CN105543463B - 超高强度d6ac钢薄壁管件气氛保护热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超高强度D6AC钢薄壁管件气氛保护处理工艺，其特征在于：包括气氛保护淬火、二次氮气保护回火和半精加工后真空热时效；此工艺与现有技术相比，可增加超高强度钢固溶强化效果、相变强化效果和弥散强化效果，减少内应力，消除氧化、脱碳，从而增加薄壁管件的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、断面收缩率和精加工后的尺寸稳定性和精度，减少热处理前的机械加工余量。

Description

超高强度D6AC钢薄壁管件气氛保护热处理工艺
技术领域
本发明属于金属热处理技术领域，具体涉及一种超高强度D6AC钢薄壁管件气氛保护热处理工艺。
背景技术
气氛保护热处理具有无氧化脱碳、强度高、韧塑性好、内应力小、机械加工后尺寸稳定性好精度高等优点，是热处理行业长期以来追求的一种金属热加工方式。气氛保护热处理已广泛应用于调制钢精密零件的热处理，但很少应用在超高强度D6AC钢热处理。
目前国内在超高强度D6AC钢热处理方面，特别是超高强度D6AC钢制薄壁管件，主要还是依靠淬火、回火热处理工艺，此工艺是利用箱式炉预热和淬火保温，机油整体淬火冷却，箱式炉回火加热、保温，自来水回火冷却，该工艺氧化皮厚、加工余量大、强度低、韧塑性低、内应力大，后续机械加工后变形大，尺寸稳定性差；这种工艺得到的抗拉强度在1530Mpa以内，屈服强度在1420Mpa以内，断后伸长率在9％以内，断面收缩率在35％以内。
发明内容
本发明是提供一种超高强度D6AC钢薄壁管件气氛保护热处理工艺，提高超高强度D6AC钢薄壁管件抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、断面收缩率、尺寸稳定性和精度 。
为解决上述技术问题，本发明采取以下具体技术方案：
一种超高强度D6AC钢薄壁管件气氛保护处理工艺，其特征在于：包括气氛保护淬火、二次氮气保护回火和半精加工后真空热时效；
所述气氛保护淬火是在0.45％c的碳势气氛保护下，以10℃∕分钟加热至750℃保温30分钟预热后，再以13℃∕分钟加热至880℃～890℃保温50～60分钟，之后转移至50℃的常速淬火油内进行淬火冷却10～15分钟，然后进行清洗；
所述二次氮气保护回火：第一次回火是向炉内以5NM3/h流量充入高纯度氮气后，再以13℃∕分钟加热至510℃～550℃保温1.5～2小时，之后在自来水冷却机内进行回火冷却；第二次回火是向炉内以5NM3/h流量充入高纯度氮气后，再以13℃∕分钟加热至470℃～480℃保温1～1.5小时，之后在空气中自然冷却；
所述半精加工后真空热时效：是在1.26×10-2Pa～4.30×10-3Pa真空度，向炉内充入1.5bar高纯度氮气后，再以10℃∕分钟对流加热至410℃～450℃保温4～5小时，之后向炉内充入1.2bar高纯度氮气进行气压缓慢冷却，冷至50℃～60℃出炉。
当热处理超高强度D6AC钢薄壁管件，气氛保护淬火是在0.45％c的碳势气氛保护下，以10℃∕分钟加热至750℃保温30分钟预热后，再以13℃∕分钟加热至890℃保温50分钟，之后转移至50℃的常速淬火油内进行淬火冷却15分钟，然后进行清洗；二次氮气保护回火：第一次回火是向炉内以5NM3/h流量充入高纯度氮气后，再以13℃∕分钟加热至520℃保温2小时，之后在自来水冷却机内进行回火冷却；第二次回火是向炉内以5NM3/h流量充入高纯度氮气后，再以13℃∕分钟加热至470℃保温1小时，之后在空气中自然冷却；半精加工后热时效是在1.33×10-1Pa～1.33×10-3Pa真空度，向炉内充入1.5bar高纯度氮气后，再以10℃∕分钟对流加热至440℃保温5小时，之后向炉内充入1.2bar高纯度氮气进行气压缓慢冷却，冷至50℃～60℃出炉。
