CN108411072A - 一种高碳马氏体耐酸不锈钢精密零件精准热处理淬火工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种高碳马氏体耐酸不锈钢精密零件精准热处理淬火工艺，材料为瑞典ASSAB ELMAX高碳马氏体耐酸不锈钢，主要合金成份为1.70%C 18%Cr 0.8%Si 1.0%Mo 3.0%V 0.3%Mn，本发明所述的热处理工艺采用分级加热，使受热更加均匀；采用三次回火，不同的厚度用不同保温时间，可精细控制工件的内部晶相组织，晶粒生长，回火后进行两次冷处理，使之残余奥氏体继续向马氏体转变、达到消除残余奥氏体，消除蠕变、稳定尺寸并减少晶间腐蚀断裂的倾向，提高耐蚀性和材料的强度，使零件耐磨性好、寿命长、可靠性高、高温尺寸稳定（附图1）。

Description

一种高碳马氏体耐酸不锈钢精密零件精准热处理淬火工艺
技术领域
本发明属于特种不锈钢材料热处理领域，具体涉及一种ASSAB ELMAX瑞典进口高碳高铬耐酸马氏体不锈钢精密零件的精准热处理淬火工艺。
背景技术
随着我国制造业的升级，一些精密设备对零部件的要求越来越苛刻，国产材料在某些性能方面不能满足其要求，只得采用相关先进的进口材料；ASSAB ELMAX瑞典牌号，是一种高纯净度、组织均匀、晶粒细化的高碳高铬耐热耐酸不锈钢，主要合金成份为1.70%C18%Cr 0.8%Si 1.0%Mo 3.0%V 0.3%Mn，常用的硬度HRC58－HR60，具有高的耐磨性与耐蚀性，主要用于制造在腐蚀环境和无润滑强氧化气氛中工作的精密零件，用于添加了纤维的工程塑胶制品、IC、连接器、开关、电阻等电子零件加工的精密模具；因其高碳高铬而导热性差，工件厚度、合金成份也对热处理工艺影响较大，导致热处理工艺复杂，如热处理不当不但难发挥其优良性能，质量也难以控制，容易批量报废；为此，本发明人也申报了一种高碳高铬马氏体不锈钢精密零件的热处理淬火工艺专利（申请号2017112156669），取得了较好的效果；
在诸如半导体芯片封装模中的凸模、凹模精密零件，采用了ASSAB ELMAX马氏体耐酸不锈钢材料，要求硬度高、耐磨性好、高温尺寸稳定、寿命长、可靠性高；但零件的厚度不同，其高碳高铬导热性差，采通用的不锈钢热处理工艺，不但难以精确可靠地控制其淬火硬度，也难以可靠地保证其淬透性和精确地控制材料内部晶相组织变化，存在10－20%的残余奥氏体组织，受热不稳定，向马氏体转变产生渐变，导致零件在工作过程中产生蠕变，其晶间腐蚀断裂的倾向也降低材料的耐蚀性和材料的强度，难以达到使用要求；这就需要根据不同的工件厚度、不同的硬度要求，采取精准的热处理温度和时间工艺参数，以可靠地保证其淬透性，精确控制材料内部组织变化、消除残余奥氏体，达到精确的零件硬度和在使用过程中不发生蠕变，保持尺寸稳定的要求。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题，是针对一种精密半导体芯片封装模中的凸模、凹模零件，提供一种高碳马氏体耐酸不锈钢精密零件精准热处理淬火工艺，材料为瑞典进口高碳马氏体耐酸不锈钢ASSAB ELMAX，主要合金成份为1.70%C 18%Cr 0.8%Si1.0%Mo 3.0%V 0.3%Mn，是根据不同的工件厚度采用不同的保温时间、以可靠地保证其淬透性和精确地控制材料内部晶细化组织均匀稳定；三次回火两次冷处理，使残余奥氏体继续向马氏体转变、达到消除残余奥氏体，消除蠕变、稳定尺寸并减少晶间腐蚀断裂的倾向，提高耐蚀性和材料的强度，使零件耐磨性好、寿命长、可靠性高、高温尺寸稳定，达到精密半导体IC封装模的使用要求。
1、一种高碳马氏体耐酸不锈钢精密零件精准热处理淬火工艺，其特征在于，主要是通过下述步骤及技术方案得以解决：（1）将厚度相差小于5mm的马氏体耐酸不锈钢工件放入淬火炉中分两次预热，第一次以小于75℃/小时的加热速度至100℃ ，第二次以小于30℃/小时的加热速度至150℃；（2）在淬火炉中分二级加热至淬火温度1080℃并保温；（3）将工件出炉放入50－80℃的淬火油中并开动搅拌机，冷至140℃时出油空冷至50－70℃；（4）将工件第一次入回火炉500℃保温回火，出炉空冷至室温；（5）空冷至室温后立即第一次冷处理；（6）第二次入回火炉500℃保温回火，出炉空冷至室温；（7）空冷至室温后立即第二次冷处理；（8）第三次入回火炉500℃保温回火，出炉空冷至室温；（附图1）。
