CN107299204A - 一种提高20CrMnMo钢强度的处理方法 - Google Patents

一种提高20CrMnMo钢强度的处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种提高20CrMnMo钢强度的处理方法，其包含如下步骤：1、将已完成渗碳淬火并已冷却至室温的20CrMnMo钢工件放入低温设备中，钢工件之间设有一定间隙；2、打开低温设备的制冷系统，在—40±5℃预冷并保温，保温时间根据钢工件的尺寸设定；3、将钢工件以5～20℃/min的速率降温至—230℃～—100℃，保温6～48h；4、关闭低温设备的制冷系统，使得钢工件自然升温，温度升至—45℃以上时，取出钢工件；5、将取出的钢工件升至室温，然后加热至200±5℃，保温2～10h，空冷至室温。其操作简便，成本低廉，无三废排放和环境污染，能够有效提高20CrMnMo钢的强度、硬度和耐磨性，延长20CrMnMo钢的使用寿命。

Description

一种提高20CrMnMo钢强度的处理方法
技术领域
本发明涉及金属的热处理领域，具体涉及一种提高20CrMnMo钢强度的处理方法。
背景技术
20CrMnMo钢用途广泛，对其力学性能的要求也越来越高，现有的20CrMnMo钢的处理方法为渗碳后淬火，然后低温回火，使得钢件表现出较高的强度、硬度和耐磨性，钢件淬火后，会保留一定量的残余奥氏体，残余奥氏体属于不稳定相，在后续的加工或服役过程中会转变为马氏体，影响工件的尺寸稳定性，同时因为奥氏体的不稳定易发生组织转变而导致的体积变化，造成金属碎裂，再者，还有许多物理性能特别是热性能和磁性下降。
现有技术中，一般通过冷处理(室温～—70℃)来减少残余奥氏体量，并提高硬度。深冷处理不仅能够达到冷处理的目的，而且还能够进一步降低残余奥氏体量，并有超细微的碳化物析出，能够显著提高20CrMnMo钢的力学性能。
涉及到20CrMnMo钢冷处理的工艺有两种，1、淬火+冷处理+低温回火处理，2、淬火+低温回火处理+深冷处理+低温回火处理。但是，目前的热处理工艺均有一定的局限性，工艺1只通过冷处理减少残余奥氏体。工艺2在淬火后先进行一次低温回火，减小材料的残余应力，再进行深冷处理，达到上述目的，但是对于20CrMnMo钢来说，淬火后的低温回火，产生残余奥氏体相对比较稳定，随后的深冷处理并不能显著减少残余奥氏体量，相应硬度的增量也很少，进行深冷处理的作用并不明显。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高20CrMnMo钢强度的处理方法，其能够有效提高20CrMnMo钢的强度、硬度和耐磨性，延长20CrMnMo钢的使用寿命。
本发明所述的提高20CrMnMo钢强度的处理方法，所述处理方法按照渗碳、淬火、低温深冷处理、低温回火的顺序进行，包含如下步骤：
步骤一，将已完成渗碳淬火并已冷却至室温的20CrMnMo钢工件放入可控温的低温设备中，钢工件之间设有一定间隙；
步骤二，打开低温设备的制冷系统，在—40±5℃预冷并保温2～30min，保温时间根据20CrMnMo钢工件的尺寸设定；
步骤三，将预冷后的20CrMnMo钢工件以5～20℃/min的速率降温至—230℃～—100℃，保温时间为6～48h；
步骤四，关闭低温设备的制冷系统，使得20CrMnMo钢工件自然升温，温度升至—45℃以上时，取出钢工件；
步骤五，待步骤四取出的20CrMnMo钢工件升至室温后进行低温回火处理，处理方法为将20CrMnMo钢工件加热至200±5℃，保温2～10h，空冷至室温。
进一步，步骤二所述的低温设备为箱式绝热容器。容器四周导热性差、绝热效果好，保证20CrMnMo钢工件温度的稳定性
进一步，步骤二所述的制冷系统采用冷却介质制冷或卡诺循环制冷，所述冷却介质为液氮、液氨或干冰。
进一步，步骤三所述的深冷处理的温度为—165℃，保温时间为24h。
进一步，步骤五所述的回火处理的温度为200℃，保温时间为4h。
所述的20CrMnMo钢中各组分的质量百分比为，C含量为0.17～0.23％，Si含量为0.17～0.37％，Mn含量为0.90～1.20％，Cr含量为1.10～1.40％，Ni含量为0.008～0.030％，Mo含量为0.20～0.30％，余量为Fe。