采用上述技术方案的有益效果：
本发明超高强度D6AC钢薄壁管件气氛保护热处理中，采用淬火+二次回火+真空热时效热处理工艺，在具有气氛保护的箱式炉中以一定的加热速度加热并保温，之后在淬火油中进行淬火冷却，清洗后在高纯度N2的保护下进行二次加热保温回火（第二次回火温度低于第一次回火温度），然后在自来水中和空气中进行回火冷却，半精加工后在高真空度下进行加热保温时效，最后用1.5bar压力高纯度氮气进行低速冷却，这种工艺避免了淬火、回火热处理工艺的缺点，不仅抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、断面收缩率分别可达到1555Mpa、1450Mpa、10.5％、40％以上，提高了工件综合机械性能，而且机械加工后尺寸稳定性好、精度高。
上述技术方案的超高强度D6AC钢薄壁管件气氛保护热处理工艺方法，其特点是：
1.加热温度高于现行淬火加热温度，超高强度D6AC钢中铬、镍、钼、钒等元素充分溶入奥氏体中，从而使超高强度D6AC钢薄壁管件整个截面得到马氏体，而且马氏体含有足够合金元素，因此固溶强化和相变强化效果增加，体现为薄壁管件抗拉强度、屈服强度增加。
2.二次回火比现行回火工艺多一次低温回火，从而使超高强度D6AC钢马氏体组织中析出更多的MC、M7C3、M6C、M3C型合金碳化物和金属间化合物，因此弥散强化效果增加，体现为薄壁管件断后伸长率、断面收缩率增加。
3.半精加工后增加真空低温热时效，真空度控制在1.26×10-2Pa～4.30×10-3Pa，时效温度控制在440℃，并保温5小时，从而使超高强度D6AC钢薄壁管件机加残余应力得到充分释放、微观组织更加稳定，而且表面无氧化，因此内应力减小、表面无脱碳，体现为薄壁管件精加工后尺寸稳定性和精度增加。
4.相比现行热处理工艺，本发明气氛保护热处理工艺是利用0.45％c碳势和5NM3/h流量高纯度氮气分别对薄壁管件在淬火、回火过程中进行气氛保护，从而使薄壁管件无氧化、无脱碳，因此热处理前的机械加工余量减少。
综上所述，此工艺与现有技术相比，可增加超高强度钢固溶强化效果、相变强化效果和弥散强化效果，减少内应力，消除氧化、脱碳，从而增加薄壁管件的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、断面收缩率和精加工后的尺寸稳定性和精度，减少热处理前的机械加工余量。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是超高强度D6AC钢薄壁管件气氛保护热处理工艺曲线。
具体实施方式
如图1所示，其中横坐标是时间（分钟）坐标，纵坐标是温度（℃）坐标。超高强度D6AC钢薄壁管件气氛保护淬火是在0.45％c的碳势气氛保护下，以10℃∕分钟加热至750℃保温30分钟预热后，再以13℃∕分钟加热至890℃保温50分钟，之后转移至50℃的常速淬火油内进行淬火冷却15分钟，然后进行清洗；二次氮气保护回火：第一次回火是向炉内以5NM3/h流量充入高纯度氮气后，再以13℃∕分钟加热至520℃保温2小时，之后在自来水冷却机内进行回火冷却；第二次回火是向炉内以5NM3/h流量充入高纯度氮气后，再以13℃∕分钟加热至470℃保温1小时，之后在空气中自然冷却；半精加工后真空热时效是在1.26×10-2Pa～4.30×10-3Pa真空度，向炉内充入1.5bar高纯度氮气后，再以10℃∕分钟对流加热至440℃保温5小时，之后向炉内充入1.2bar高纯度氮气进行气压缓慢冷却，冷至50℃～60℃出炉。