2、一种高碳马氏体耐酸不锈钢精密零件精准热处理淬火工艺，所述的在淬火炉中分二级加热至淬火温度1080℃并保温，其特征在于，工件预热后继续加热至850℃并保温t1，继续加热至淬火温度1080℃并保温t2（附图1 表1）
。
3、一种高碳马氏体耐酸不锈钢精密零件精准热处理淬火工艺，所述的将工件第一次入回火炉500℃保温回火，出炉空冷至室温，其特征在于，当工件油淬后风冷至50－70℃时立即入回火炉加热至500℃并保温t3（附图1表1），出炉自然空冷室温，回火500℃有二次硬化作用。
4、一种高碳马氏体耐酸不锈钢精密零件精准热处理淬火工艺，所述的当工件空冷至室温后立即第一次冷处理，其特征在于，工件空冷至室温时立即入液氮冷处理柜，通入液氮冷至－60℃～―80℃并保温t4（附图1表1），打开柜门15分钟后取出工件在室内自然均匀升温。
5、一种高碳马氏体耐酸不锈钢精密零件精准热处理淬火工艺，所述的第二次入回火炉500℃保温回火，出炉空冷至室温，其特征在于，工件冷处理后温度升至室温时立即第二次入回火炉加热至500℃并保温t5（附图1表1），出炉自然空冷至室温，回火500℃有二次硬化作用。
6、一种高碳马氏体耐酸不锈钢精密零件精密热处理淬火工艺，所述的当工件空冷至室温后立即第二次冷处理，其特征在于，工件空冷至室温时立即入液氮冷处理柜，通入液氮冷至－60℃～―80℃并保温t6（表1），打开柜门15分钟后取出工件在室内自然均匀升温。
7、一种高碳马氏体耐酸不锈钢精密零件精准热处理淬火工艺，所述的第三次入回火炉500℃保温回火，出炉空冷至室温，其特征在于，工件冷处理后温度升至室温时立即第三次入回火炉加热至500℃并保温t7（附图1表1），出炉自然空冷至室温，回火500℃有二次硬化作用。
本发明的一种高碳马氏体耐酸不锈钢零件精准热处理淬火工艺的有益效果是：在精准热处理淬火工艺过程中，采用两次梯度预热、两级加热至淬火温度，油淬后三次回火并穿插两次冷处理，且不同厚度的工件采用不同的热处理保温时间，可使受热均匀，精确地控制工件的内部晶相组织、晶粒变化，回火后进行两次冷处理，使之残余奥氏体继续向马氏体转变、达到消除残余奥氏体，消除蠕变、稳定尺寸并减少晶间腐蚀断裂的倾向，提高耐蚀性和材料的强度，使零件耐磨性好、寿命长、可靠性高、高温尺寸稳定。本发明操作简单实用性强，具有较高的工程应用价值，其投入市场必将产生显著地社会效益和经济效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，附图1为本发明的一种高碳马氏体耐酸不锈钢精密零件精准热处理淬火工艺工艺流程，纵坐标T表示热处理温度参数，横坐标表示热处理时间参数，其中t1、 t2、t3、t4 、t5、t6、t7为不同厚度零件的不同保温时间。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例1　厚度小于5mm的ASSAB ELMAX高碳马氏体耐酸不锈钢IC封装模具中的精密凸模,硬度要求为HRC58－60
（1）将一批厚度小于5mm的工件放入淬火炉中分两次预热，第一次以小于30℃/小时的加热速度至100℃ ，第二次以小于75℃/小时的加热速度至150℃；
（2）工件在淬火炉中继续加热至8500C并保温15min、再继续加热至淬火温度10800C并保温10min；
（3）将工件出炉放入50－80℃的淬火油中并开动搅拌机，冷至140℃时出油空冷至50－70℃；
（4）当工件油淬后风冷至50－70℃时立即第一次入回火炉加热至500℃并保温90 min，出炉自然空冷室温，回火500℃有二次硬化作用；
（5）工件空冷至室温时立即第一次入液氮冷处理柜，通入液氮冷至－60℃～―80℃并保温60 min，打开柜门15 min后取出工件在室内自然均匀升温；
（6）工件冷处理后温度升至室温时立即第二次入回火炉加热至500℃并保温90 min，出炉自然空冷至室温，回火500℃有二次硬化作用；
（7）工件空冷至室温时立即第二次入液氮冷处理柜，通入液氮冷至－60℃～―80℃并保温60 min，打开柜门15分钟后取出工件在室内自然均匀升温；
（8）工件冷处理后温度升至室温时立即第三次入回火炉加热至500℃并保温90 min，出炉自然空冷至室温，回火500℃有二次硬化作用；
