进行表面淬火处理，同时在另一不被处理的表面利用冷却液进行同步冷却，即如果要求处理20钢管渗碳件的内表面，那么采用等离子弧对20钢管渗碳件内表面进行快速加热，同时必须在20钢管渗碳件外表面利用冷却液进行同步冷却；如果要求处理20钢管渗碳件的外表面，那么采用等离子弧对20钢管渗碳件外表面进行快速加热，同时必须在20钢管渗碳件内表面利用冷却液进行同步冷却。
本发明的有益效果：
本发明被处理工件表面的硬度达到600HV1～900HV1，无硬度低于600HV1的软带，相对于其它表面淬火处理工艺，节约能源、资源、简化工艺、方便操作；工艺过程采用等离子弧高能密度热源，设备紧凑，工艺简洁，维护方便，有利于技术的推广和应用。
附图说明
图1为实施例1得到的实验曲线图。
图2为实施例2得到的实验曲线图。
具体实施方式
一种无搭接软带的20钢管渗碳等离子弧表面淬火工艺，其特征在于依次含有以下步骤：
（1）、首先对20钢管工件进行渗碳处理，满足表面碳浓度为0.8%～1.1%的要求；
（2）、准备温度范围为60℃～150℃的冷却液；
（3）、采用等离子弧发生器产生的等离子弧对20钢管渗碳件要求处理的内表面或外表面进行表面淬火处理，同时在钢管另一不被处理的外表面或内表面利用冷却液进行同步冷却，所述冷却液经过循环装置流到工件的相应表面，等离子弧移动的同时，冷却液喷嘴需同步移动；与常规热处理不同的是等离子弧表面淬火处理的表面、冷却液同步冷却的表面是钢管不同的表面，同步冷却是指等离子弧发生器、冷却液喷嘴的移动速度一致，空间位置是一方布置在钢管内部，另一方必须布置在钢管外部；
（4）、根据上述得到的被处理工件表面的硬度达到600HV1～900HV1，无硬度低于600HV1的软带。
所述的等离子弧发生器喷嘴孔径Φ3mm；所述的等离子弧发生器与工件距
离为4-6mm，且保证等离子弧发生器中电流为135-145A，氩气压力0.40-0.55MPa，氩气流量0.50-0.65m3/h；所述的等离子弧发生器与工件表面之间的相对运动轨迹为螺旋线；所述的等离子弧发生器沿轨迹方向的运动速度5.5-6.3m/min，螺旋线与螺旋线之间的间距1.8-2.1mm。
     应用实例如下：
     实施例1：
基体材料：20钢渗碳钢管，外径Φ47.8mm，壁厚6mm，表面碳浓度为0.92%，冷却液温度为60℃～80℃。
等离子弧处理参数：等离子弧发生器喷嘴孔径Φ3mm，发生器与工件距离5mm，电流140A，氩气压力0.42MPa，氩气流量0.56m3/h，等离子弧发生器与工件表面之间的相对运动轨迹为螺旋线，等离子弧发生器沿轨迹方向的运动速度6m/min，螺旋线与螺旋线之间的间距2mm，处理后硬化带之间存在搭接。
 沿着与螺旋线垂直的方向、每间隔0.15mm取点，确保所取点包括搭接区和未搭接区，采用200HV-5型小负荷维氏硬度计检测处理工件的表面硬度如下：
距离/mm 0 0.15 0.3 0.45 0.6 0.75 0.9 1.05 1.2
硬度/HV1 881.2 895.7 890.8 857.6 826.2 839.5 768.4 764.5 772.3
距离/mm 1.35 1.5 1.65. 1.8 1.95 2.1 2.25 2.4 2.55
硬度/HV1 876.4 886 853 853 788.4 792.4 776.3 756.8 734.4
距离/mm 2.7 2.85 3.0 3.15 3.3 3.45 3.6 3.75 3.9
硬度/HV1 876.4 848.5 682.5 689.1 685.8 835 839.5 895.7 876.4
距离/mm 4.05 4.2 4.35 4.5 4.65 4.8 4.95 5.1  
硬度/HV1 881.2 901.7 900.7 876.4 835 881.2 886 826.2  
实施例2：
基体材料：20钢渗碳钢管，外径Φ60.2mm，壁厚5mm，表面碳浓度为1.05%，控制基体温度为105℃～125℃。
