CN102978514B - 一种提高ZG40Cr氮化层厚度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高ZG40Cr氮化层厚度的方法，在不改变ZG40Cr主要化学成分的前提下，设定合理的ZG40Cr的微量化学成分，其特征在于化学组成及质量百分比含量是；C为0.38～0.46、Mn为0.8～1.2、Si为0.02～0.03、Cr为1.1～1.5、Re为0.02～0.04、Al为0.38～0.42、P不大于0.02、S不大于0.03。一是通过提高ZG40Cr有效渗氮层厚度后，扩大了ZG40Cr的应用范围；二是使得渗氮处理后的ZG40Cr的表面硬度得到提高；经本发明的工艺渗氮处理后的ZG40Cr的性能有效渗氮层厚度为0.5～0.8、硬度HRC55-60；由于ZG40Cr渗氮后的表面得到提高，在只需要表面硬度要求的材料选用上，可在一定范围内取代高合金钢，从而降低了零件的材料成本。
Description
技术领域
本发明属于机械铸造技术领域，涉及一种提高ZG40Cr氮化层厚度的方法。
背景技术
ZG40Cr是一种用于做高强度的铸造零件（如铸造齿轮、齿轮缘等主要零件）的材料，它的特点如下：它的化学成分是：C0.35～0.45、Mn0.5～0.8、Si0.2～0.4 、Cr0.8～1.1、P不大于0.04、S不大于0.04。
ZG40Cr经热处理后的机械性能Q/ZB86-73）热处理规范：正火830-860℃和回火529-680℃时的σs 为350N/m㎡、σb为 640N/m㎡δ18%、Ψ为26%、HB≤212；在淬火830-860℃和回火529-680℃时的σs 为480N/m㎡、σb 为700N/m㎡、δ为15%、Ψ为20%、HB为229-321。
表面氮化后的特性：为增加工件的表面硬度及耐磨性能，ZG40Cr通常用作渗氮钢。而通用的ZG40Cr，在不影响其它机械性能的前提下，能够做到的有效渗氮层厚度为0.1～0.25mm。对于一些复杂的零件，由于结构性限制，为消除热处理后的零件变形量，还需要对零件进行磨削加工，如果有效渗氮层厚度不能再提高的话，很多产品在再次进行磨削加工的过程中，就会将热处理后得到的渗氮层破坏掉。
目前，通过铸造手段来提高ZG40Cr有效渗氮层厚度，通常的一种做法是提高钢水的含铝量。而采用这种做法，当将有效渗氮层厚度超过0.3mm时，过渡层会会出现组织粗大，脆性增加，抗拉强度及表面硬度下降，影响了整体的机械性能。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供一种能扩大ZG40Cr的应用范围、使其表面硬度得到提高、在一定范围内取代高合金钢，从而降低了零件的材料成本的提高ZG40Cr氮化层厚度的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种提高ZG40Cr氮化层厚度的方法，在不改变ZG40Cr主要化学成分的前提下，设定合理的ZG40Cr的微量化学成分，其化学组成及质量百分比含量是；C为0.38～0.46、Mn为0.8～1.2、Si为0.02～0.03、Cr为1.1～1.5、 Re为0.02～0.04、Al为0.38～0.42、P不大于0.02、S不大于0.03；
将上述调整了微量化学成分的ZG40Cr进行铸造，在铸造时，一是将冒口设置为暗冒口，二是浇铸系统为开放式，铸件在冷却过程中，形成模糊凝固，三是在钢水熔炼后期，当脱硫至0.03%时，加入亲氮元素Re，进行晶粒细化，四是根据铸件壁厚的不同，设定不同的浇铸温度。
在设定浇铸温度时：对壁厚≥30MM厚大件，浇铸温度采用1650～1680℃，对壁厚＜30mm的轻薄件浇铸温度采用1680～1720℃。