（9）用硬度计抽样检查工件硬度，并剖开工件抛光断面，用显微镜检查内部晶相组织。
实施例2　厚度11－15mm的ASSAB ELMAX高碳马氏体耐酸不锈钢IC封装模具中的精密凸模,硬度要求为HRC58－60
（1）将一批厚度11－15mm的工件放入淬火炉中分两次预热，第一次以小于30℃/小时的加热速度至100℃ ，第二次以小于75℃/小时的加热速度至150℃；
（2）工件在淬火炉中继续加热至8500C并保温30min、再继续加热至淬火温度10800C并保温22min；
（3）将工件出炉放入50－80℃的淬火油中并开动搅拌机，冷至140℃时出油空冷至50－70℃；
（4）当工件油淬后风冷至50－70℃时立即第一次入回火炉加热至500℃并保温120min，出炉自然空冷室温，回火500℃有二次硬化作用；
（5）工件空冷至室温时立即第一次入液氮冷处理柜，通入液氮冷至－60℃～―80℃并保温60 min，打开柜门15 min后取出工件在室内自然均匀升温；
（6）工件冷处理后温度升至室温时立即第二次入回火炉加热至500℃并保温120 min，出炉自然空冷至室温，回火500℃有二次硬化作用；
（7）工件空冷至室温时立即第二次入液氮冷处理柜，通入液氮冷至－60℃～―80℃并保温60 min，打开柜门15分钟后取出工件在室内自然均匀升温；
（8）工件冷处理后温度升至室温时立即第三次入回火炉加热至500℃并保温120 min，出炉自然空冷至室温，回火500℃有二次硬化作用；
（9）用硬度计抽样检查工件硬度，并剖开工件抛光断面，用显微镜检查内部晶相组织。
实施例3　厚度21－25mm的ASSAB ELMAX高碳马氏体耐酸不锈钢IC封装模具中的精密凸模,硬度要求为HRC58－60
（1）将一批厚21－25mm的工件放入淬火炉中分两次预热，第一次以小于30℃/小时的加热速度至100℃ ，第二次以小于75℃/小时的加热速度至150℃；
（2）工件在淬火炉中继续加热至8500C并保温50min、再继续加热至淬火温度10800C并保温37min；
（3）将工件出炉放入50－80℃的淬火油中并开动搅拌机，冷至140℃时出油空冷至50－70℃；
（4）当工件油淬后风冷至50－70℃时立即第一次入回火炉加热至500℃并保温120min，出炉自然空冷室温，回火500℃有二次硬化作用；
（5）工件空冷至室温时立即第一次入液氮冷处理柜，通入液氮冷至－60℃～―80℃并保温90min，打开柜门15 min后取出工件在室内自然均匀升温；
（6）工件冷处理后温度升至室温时立即第二次入回火炉加热至500℃并保温120 min，出炉自然空冷至室温，回火500℃有二次硬化作用；
（7）工件空冷至室温时立即第二次入液氮冷处理柜，通入液氮冷至－60℃～―80℃并保温90min，打开柜门15分钟后取出工件在室内自然均匀升温；
（8）工件冷处理后温度升至室温时立即第三次入回火炉加热至500℃并保温120，出炉自然空冷至室温，回火500℃有二次硬化作用；
（9）用硬度计抽样检查工件硬度，并剖开工件抛光断面，用显微镜检查内部晶相组织。
实施例4　厚度31－35mm的ASSAB ELMAX高碳马氏体耐酸不锈钢IC封装模具中的精密凸模,硬度要求为HRC58－60
（1）将一批厚度小于5mm的工件放入淬火炉中分两次预热，第一次以小于30℃/小时的加热速度至100℃ ，第二次以小于75℃/小时的加热速度至150℃；
（2）工件在淬火炉中继续加热至8500C并保温70min、再继续加热至淬火温度10800C并保温52min；
（3）将工件出炉放入50－80℃的淬火油中并开动搅拌机，冷至140℃时出油空冷至50－70℃；
（4）当工件油淬后风冷至50－70℃时立即第一次入回火炉加热至500℃并保温150min，出炉自然空冷室温，回火500℃有二次硬化作用；
（5）工件空冷至室温时立即第一次入液氮冷处理柜，通入液氮冷至－60℃～―80℃并保温90min，打开柜门15 min后取出工件在室内自然均匀升温；
（6）工件冷处理后温度升至室温时立即第二次入回火炉加热至500℃并保温150 min，出炉自然空冷至室温，回火500℃有二次硬化作用；
（7）工件空冷至室温时立即第二次入液氮冷处理柜，通入液氮冷至－60℃～―80℃并保温90min，打开柜门15分钟后取出工件在室内自然均匀升温；
（8）工件冷处理后温度升至室温时立即第三次入回火炉加热至500℃并保温150 min，出炉自然空冷至室温，回火500℃有二次硬化作用；
