CN106555033A - 一种中碳钢锻造余热等温正火处理方法 - Google Patents

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刘澄
崔锡锡
杨晨
华高
赵振波
张剑峰
高吉成
周睿
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/26—Methods of annealing
    • C21D1/28—Normalising

Abstract

本发明公开一种中碳钢锻造余热等温正火处理方法，包括如下步骤：(10)奥氏体化处理：对中碳钢零件锻造后，在停锻温度范围内进行奥氏体化处理，保温，保温时间根据零件有效厚度确定；(20)淬火：将保温后的零件快速放入流动的水基悬浮液淬火介质中冷却，然后取出停留在空气中，多次重复上述冷却及停留过程；(30)正火：将零件放入电阻炉中，在正火温度下保温；(40)冷却：将正火后的零件取出，在空气中冷却至室温。本发明的中碳钢锻造余热等温正火处理方法，不出现网状铁素体，强度和塑性不降低，脆性不增加。

Description

一种中碳钢锻造余热等温正火处理方法
技术领域
本发明属于锻件热处理技术领域，特别是一种不出现网状铁素体，强度和塑性不降低，脆性不增加的中碳钢锻造余热等温正火处理方法。
背景技术
采用锻造余热等温正火工艺，可以大幅节约锻件热处理的能源消耗，同时缩短锻件的生产周期，提高生产效率和产品质量。
中碳结构钢由于其良好的综合力学性能，可以制造成轴、螺栓以及平衡轴等承载部件，广泛地应用于船舶、汽车、基建等领域。
然而，中碳钢，特别是含碳量在0.5～0.6wt％的中碳钢，从停锻温度冷却到Ar3线时，会从奥氏体中先析出先共析铁素体。由于锻造的停锻温度较高，使得过冷度过小，在Ac3点以下温度缓慢冷却时，先共析铁素体优先在奥氏体晶界上析出，铁素体沿奥氏体晶界长大的速度远远大于奥氏体晶内长大的速度，从而形成网状的铁素体。网状铁素体严重割裂了珠光体之间的联系，使钢的强度，特别是屈服强度降低。同时，塑性也明显下降，极易变形断裂。网状铁素体还显著增大钢的脆性，冷加工极限也大大降低。
因此，现有技术存在的问题是：中碳钢经锻造余热等温正火处理后，出现网状铁素体，降低了中碳钢的强度和塑性，增加了脆性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种中碳钢锻造余热等温正火处理方法，不出现网状铁素体，强度和塑性不降低，脆性不增加。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种中碳钢锻造余热等温正火处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
(10)奥氏体化处理：对中碳钢零件锻造后，在停锻温度范围内进行奥氏体化处理，保温，保温时间根据零件有效厚度确定；
(20)淬火：将保温后的零件快速放入流动的水基悬浮液淬火介质中冷却，然后取出停留在空气中，多次重复上述冷却及停留过程；
(30)正火：将零件放入电阻炉中，在正火温度下保温；
(40)冷却：将正火后的零件取出，在空气中冷却至室温。
优选地，所述(10)奥氏体化处理步骤中，停锻温度范围为950～1050℃。
优选地，所述(10)奥氏体化处理步骤中，保温时间这样确定：
T＝h×t，
式中，T为保温时间，min，h h为零件有效厚度，mm，t为单位时间，取1～2min。
优选地，所述(20)淬火步骤中，冷却及停留过程重复6～18次，零件每次在水基悬浮液淬火介质中冷却的时间为4～10s，每次在空气中停留的时间为1～5s。
优选地，所述(30)正火步骤中，正火温度为560～620℃，保温时间1～2h。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
不会或只少量出现网状铁素体，中碳钢的强度，特别是屈服强度不会降低，不易变形断裂，塑性不出现明显下降，脆性不增加。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明中碳钢锻造余热等温正火处理方法工艺流程图。
图2为经本发明方法处理后的中碳钢的显微组织。
图3为经现有技术锻造后直接等温正火处理后的中碳钢的显微组织。
图4经本发明方法处理后的中碳钢的布氏硬度。
图5为经现有技术锻造后直接等温正火处理后的布氏硬度。
具体实施方式
实施例1
材料：S55C轿车轮毂轴承锻坯，终锻温度：900℃(±50℃)，标准要求正火后金相组织为1-4级，晶粒度≧4级。
本发明工艺为：在950℃下保温30min，完全奥氏体化；之后取出试样，在淬火水基悬浮液介质中冷却8s，而在空气中停留3s，重复上述工艺12次；在560℃度的电阻炉中保温2h，之后空冷至室温。图2为通过上述发明工艺处理后得显微组织。图下为放大倍数。图3为采用锻造后直接等温正火处理后的显微组织。图下为放大倍数。通过比较可以看出，图2中，在低放大倍数下没有发现网状铁素体，在高放大倍数下才能发现细小的不连贯的网状铁素体，并且局部网状铁素体完全消失。而图3中，网状铁素体连贯并且较为粗大，严重的分割了珠光体之间的联系，在低倍下都可以看出明显的网状铁素体，并且珠光体比较粗大。检验后可以发现本发明处理的中碳钢，其金相组织等级和晶粒度均达到标准要求。
实施例2
材料：55钢轮毂轴承锻坯，终锻温度：900℃(±50℃)，性能要求正火后硬度为HB220-250。
本发明工艺为：在950℃下保温40min，完全奥氏体化；之后取出试样，在淬火水基悬浮液介质中冷却4s，而在空气中停留4s，重复上述工艺13次；在580℃度的电阻炉中保温1h，之后空冷至室温。图4为通过上述发明工艺处理后获得的硬度值。可以看出5组零件的硬度值都在所要求的范围之内，且波动不大。经现有技术锻造后直接等温正火处理后的硬度值示于图5中。可以看出，工艺一、工艺二的布氏硬度如图4、5所示，硬度均值分别为HB239.8、HB211.6。可以看出，当存在网状铁素体时，硬度较低，由于网状铁素体严重的分割了珠光体制件。而本发明将网状铁素体打破后，珠光体之间的联系的硬度显著升高，升高了大约13.3％。

Claims (5)

1.一种中碳钢锻造余热等温正火处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
(10)奥氏体化处理：对中碳钢零件锻造后，在停锻温度范围内进行奥氏体化处理，保温，保温时间根据零件有效厚度确定；
(20)淬火：将保温后的零件快速放入流动的水基悬浮液淬火介质中冷却，然后取出停留在空气中，多次重复上述冷却及停留过程；
(30)正火：将零件放入电阻炉中，在正火温度下保温；
(40)冷却：将正火后的零件取出，在空气中冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于：所述(10)奥氏体化处理步骤中，停锻温度范围为950～1050℃。
3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述(10)奥氏体化处理步骤中，保温时间这样确定：
T＝h×t，
式中，T为保温时间，min，h h为零件有效厚度，mm，t为单位时间，取1～2min。
4.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述(20)淬火步骤中，冷却及停留过程重复6～18次，零件每次在水基悬浮液淬火介质中冷却的时间为4～10s，每次在空气中停留的时间为1～5s。
5.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述(30)正火步骤中，正火温度为560～620℃，保温时间1～2h。
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