本发明的积极效果是:一是通过提高ZG40Cr有效渗氮层厚度后，在热处理的过程中，减少了零件对的结构设计局限性，即扩大了ZG40Cr的应用范围；二是使得渗氮处理后的ZG40Cr的表面硬度得到提高；经本发明的工艺渗氮处理后的ZG40Cr的性能有效渗氮层厚度为0.5～0.8、硬度HRC55-60；由于ZG40Cr渗氮后的表面得到提高，在只需要表面硬度要求的材料选用上，可在一定范围内取代高合金钢，从而降低了零件的材料成本。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
一种提高ZG40Cr氮化层厚度的方法，在不改变ZG40Cr主要化学成分的前提下，设定合理的ZG40Cr的微量化学成分，其化学组成及质量百分比含量是；C为0.38～0.46、Mn为0.8～1.2、Si为0.02～0.03、Cr为1.1～1.5、 Re为0.02～0.04、Al为0.38～0.42、P不大于0.02、S不大于0.03；
将调整了微量化学成分的ZG40Cr进行铸造，在铸造时，一是将冒口设置为暗冒口，二是浇铸系统为开放式，铸件在冷却过程中，形成模糊凝固，三是在钢水熔炼后期，当脱硫至0.03%时，加入亲氮元素Re，进行晶粒细化，四是根据铸件壁厚的不同，设定不同的浇铸温度；在设定浇铸温度时：对壁厚≥30MM厚大件，浇铸温度采用1650～1680℃，对壁厚＜30mm的轻薄件浇铸温度采用1680～1720℃。
本发明通过成百上千次的试验，在不改变ZG40Cr主要化学成分的前提下，通过调整微量元素及添加超微量亲氮物质，在不影响其它机械性能的前提下，将氮化后的ZG40Cr有效渗氮层厚度做到了0.5～0.8mm。
通过铸造所要解决的问题：ZG40Cr在渗氮处理过程中，有效渗氮层厚度能够达到0.5～0.8mm，而且过渡层的抗拉强度及表面硬度不能下降，不能影响ZG40Cr整体的机械性能。
铸造过程中，到达上述性能后，制造成本不能增加。
本发明与以往（传统）的ZG40Cr相比，其效果表现在：一是通过提高ZG40Cr有效渗氮层厚度后，在热处理的过程中，减少了零件对的结构设计局限性，即扩大了ZG40Cr的应用范围；二是使得渗氮处理后的ZG40Cr的表面硬度得到提高。
本发明与以往的ZG40Cr渗氮处理后的性能对比: 以往的铸造工艺渗氮处理后性能有效渗氮层厚度为0.1～0.25、硬度HRC45～50，经本发明的工艺渗氮处理后的ZG40Cr的性能有效渗氮层厚度为0.5～0.8、硬度HRC55-60。由于ZG40Cr渗氮后的表面得到提高，在只需要表面硬度要求的材料选用上，可在一定范围内取代高合金钢，从而降低了零件的材料成本。
Claims (2)
1.一种提高ZG40Cr氮化层厚度的方法，在不改变ZG40Cr主要化学成分的前提下，设定合理的ZG40Cr的微量化学成分，其特征在于化学组成及质量百分比含量是：C为0.38～0.46、Mn为0.8～1.2、Si为0.02～0.03、Cr为1.1～1.5、 Re为0.02～0.04、Al为0.38～0.42、P不大于0.02、S不大于0.03；
将上述调整了微量化学成分的ZG40Cr进行铸造，在铸造时，一是将冒口设置为暗冒口，二是浇铸系统为开放式，铸件在冷却过程中，形成模糊凝固，三是在钢水熔炼后期，当脱硫至0.03%时，加入亲氮元素Re，进行晶粒细化，四是根据铸件壁厚的不同，设定不同的浇铸温度。
2.如权利要求1所述提高ZG40Cr氮化层厚度的方法，其特征在于在设定浇铸温度时：对壁厚≥30mm厚大件，浇铸温度采用1650～1680℃，对壁厚＜30mm的轻薄件，浇铸温度采用1680～1720℃。
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