CN106868279A - 一种消除20CrMnTiH锻造余热等温正火产生针状铁素体的热处理工艺 - Google Patents

一种消除20CrMnTiH锻造余热等温正火产生针状铁素体的热处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种消除20CrMnTiH锻造余热等温正火产生针状铁素体的热处理工艺，其具体工艺如下：终锻温度为1050～1150℃，终锻后，以5～15℃/min速度冷却50～80min；然后再以30～55℃/min速度冷却2～4min，接着在580～680℃等温1～2小时，最后空冷至室温。本发明通过调整控制冷却速度，在满足性能的条件下，消除20CrMnTiH中的针状铁素体，从而为20CrMnTiH的锻造余等温正火处理工艺的工业上的真正实现提供了重要的技术支持。

Description

一种消除20CrMnTiH锻造余热等温正火产生针状铁素体的热 处理工艺
技术领域
本发明属于热处理技术领域，是一种使20CrMnTiH制件经锻造余热等温正火获得正常显微组织(无针状铁素体)以及性能的热处理方法。
背景技术
近年来，随着对能源节约和环境保护意识的提高，现代工业的快速面临着巨大的挑战。如何在生产过程中环保节能，同时又能提高生产效率以及产品质量，已经成为当今工业快速发展的头等大事。经试验表明，与目前国内企业广泛使用的普通正火或等温正火相比，利用锻造余热精确控制等温正火的锻件，每吨可以节约电能400kW·h。而且产品质量又有了大幅度提高，如切削加工性提高，尤其是又延长了昂贵的齿轮刀具的使用寿命，而且齿轮最终热处理后的变形减小和变形规律稳定。
20CrMnTiH由于具有良好的加工性，加工变形微小，较高的抗疲劳性能，广泛地用来制造汽车齿轮。然而实践表明，目前对20CrMnTiH实施锻造余热等温处理是相当困难的。这是由于，从停锻温度冷却到Ar3线时，冷却速度过快，会形成针状的铁素体。由于锻造的停锻温度较高，奥氏体晶粒较为粗大，当奥氏体冷却速度过快，铁素体会沿着奥氏体的晶界析出，并且沿着奥氏体的一定晶面向晶内生长，呈针状析出。针状铁素体使钢的力学性能尤其是塑性和冲击韧性显著降低，同时使脆性增加，并且在最终的热处理过程中会有增大变形的倾向。也就是说，若对20CrMnTiH采用锻造余热进行等温正火处理，如何消除锻造后极易形成的针状铁素体是实现其工艺至关重要的前提。
发明内容
为了解决20CrMnTiH锻造余热等温正火针状铁素体极易出现的问题，本发明提出一种新型热处理工艺。
实现本发明目的的技术解决方案是：一种消除20CrMnTiH锻造余热等温正火产生针状铁素体的热处理工艺，具体步骤如下：
第一步：将20CrMnTiH坯料加热，对坯料进行热锻；
第二步：将终锻后的20CrMnTiH锻坯放置在保温箱内进行冷却，控制冷却速度和冷却时间；
第三步：将冷却完后的锻坯取出，控制冷却速度以及冷却时间；
第四步：在相应的正火温度下，将锻坯放入电阻炉中保温一定的时间；
第五步：锻坯从炉中取出，空冷至室温。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1.可以节约大量的电能；
2.可以提高工作效率，降低废品率；
3.可以将20CrMnTiH的硬度严格的控制在160～190HB之间。
附图说明
图1为本发明的锻造余热等温正火工艺。
图2为经本发明锻造余热等温正火工艺处理后的不同倍数的显微组织。
图3为普通的锻造余热等温正火的不同倍数的显微组织。
图4为经本发明的锻造余热等温正火处理的布氏硬度。
图5为普通的锻造余热等温正火的布氏硬度。
图6为经本发明锻造余热等温正火工艺处理后的不同倍数的显微组织。
具体实施方式
本发明设计的中碳钢新型锻造余热等温正火工艺可为实际生产中操作人员所使用，其具体的工艺图示意图如图1所示，其具体操作过程如下：
第一步：将20CrMnTiH坯料加热到1250～1300℃起锻，经锻压后终锻温度控制范围为1050～1150℃；
第二步：将终锻后的20CrMnTiH锻坯放入保温箱中以5～15℃/min的速度冷却保持50～80min；
第三步：将锻坯从保温箱中取出，以30～55℃/min的速度冷却2～4min；
第四步：将锻坯放入580～680℃的电阻炉中保温1～2h；
第五步：取出锻坯，空冷至室温；
第六步：观察锻坯显微组织并测量硬度，进行显微组织评级以及性能比较。
实例验证1
材料：20CrMnTiH轿车齿轮锻坯，终锻温度：1050～1150℃，标准要求正火后带状组织≤2级，晶粒度在3～6级。
本发明工艺为：经锻压后，终锻温度在1100℃，完全奥氏体化；以5℃/min速度冷却80min；然后再以50℃/min速度冷却3min；在620℃等温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3为采用普通的锻造余热等温正火处理后的显微组织。通过比较可以看出，图2中，在低倍和高倍下都没有发现针状铁素体，并且没有出现带状组织。检验后可以发现其金相组织等级和晶粒度均达到标准要求。而图3中，出现较多的针状铁素体，其金相组织等级未达到标准要求。
实例验证2
材料：20CrMnTiH轿车齿轮锻坯，终锻温度：1050～1150℃，性能要求正火后硬度为HB160～190。
本发明工艺为：经锻压后，终锻温度在1100℃，完全奥氏体化；以10℃/min速度冷却50min；然后再以30℃/min速度冷却2min；在620℃等温2h，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组锻坯的硬度值都在所要求的范围之内，且波动不大。经普通锻造余热等温正火处理后的硬度值示于图5中，可以看出硬度均超出所要求的范围。
实例验证3
材料：20CrMnTiH轿车齿轮锻坯，终锻温度：1050～1150℃，显微组织要求正火后无针状铁素体。
本发明工艺为：经锻压后，终锻温度在1100℃，完全奥氏体化；以5℃/min速度冷却80min；然后再以55℃/min速度冷却2min；在680℃等温2h，之后空冷至室温。图6为通过上述发明工艺处理后得显微组织，在100、200、500、1000倍下观察，没有发现针状铁素体。

Claims (5)

1.一种消除20CrMnTiH锻造余热等温正火产生针状铁素体的热处理工艺，其特征在于，具体步骤如下：
第一步：将20CrMnTiH坯料加热，对坯料进行起锻，经锻压后终锻温度控制范围为1050～1150℃；
第二步：将终锻后的20CrMnTiH锻坯放置在保温箱内进行冷却，控制冷却速度和冷却时间；
第三步：将冷却后的锻坯取出，控制冷却速度以及冷却时间；
第四步：在相应的正火温度下，将锻坯于炉内保温一定的时间；
第五步：锻坯从炉中取出，空冷至室温。
2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，起锻温度为1250～1300℃。
3.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，终锻后以5～15℃/min速度冷却50～80min。
4.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，冷却后的锻坯再以30～55℃/min速度冷却2～4min。
5.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，保温温度为580～680℃，保温时间为1～2小时。
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