CN103305669B - 一种提高GCr15钢尺寸稳定性的深冷处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高GCr15钢尺寸稳定性的深冷处理方法，所述方法为将淬火后的GCr15材料以2～5℃/min的速率降温至-80℃～-100℃保温0.5h～1h，保温结束后继续降温至-180℃～-190℃，保温2h～3h；保温结束后继续以2～5℃/min的速率升温至室温，保温0.5h～1h，最后进行正常的回火工艺，工艺结束。GCr15钢经过本发明的方法处理后，材料的表面硬度提高了1.5HRC，圆环开口的尺寸变化率明显小于未经过深冷处理的尺寸变化率，同时随着开口时间的延长，经过深冷处理的圆环开口的尺寸变化率波动更小，更为稳定。
Description
技术领域
本发明涉及深冷处理及热处理的技术领域，具体涉及一种提高GCr15钢尺寸稳定性的深冷处理方法。
背景技术
GCr15钢是一种常见的高铬轴承钢，具有较高的淬透性，热处理后具有优越的综合性能，机床心轴等轴类零部件常选用GCr15钢。GCr15钢零件经正常的调质处理后，其马氏体基体上一般均保留有一定数量的残余奥氏体。一般淬回组织中的马氏体占80%以上，均匀分布的细小碳化物占5%～10%，残余奥氏体占9%～15%左右。由于残余奥氏体是一种亚稳定相，当稳定的条件被打破时，其将发生分解或转变，从面心立方的奥氏体转变为体心立方的马氏体，由于两种组织晶格常数的不同，从而造成零件的宏观尺寸变化。因此，当成品零件在存放或使用过程中发生尺寸变化时，轴类零件的尺寸精度将降低，特别是机床用轴类零部件的尺寸稳定性降低后，严重影响了机床的加工精度，甚至报废。目前，如何提高GCr15钢材料的尺寸稳定性的技术未见报道。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种提高GCr15钢尺寸稳定性的深冷处理方法，该方法能提高GCr15钢的尺寸稳定性，并提高GCr15钢的硬度。
为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种提高GCr15钢尺寸稳定性的深冷处理方法，所述方法包括如下步骤：
将经过淬火后的GCr15材料以2～5℃/min的速率降温至-80℃～-100℃，并保温0.5h～1h；保温结束后继续以2～5℃/min的速率降温至-180℃～190℃，并保温2h～3h；保温结束后以2～5℃/min的速率升温至室温，保温0.5h～1h；保温结束后进行正常的回火工艺。
优选地，淬火后的GCr15材料以2℃/min的速率降温至-80℃，并保温0.5h；保温结束后继续以2℃/min的速率降温至-190℃，并保温3h；保温结束后以2℃/min的速率升温至室温，保温0.5h。
本发明采用匀速降温或升温的方法，优选地，可以将GCr15材料放入深冷处理设备中，采用程序控制降温或升温的速率。
本发明所述的深冷处理工艺，采用市场上可以购买的自行研制的SLX-150程序控制深冷箱，通过低温氮气与处理工件材料接触，避免了液态氮与工件接触造成的热应力过大引起工件的开裂，控温精度及温度均匀度在±2℃以内，深冷处理降温速率、升温速率全程可控，工件材料温度变化均匀，防止了工件材料不同部位温度不一的现象。
本发明主要用于轴类零部件的尺寸稳定性处理，尤其是机床心轴GCr15材料等。
附图说明
图1为本发明所用圆环开口法试样圆环的尺寸；
图2为GCr15钢材料实施例1与对比例1圆环开口试样的尺寸变化率随时间的变化关系；
图3为GCr15钢材料实施例2与对比例1圆环开口试样的尺寸变化率随时间的变化关系；
图4为GCr15钢材料实施例3与对比例1圆环开口试样的尺寸变化率随时间的变化关系；
其中，1、第一压痕；2、第二压痕。
具体实施方式
下面以附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本专利选取精密数控磨床的心轴材料GCr15为研究材料。
本发明的尺寸稳定性评价方法采用圆环开口法（见图1示）的测试结果尺寸变化率来代表GCr15钢的尺寸稳定性结果。用显微硬度计在经过热处理及深冷处理后的圆环平面上按5mm的间距，打两个压痕，分别为第一压痕1和第二压痕2，采用VMS-1510G影像测量仪测量两压痕中心的实际间距L0。然后，在两压痕中间等距离处切割出3mm的缺口。圆环开口后两压痕的间距发生变化，圆环开口后两压痕的间距为L，在圆环开口试样的存放期间，L亦不断地变化。将两压痕中心间距的变化量△L（△L=L-L0）定义为开口尺寸变化量。根据圆环开口尺寸的开口尺寸变化率(△L/L0)×100%来衡量尺寸稳定性。
实施例1
将经过淬火后的GCr15材料以2℃/min的速率降温至-80℃，并保温0.5h；继续以2℃/min的速率降温至-190℃，保温3h；保温结束以2℃/min的加热速率加热至20℃，保温0.5h；保温结束后进行正常的回火工艺。
实施例2
将经过淬火后的GCr15材料以5℃/min的速率降温至-100℃，并保温1h；继续以5℃/min的速率降温至-180℃，保温2h；保温结束以5℃/min的加热速率加热至20℃，保温1h；保温结束后进行正常的回火工艺。
实施例3
将经过淬火后的GCr15材料以3℃/min的速率降温至-90℃，并保温0.5h；继续以3℃/min的速率降温至-185℃，保温2.5h；保温结束以3℃/min的加热速率加热至20℃，保温1h；保温结束后进行正常的回火工艺。
对比例1
将经过淬火后的GCr15材料，不进行深冷处理，直接进行正常的回火工艺。
实施例4
将实施例1-3中经过深冷处理后（淬火+深冷处理+低温回火）的GCr15钢材料，与对比例1中未经深冷处理（淬火+回火）的GCr15钢材料，采用圆环开口法进行测量，测试结果如图2-4所示（每个点的值为3个试样的平均值）。
如图2-4所示，经过本发明的方法处理后，GCr15钢深冷处理后的尺寸变化率比未经过深冷处理工艺的尺寸变化率明显减小；同时，随着开口时间的增加，经过深冷处理后的钢的尺寸温变化率波动较小，更为稳定。
采用常规的硬度测试方法对实施例1-3和对比例中的GCr15钢进行测试，硬度测试结果见表1所示（3个试样的平均值）。
表1GCr15钢硬度测试结果
| 实施方式 | 工艺 | HRC |
| 对比例1 | 淬火+回火 | 62.7 |
| 实施例1 | 淬火+深冷+回火 | 64.2 |
| 实施例2 | 淬火+深冷+回火 | 64.2 |
| 实施例3 | 淬火+深冷+回火 | 64.1 |
由表1可知，深冷处理后材料的硬度提高了1.5HRC左右。
Claims (2)
1.一种提高GCr15钢尺寸稳定性的深冷处理方法，所述方法包括如下步骤：将经过淬火的GCr15钢材料与低温氮气接触，以2～5℃/min的速率匀速降温至-80℃～-100℃，并保温0.5h～1h，保温结束后继续以2～5℃/min的速率匀速降温至-180℃～190℃，并保温2h～3h；保温结束后升温至室温；
升温至室温后，保温0.5～1小时；
所述升温至室温时的加热速率为2～5℃/min。
2.根据权利要求1所述的一种提高GCr15钢尺寸稳定性的深冷处理方法，其特征在于，升温至室温并保温结束后，进行正常的回火工艺。
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