CN106521122A - 一种提高合金结构钢耐磨性的深冷处理工艺 - Google Patents

一种提高合金结构钢耐磨性的深冷处理工艺 Download PDF

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刘旺玉
骆涛
谢镇鸿
谢凡
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    • C21D6/04—Hardening by cooling below 0 degrees Celsius
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    • C21—METALLURGY OF IRON
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Abstract

本发明公开了一种提高合金结构钢耐磨性的深冷处理工艺，包括步骤：将淬火后的合金结构钢工件放置在深冷箱中，以液氮汽化潜热和低温氮气制冷的方式进行冷却，以2～4 ℃/min的冷却速度降温至‑80℃～‑160℃，保温1～2小时；然后将工件从深冷箱中取出，在空气中自然回温至室温；再重复一次上述操作后进行回火处理，工艺结束。合金结构钢经过本发明的方法处理后，材料的磨损量显著减少，其耐磨性得到明显提高。

Description

一种提高合金结构钢耐磨性的深冷处理工艺
技术领域
本发明涉及合金结构钢深冷处理技术领域，具体地说是一种提高合金结构钢零件耐磨性的深冷处理工艺。
背景技术
合金结构钢广泛用于齿轮、轴、曲轴、套筒等零件，这些零件需要有较高的耐磨性。目前提高合金结构钢耐磨性的方法主要为高频表面淬火及渗氮处理。在现有技术中，合金结构钢零件淬火后不会进行深冷处理工序。深冷处理作为普通热处理的延续，能够改善合金结构钢的显微组织，从而提高合金结构钢的耐磨性。因此，研究合金结构钢的深冷处理工艺，提高其耐磨性，减少其在工作中的磨损，延长零件的使用寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种提高合金结构钢耐磨性的深冷处理工艺，减少合金结构钢零件在工作中的磨损，延长其使用寿命。
本发明通过以下技术方案来实现：
一种提高结构钢耐磨性的深冷处理工艺，包括步骤：
（1）淬火：将合金结构钢工件放入淬火炉中，加热至合金结构钢所需的淬火温度，保温60～100 分钟，然后油淬，冷却至室温；
（2）深冷处理：将淬火后的工件放入深冷箱中，关闭箱门，以设定的冷却速度将深冷箱内温度由室温降至-80℃～-160℃，保温1～2小时；
（3）停止冷却，切断电源，取出工件放置在空气中自然回温至室温；
（4）然后将工件再一次放入深冷箱中，并重复步骤（2）、（3）的操作一次；
（5）工件经过两次深冷处理以后，对工件进行回火处理，将工件加热至240℃～300℃，保温1 小时,然后在空气中冷至室温，即完成所述合金结构钢零件的深冷处理。
进一步地，所述合金结构钢包括40Cr、40MnB、42CrMo。
进一步地，所述步骤（2）中通过向深冷箱连通液氮，即利用液氮的汽化潜热和低温氮气进行制冷。
进一步地，所述：所述步骤（2）中的冷却速度为2～4 ℃/min。
相对于现有技术，本发明具有如下特点：
(1)本发明所述的提高合金结构钢耐磨性的深冷处理工艺是通过液氮的汽化潜热和低温氮气制冷，冷却速度较低，避免了直接浸入液氮中造成的热冲击和脆性断裂。
(2)采用了淬火、深冷处理2次、低温回火的处理工序，能够使合金结构钢的耐磨性得到显著改善。
附图说明
图1为未经过深冷处理的试样的磨痕样貌电镜图。
图2为经过深冷处理的试样的磨痕样貌电镜图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细地描述，但本发明的实施方式并不限定于以下实施例。
实施例一：40Cr 的深冷处理工艺
一种提高结构钢耐磨性的深冷处理工艺，包括步骤：
（1）将40Cr工件放入淬火炉中，加热至850℃，保温60～100 分钟，然后油淬，冷却至室温；
（2）将淬火后的工件放入深冷箱中，关闭箱门，设置冷却速度为2～4 ℃/min，保温温度为-80℃～-160℃，然后打开液氮阀门，以设定的冷却速度使深冷箱内由室温降至-80℃～-160℃，然后保温1～2小时；