本发明的有益效果是：
1、将常规热处理与深冷处理方法结合，深冷处理前进行预冷，保证了20CrMnMo钢工件心部和表面温度一致，使得组织转变时间相同，避免产生裂纹，同时使得经渗碳淬火后的20CrMnMo钢工件中的板条马氏体得到均匀细化，并可降低其残余奥氏体含量，还有超细微的碳化物析出，进而提高了20CrMnMo钢的强度、硬度和耐磨性，提高了20CrMnMo钢加工成的零件的使用寿命。
2、只需进行一次深冷＋回火处理，简化工艺步骤。
3、操作简便，成本低廉，无三废排放和环境污染。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作详细说明。
实施例1，一种提高20CrMnMo钢强度的处理方法，其包含如下步骤：
步骤一，将已完成渗碳淬火并已冷却至室温的20CrMnMo钢工件放入可控温的低温设备中，20CrMnMo钢工件之间设有一定间隙；
步骤二，打开低温设备的制冷系统，在—40℃预冷并保温15min；
步骤三，将预冷后的20CrMnMo钢工件以10℃/min的速率降温至—100℃，保温时间为10h；
步骤四，关闭低温设备的制冷系统，使得20CrMnMo钢工件自然升温，温度升至—45℃以上时，取出20CrMnMo钢工件；
步骤五，将步骤四取出的20CrMnMo钢工件升至室温，然后将20CrMnMo钢工件加热至200℃，保温4h，空冷至室温。
经上述处理方法得到的20CrMnMo钢的力学性能为：抗拉强度为1333MPa，屈服强度为1218MPa，表面硬度为60.1HRC。
实施例2，一种提高20CrMnMo钢强度的处理方法，其包含如下步骤：
步骤一，将已完成渗碳淬火并已冷却至室温的20CrMnMo钢工件放入可控温的低温设备中，20CrMnMo钢工件之间设有一定间隙；
步骤二，打开低温设备的制冷系统，在—35℃预冷并保温30min；
步骤三，将预冷后的20CrMnMo钢工件以5℃/min的速率降温至—100℃，保温时间为10h；
步骤四，关闭低温设备的制冷系统，使得20CrMnMo钢工件自然升温，温度升至—45℃以上时，取出20CrMnMo钢工件；
步骤五，将步骤四取出的20CrMnMo钢工件升至室温，然后将20CrMnMo钢工件加热至195℃，保温4h，空冷至室温。
经上述处理方法得到的20CrMnMo钢的力学性能为：抗拉强度为1379MPa，屈服强度为1295MPa，表面硬度为61.9HRC。
实施例3，一种提高20CrMnMo钢强度的处理方法，其包含如下步骤：
步骤一，将已完成渗碳淬火并已冷却至室温的20CrMnMo钢工件放入可控温的低温设备中，20CrMnMo钢工件之间设有一定间隙；
步骤二，打开低温设备的制冷系统，在—45℃预冷并保温2min；
步骤三，将预冷后的20CrMnMo钢工件以20℃/min的速率降温至—230℃，保温时间为6h；
步骤四，关闭低温设备的制冷系统，使得20CrMnMo钢工件自然升温，温度升至—45℃以上时，取出20CrMnMo钢工件；
步骤五，将步骤四取出的20CrMnMo钢工件升至室温，然后将20CrMnMo钢工件加热至205℃，保温2h，空冷至室温。
经上述处理方法得到的20CrMnMo钢的力学性能为：抗拉强度为1346MPa，屈服强度为1239MPa，表面硬度为60.6HRC。
实施例4，一种提高20CrMnMo钢强度的处理方法，其包含如下步骤：
步骤一，将已完成渗碳淬火并已冷却至室温的20CrMnMo钢工件放入可控温的低温设备中，20CrMnMo钢工件之间设有一定间隙；
步骤二，打开低温设备的制冷系统，在—42℃预冷并保温25min；
步骤三，将预冷后的20CrMnMo钢工件以15℃/min的速率降温至—170℃，保温时间为12h；
步骤四，关闭低温设备的制冷系统，使得20CrMnMo钢工件自然升温，温度升至—45℃以上时，取出20CrMnMo钢工件；
步骤五，将步骤四取出的20CrMnMo钢工件升至室温，然后将20CrMnMo钢工件加热至200℃，保温6h，空冷至室温。
经上述处理方法得到的20CrMnMo钢的力学性能为：抗拉强度为1339MPa，屈服强度为1241MPa，表面硬度为61.0HRC。
实施例5，一种提高20CrMnMo钢强度的处理方法，其包含如下步骤：