（9）用硬度计抽样检查工件硬度，并剖开工件抛光断面，用显微镜检查内部晶相组织。
实施例5　厚度36－40mm的ASSAB ELMAX高碳马氏体耐酸不锈钢IC封装模具中的精密凹模,硬度要求为HRC58－60
（1）将一批厚度小于5mm的工件放入淬火炉中分两次预热，第一次以小于30℃/小时的加热速度至100℃ ，第二次以小于75℃/小时的加热速度至150℃；
（2）工件在淬火炉中继续加热至8500C并保温80min、再继续加热至淬火温度10800C并保温60min；
（3）将工件出炉放入50－80℃的淬火油中并开动搅拌机，冷至140℃时出油空冷至50－70℃；
（4）当工件油淬后风冷至50－70℃时立即第一次入回火炉加热至500℃并保温180min，出炉自然空冷室温，回火500℃有二次硬化作用；
（5）工件空冷至室温时立即第一次入液氮冷处理柜，通入液氮冷至－60℃～―80℃并保温120min，打开柜门15 min后取出工件在室内自然均匀升温；
（6）工件冷处理后温度升至室温时立即第二次入回火炉加热至500℃并保温180min，出炉自然空冷至室温，回火500℃有二次硬化作用；
（7）工件空冷至室温时立即第二次入液氮冷处理柜，通入液氮冷至－60℃～―80℃并保温120min，打开柜门15分钟后取出工件在室内自然均匀升温；
（8）工件冷处理后温度升至室温时立即第三次入回火炉加热至500℃并保温180，出炉自然空冷至室温，回火500℃有二次硬化作用；
（9）用硬度计抽样检查工件硬度，并剖开工件抛光断面，用显微镜检查内部晶相组织。
本发明所述的热处理工艺采用分级加热，使受热更加均匀；采用三次回火，不同的厚度用不同保温时间，可精细控制工件的内部晶相组织，晶粒生长，回火后进行两次冷处理，使之残余奥氏体继续向马氏体转变、达到消除残余奥氏体，消除蠕变、稳定尺寸并减少晶间腐蚀断裂的倾向，提高耐蚀性和材料的强度，使零件耐磨性好、寿命长、可靠性高、高温尺寸稳定。本发明简单易行，具有较高的工程应用价值，其投入市场必将产生显著地社会效益和经济效益。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式。
不局限于此，任何不经过创造性劳动根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种高碳马氏体耐酸不锈钢精密零件精准热处理淬火工艺，材料为材料为瑞典ASSAB ELMAX高碳马氏体耐酸不锈钢，所述的在淬火炉中分二级加热至淬火温度并保温，其特征在于，工件预热后继续加热至850℃并保温t1（表1），继续加热至加热至淬火温度1080℃并保温t2（表1）；
表1 不同厚度的工件的不同保温时间
。
2.一种高碳马氏体耐酸不锈钢精密零件精准热处理淬火工艺，所述的将工件第一次入回火炉500℃保温回火，出炉空冷至室温，其特征在于，当工件油淬后风冷至50－70℃时立即入回火炉加热至500℃并保温t3（表1），出炉自然空冷室温，回火500℃有二次硬化作用。
3.一种高碳马氏体耐酸不锈钢精密零件精准热处理淬火工艺，所述的当工件空冷至室温后立即第一次冷处理，其特征在于，工件空冷至室温时立即入液氮冷处理柜，通入液氮冷至－60℃～―80℃并保温t4（表1），打开柜门15分钟后取出工件在室内自然均匀升温。
4.一种高碳马氏体耐酸不锈钢精密零件精准热处理淬火工艺，所述的第二次入回火炉500℃保温回火，出炉空冷至室温，其特征在于，工件冷处理后温度升至室温时立即第二次入回火炉加热至500℃并保温t5（表1），出炉自然空冷至室温，回火500℃有二次硬化作用。
5.一种高碳马氏体耐酸不锈钢精密零件精准热处理淬火工艺，所述的当工件空冷至室温后立即第二次冷处理，其特征在于，工件空冷至室温时立即入液氮冷处理柜，通入液氮冷至－60℃～―80℃并保温t6（表1），打开柜门15分钟后取出工件在室内自然均匀升温。
6.一种高碳马氏体耐酸不锈钢精密零件精准热处理淬火工艺，所述的第三次入回火炉500℃保温回火，出炉空冷至室温，其特征在于，工件冷处理后温度升至室温时立即第三次入回火炉加热至500℃并保温t7（表1），出炉自然空冷至室温，回火500℃有二次硬化作用。
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