等离子弧处理参数：等离子弧发生器喷嘴孔径Φ3mm，发生器与工件距离5.2mm，电流144A，氩气压力0.5MPa，氩气流量0.61m3/h，等离子弧发生器与工件表面之间的相对运动轨迹为螺旋线，等离子弧发生器沿轨迹方向的运动速度6.3m/min，螺旋线与螺旋线之间的间距1.9mm，处理后硬化带之间存在搭接。
 沿着与螺旋线垂直的方向、每间隔0.15mm取点，确保所取点包括搭接区和未搭接区，采用200HV-5型小负荷维氏硬度计检测处理工件的表面硬度如下：
距离/mm 0 0.15 0.3 0.45 0.6 0.75 0.9 1.05 1.2
硬度/HV1 844 853 835 813.3 804.9 780.3 738.1 844 817.6
距离/mm 1.35 1.5 1.65. 1.8 1.95 2.1 2.25 2.4 2.55
硬度/HV1 853 863 830.6 866.9 788.4 848.5 835 866.9 876.4
距离/mm 2.7 2.85 3.0 3.15 3.3 3.45 3.6 3.75 3.9
硬度/HV1 821.9 848.5 853 830.6 844 796.5 792.4 817.6 866.9
距离/mm 4.05 4.2 4.35 4.5 4.65 4.8 4.95 5.1  
硬度/HV1 848.5 817.6 862.3 857.6 866.9 886 862.3 866.9  
综上表明：
1.等离子弧发生器喷嘴孔径Φ3mm，螺旋线与螺旋线之间的间距1.9mm～2mm, 发生器与工件距离大于4mm，搭接区的宽度大于1mm。硬度测试时沿着与螺旋线垂直的方向、每间隔0.15mm连续取点，测量点一定包括有搭接区的点；测量的总长度大于5mm，表明在测量范围内，搭接区的数量大于1。
2.测量的硬度值实施例1最低值为682.5HV1，实施例2最低值为738.1HV1，均大于600HV1。
3.采用本发明专利提供的新型复合表面淬火处理工艺，对于20渗碳钢管，使用高能密度等离子弧热源，行走轨迹为螺旋线方式，处理结果无明显搭接回火软带，完全满足实际的需要。

Claims (5)

1.一种无搭接软带的20钢管渗碳等离子弧表面淬火工艺，其特征在于依次含有以下步骤：
（1）、首先对20钢管工件进行渗碳处理，满足表面碳浓度为0.8%～1.1%的要求；
（2）、准备温度范围为60℃～150℃的冷却液；
（3）、采用等离子弧发生器产生的等离子弧对20钢管渗碳件要求处理的内表面或外表面进行表面淬火处理，同时在钢管另一不被处理的外表面或内表面利用冷却液进行同步冷却，所述冷却液经过循环装置流到工件的相应表面，等离子弧移动的同时，冷却液喷嘴需同步移动；与常规热处理不同的是等离子弧表面淬火处理的表面、冷却液同步冷却的表面是钢管不同的表面，同步冷却是指等离子弧发生器、冷却液喷嘴的移动速度一致，空间位置是一方布置在钢管内部，另一方必须布置在钢管外部；
（4）、根据上述得到的被处理工件表面的硬度达到600HV1～900HV1，无硬度低于600HV1的软带。
2.根据权利要求1所述的无搭接软带的20钢管渗碳等离子弧表面淬火工艺，其特征在于：所述的等离子弧发生器喷嘴孔径大于Φ2.5mm。
3.根据权利要求2所述的无搭接软带的20钢管渗碳等离子弧表面淬火工艺，其特征在于：所述的等离子弧发生器与工件距离为4-6mm，且保证等离子弧发生器中电流为135-145A，氩气压力0.40-0.55MPa，氩气流量0.50-0.65m3/h。
4.根据权利要求1所述的无搭接软带的20钢管渗碳等离子弧表面淬火工艺，其特征在于：所述的等离子弧发生器与工件表面之间的相对运动轨迹为螺旋线。
5.根据权利要求4所述的无搭接软带的20钢管渗碳等离子弧表面淬火工艺，其特征在于：所述的等离子弧发生器沿轨迹方向的运动速度5.5-6.3m/min，螺旋线与螺旋线之间的间距1.8-2.1mm。
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