步骤一，将已完成渗碳淬火并已冷却至室温的20CrMnMo钢工件放入可控温的低温设备中，20CrMnMo钢工件之间设有一定间隙；
步骤二，打开低温设备的制冷系统，在—40℃预冷并保温15min；
步骤三，将预冷后的20CrMnMo钢工件以10℃/min的速率降温至—165℃，保温时间为24h；
步骤四，关闭低温设备的制冷系统，使得20CrMnMo钢工件自然升温，温度升至—45℃以上时，取出20CrMnMo钢工件；
步骤五，将步骤四取出的20CrMnMo钢工件升至室温，然后将20CrMnMo钢工件加热至200℃，保温4h，空冷至室温。
经上述处理方法得到的20CrMnMo钢的力学性能为：抗拉强度为1393MPa，屈服强度为1302MPa，表面硬度为62.2HRC。
实施例6，一种提高20CrMnMo钢强度的处理方法，其包含如下步骤：
步骤一，将已完成渗碳淬火并已冷却至室温的20CrMnMo钢工件放入可控温的低温设备中，20CrMnMo钢工件之间设有一定间隙；
步骤二，打开低温设备的制冷系统，在—37℃预冷并保温10min；
步骤三，将预冷后的20CrMnMo钢工件以10℃/min的速率降温至—165℃，保温时间为48h；
步骤四，关闭低温设备的制冷系统，使得20CrMnMo钢工件自然升温，温度升至—45℃以上时，取出20CrMnMo钢工件；
步骤五，将步骤四取出的20CrMnMo钢工件升至室温，然后将20CrMnMo钢工件加热至200℃，保温4h，空冷至室温。
经上述处理方法得到的20CrMnMo钢的力学性能为：抗拉强度为1395MPa，屈服强度为1309MPa，表面硬度为62.3HRC。
从上述实施例可以看出，当钢工件深冷处理以10℃/min降温至165℃，保温24h，随后的回火处理温度为200℃，保温4h，空冷至室温。得到的20CrMnMo钢的抗拉强度、屈服强度和硬度最大。
现有的常规热处理方法为将20CrMnMo钢渗碳后淬火，然后低温回火，得到的20CrMnMo钢的力学性能为：抗拉强度为1259Mpa，屈服强度为1174Mpa，表面硬度为59.8HRC。明显低于本方法制得的20CrMnMo钢的力学性能。
将渗碳淬火处理后的20CrMnMo钢进行深冷处理，然后进行低温回火，能够降低钢工件中奥氏体的含量，内应力因而消除，同时可使得20CrMnMo钢中的板条状马氏体均匀细化，采用本发明的处理方法，提高了20CrMnMo钢的强度、硬度和耐磨性，增加了20CrMnMo钢加工成的零件的使用寿命。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种提高20CrMnMo钢强度的处理方法，其特征在于所述处理方法按照渗碳、淬火、低温深冷处理、低温回火的顺序进行，包含如下步骤：
步骤一，将已完成渗碳淬火并已冷却至室温的20CrMnMo钢工件放入可控温的低温设备中，钢工件之间设有一定间隙；
步骤二，打开低温设备的制冷系统，在—40±5℃预冷并保温2～30min，保温时间根据20CrMnMo钢工件的尺寸设定；
步骤三，将预冷后的20CrMnMo钢工件以5～20℃/min的速率降温至—230℃～—100℃，保温时间为6～48h；
步骤四，关闭低温设备的制冷系统，使得20CrMnMo钢工件自然升温，温度升至—45℃以上时，取出钢工件；
步骤五，待步骤四取出的20CrMnMo钢工件升至室温后进行低温回火处理，处理方法为将20CrMnMo钢工件加热至200±5℃，保温2～10h，空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的提高20CrMnMo钢强度的处理方法，其特征在于：步骤二所述的低温设备为箱式绝热容器。
3.根据权利要求1或2所述的提高20CrMnMo钢强度的处理方法，其特征在于：步骤二所述的制冷系统采用冷却介质制冷或卡诺循环制冷，所述冷却介质为液氮、液氨或干冰。
4.根据权利要求1或2所述的提高20CrMnMo钢强度的处理方法，其特征在于：步骤三所述的深冷处理的温度为—165℃，保温时间为24h。
5.根据权利要求1或2所述的提高20CrMnMo钢强度的处理方法，其特征在于：步骤五所述的回火处理的温度为200℃，保温时间为4h。
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