（3）关闭液氮阀门，切断电源，取出工件放置在空气中自然回温至室温；
（4）然后将工件再一次放入深冷箱中，并重复（2）、（3）的操作一次；
（5）工件经过来两次深冷处理以后，对工件进行回火处理，将工件加热至240℃～300℃，保温1 小时,然后在空气中冷至室温，即完成所述合金结构钢零件的深冷处理。
整个深冷处理工艺完成以后，对工件进行摩擦磨损试验，其试验条件为：平面往复滑动干摩擦、对磨材料GCr15(58~62HRC)、载荷50N、速度0.1m/s、时间30min、行程0.01m。试样摩擦磨损试验的磨损量范围为3.3 mg～5.6 mg ,未经过深冷处理的试样的磨损量为6.1mg。其中失重最少的样品所对应的参数是：深冷处理冷却速度为4 ℃/min，深冷处理保温温度为-160℃，深冷处理保温时间为2h。
从图1中可以看出，没有经过深冷处理的试样其磨损表面粗糙、划痕较深，而图2所示的深冷处理过的试样其磨损表面平滑，只有一些表面沟槽和小的裂纹。
实施例二：40MnB的深冷处理工艺
一种提高结构钢耐磨性的深冷处理工艺，包括步骤：
（1）将40MnB工件放入淬火炉中，加热至850℃，保温60~100 分钟，然后油淬，冷却至室温；
（2）将淬火后的工件放入深冷箱中，关闭箱门，设置冷却速度为2～4 ℃/min，保温温度为-80℃～-160℃，然后打开液氮阀门，以设定的冷却速度使深冷箱内由室温降至-80℃～-160℃，然后保温1～2小时；
（3）关闭液氮阀门，切断电源，取出工件放置在空气中自然回温至室温；
（4）然后将工件再一次放入深冷箱中，并重复（2）、（3）的操作一次；
（5）工件经过来两次深冷处理以后，对工件进行回火处理，将工件加热至240℃～300℃，保温1 小时,然后在空气中冷至室温，即完成所述合金结构钢零件的深冷处理，其磨擦磨损试验磨损量为3.6 mg～6.1 mg，未经过深冷处理的试样的磨损量为6.4 mg。
实施例三：42CrMo的深冷处理工艺
一种提高结构钢耐磨性的深冷处理工艺，包括步骤：
（1）将42CrMo工件放入淬火炉中，加热至860℃，保温60～100 分钟，然后油淬，冷却至室温；
（2）将淬火后的工件放入深冷箱中，关闭箱门，设置冷却速度为2～4 ℃/min，保温温度为-80℃～-160℃，然后打开液氮阀门，以设定的冷却速度使深冷箱内由室温降至-80℃～-160℃，然后保温1～2小时；
（3）关闭液氮阀门，切断电源，取出工件放置在空气中自然回温至室温；
（4）然后将工件再一次放入深冷箱中，并重复（2）、（3）的操作一次；
（5）工件经过来两次深冷处理以后，对工件进行回火处理，将工件加热至240℃～300℃，保温1 小时,然后在空气中冷至室温，即完成所述合金结构钢零件的深冷处理，其磨擦磨损试验磨损量为3.1 mg～5.3 mg，未经过深冷处理的试样的磨损量为5.9 mg。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种提高合金结构钢耐磨性的深冷处理工艺，其特征是，包括步骤：
（1）淬火：将合金结构钢工件放入淬火炉中，加热至合金结构钢所需的淬火温度，保温60～100 分钟，然后油淬，冷却至室温；
（2）深冷处理：将淬火后的工件放入深冷箱中，关闭箱门，以设定的冷却速度将深冷箱内温度由室温降至-80℃～-160℃，保温1～2小时；
（3）停止冷却，切断电源，取出工件放置在空气中自然回温至室温；
（4）然后将工件再一次放入深冷箱中，并重复步骤（2）、（3）的操作一次；
（5）工件经过来两次深冷处理以后，对工件进行回火处理，将工件加热至240℃～300℃，保温1 小时,然后在空气中冷至室温，即完成所述合金结构钢零件的深冷处理。
2.根据权利要求1所述的一种提高合金结构钢耐磨性的深冷处理工艺，其特征在于：所述合金结构钢包括40Cr、40MnB、42CrMo。
3.根据权利要求1所述的一种提高合金结构钢耐磨性的深冷处理工艺，其特征在于：所述步骤（2）中通过向深冷箱连通液氮，即利用液氮的汽化潜热和低温氮气进行制冷。
4.根据权利要求1所述的一种提高合金结构钢耐磨性的深冷处理工艺，其特征在于：所述步骤（2）中的冷却速度为2～4 ℃/min。
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