实施例：高强度D6AC钢薄壁管件，材料45CrNiMo1VA，气氛保护淬火是在0.45％c的碳势气氛保护下，以10℃∕分钟加热至750℃保温30分钟预热后，再以13℃∕分钟加热至890℃保温50分钟，之后转移至50℃的常速淬火油内进行淬火冷却15分钟，然后进行清洗；二次氮气保护回火：第一次回火是向炉内以5NM3/h流量充入高纯度氮气后，再以13℃∕分钟加热至520℃保温2小时，之后在自来水冷却机内进行回火冷却；第二次回火是向炉内以5NM3/h流量充入高纯度氮气后，再以13℃∕分钟加热至470℃保温1小时，之后在空气中自然冷却。对同批薄壁管件进行硬度检测，抽取硬度值最高和硬度值最低的管件按GB228规定进行拉伸试验。
对经气氛保护淬火和二次氮气保护回火的薄壁管件进行半精加工，半精加工后热时效是在1.33×10-1Pa～1.33×10-3Pa 真空度，向炉内充入1.5bar高纯度氮气后，再以10℃∕分钟对流加热至440℃保温5小时，之后向炉内充入1.2bar高纯度氮气进行气压缓慢冷却，冷至50℃～60℃出炉。出炉薄壁件经精加工后进行主要尺寸变形量检测。
下表列出了上述实施例的材质、规格、装炉量及工艺参数。
表1 实施例的材质、规格、装炉量及工艺参数
下表列出了上述实施例的理化性能检验结果数据表。
表2 实施例的拉伸试验结果数据统计表
表3 实施例的真空热时效、精加工后主要尺寸变形量数据统计表
综上所述，本发明改进了现有工艺的不足，大大提高了超高强度D6AC钢薄壁管件件的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、断面收缩率和精加工后的尺寸稳定性和精度。

Claims (2)

1.一种超高强度D6AC钢薄壁管件气氛保护处理工艺，其特征在于：包括气氛保护淬火、二次氮气保护回火和半精加工后真空热时效；
所述气氛保护淬火是在0.45％c的碳势气氛保护下，以10℃∕分钟加热至750℃保温30分钟预热后，再以13℃∕分钟加热至880℃～890℃保温50～60分钟，之后转移至50℃的常速淬火油内进行淬火冷却10～15分钟，然后进行清洗；
所述二次氮气保护回火：第一次回火是向炉内以5NM3/h流量充入高纯度氮气后，再以13℃∕分钟加热至510℃～550℃保温1.5～2小时，之后在自来水冷却机内进行回火冷却；第二次回火是向炉内以5NM3/h流量充入高纯度氮气后，再以13℃∕分钟加热至470℃～480℃保温1～1.5小时，之后在空气中自然冷却；
所述半精加工后真空热时效：是在1.26×10-2Pa～4.30×10-3Pa真空度，向炉内充入高纯度氮气，炉内压强为1.5bar后，再以10℃∕分钟对流加热至410℃～450℃保温4～5小时，之后向炉内充入高纯度氮气，炉内压强为1.2bar进行气压缓慢冷却，冷至50℃～60℃出炉。
2.如权利要求1所述的超高强度D6AC钢薄壁管件气氛保护处理工艺，其特征在于：当热处理超高强度D6AC钢薄壁管件，气氛保护淬火是在0.45％c的碳势气氛保护下，以10℃∕分钟加热至750℃保温30分钟预热后，再以13℃∕分钟加热至890℃保温50分钟，之后转移至50℃的常速淬火油内进行淬火冷却15分钟，然后进行清洗；二次氮气保护回火：第一次回火是向炉内以5NM3/h流量充入高纯度氮气后，再以13℃∕分钟加热至520℃保温2小时，之后在自来水冷却机内进行回火冷却；第二次回火是向炉内以5NM3/h流量充入高纯度氮气后，再以13℃∕分钟加热至470℃保温1小时，之后在空气中自然冷却；半精加工后热时效是在1.33×10-1Pa～1.33×10-3Pa真空度，向炉内充入高纯度氮气，炉内压强为1.5bar后，再以10℃∕分钟对流加热至440℃保温5小时，之后向炉内充入高纯度氮气，炉内压强为1.2bar进行气压缓慢冷却，冷至50℃～60℃出炉。
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