CN109609867A - 一种18CrNiMo7-6材料及其低温冲击热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种18CrNiMo7‑6材料，该钢的组分及质量百分比为，C0.15～0.21%，Si≤0.40%，Mn 0.50～0.90%，Cr 1.50～1.80%，Mo 0.25～0.35%，P≤0.025%，S≤0.035%,Ni1.40～1.70%,其余为Fe及不可避免的杂质元素。18CrNiMo7‑6材料的热处理方法，包括装炉工序、淬火工序和回火工序，先将需处理的零件摆放在淬火工装上，再将淬火工装放入箱式电阻炉的有效加热区内；启动箱式电阻炉进行淬火，淬火温度为840℃～860℃，并根据保温时间公式t=α·κ·H确定保温时间，其中，t保温时间，α钢在气体介质中加热时的保温系数，κ零件装炉方式调整系数，H零件有效厚度；淬火保温完毕后，对所述零件进行淬火冷却；回火时间为淬火加热时间的1.2～1.5倍，回火冷却采用空冷或水冷，该方法有效改善材料的金属组织，提高产品生产合格率。

Description

一种18CrNiMo7-6材料及其低温冲击热处理方法
技术领域
本发明属于材料热处理技术领域，具体涉及一种18CrNiMo7-6材料及其热处理方法。
背景技术
18CrNiMo7-6钢属于一种表面硬化钢，具有高强度、高韧性和高淬透型，调质处理后有很高的强韧性，低温冲击韧性较好。该钢主要应用于轻量化齿轮、齿轮轴等零部件。
设计图纸中零件18CrNiMo7-6材料技术要求低温冲击达到Akv(-40℃)≥27J，抗拉强度Rm不小于980-1270N/mm2，屈服强度Rp0.2不小于680N/mm2, 延伸率A不小于8％，端面收缩率Z不小于35％。该材料要求-40℃低温冲击时，国内没有做过，国外也只有在-30℃时做到Akv26、28、29J。对应热处理工艺，国内没有公开发表的热处理工艺，也从未进行过低温冲击试验、生产，也没有相适宜的热处理工艺方法，热处理调质工艺属国内空白。
然而，18CrNiMo7-6材料作为广泛使用的工程产品材料，特别是在工程锚绞机齿轮、齿轮轴类零件中广泛使用，该材料中间技术要求为调质处理。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种18CrNiMo7-6材料及其热处理方法，改善金属组织，提高产品生产合格率。
为了达到以上目的，提供一种18CrNiMo7-6材料，该钢的组分及质量百分比为，C0.15～0.21％，Si≤0.40％，Mn 0.50～0.90％，Cr 1.50～1.80％，Mo 0.25～ 0.35％，P≤0.025％，S≤0.035％,Ni1.40～1.70％,其余为Fe及不可避免的杂质元素。
本发明还提供该18CrNiMo7-6材料的热处理方法，包括装炉工序、淬火工序和回火工序，具体步骤如下，
步骤S1、装炉工序：将需处理的零件摆放在淬火工装上，再将淬火工装放入箱式电阻炉的有效加热区内；
步骤S2、淬火工序：启动箱式电阻炉进行淬火，淬火温度为840℃～860℃，并根据保温时间公式t＝α·κ·H确定保温时间，其中，t：保温时间，单位为 min，α：钢在气体介质中加热时的保温系数，单位为min/mm，κ：零件装炉方式调整系数，H：零件有效厚度，单位为mm；淬火保温完毕后，对所述零件进行淬火冷却；
步骤S3、回火工序：回火时间为淬火加热时间的1.2～1.5倍，回火冷却方式采用空冷或水冷。
热处理方法的优选方案是：摆放在淬火工装上的零件之间的间隔为 10-15mm，再将淬火工装放入炉内均匀温区内的装料架或炉底板上。
优选地，所述步骤S2中，对大件零件的淬火工序采用阶梯升温的方式，在升温中途进行一次650℃或分别在400～450℃、650℃进行两次保温工序，或利用较低的加热速度，低温阶段为30℃/h和600℃以上高温阶段为100℃/h，而不进行中间保温。
优选地，所述步骤S2中，当零件厚度H≤50mm时，零件在780～900℃气体介质中加热时的保温系数为1.5～1.8；当零件厚度H＞50mm时，零件在780～ 900℃气体介质中加热时的保温系数为1.5～2.0。
优选地，所述步骤S2中，淬火冷却的介质为15号机油或水，当介质为15 号机油，则使用温度小于60℃，当介质为水，则使用温度小于40℃。
优选地，所述步骤S3中，回火温度为500℃～560℃。
本发明有益效果为：改善材料的金属组织，提高产品生产合格率。
具体实施方式
实施例一
本实施例提供一种8CrNiMo7-6材料，该钢的组分及质量百分比为，C0.15～0.21％，Si≤0.40％，Mn 0.50～0.90％，Cr 1.50～1.80％，Mo 0.25～0.35％，P ≤0.025％，S≤0.035％,Ni1.40～1.70％,其余为Fe及不可避免的杂质元素。
本实施例中采用台车式箱式(空气)电阻炉，设备等级为V级，控温精度为±10℃。
步骤S1，将需处理的18CrNiMo7-6材料零件摆放在吊框内，工件之间留有 5-10mm间隙；
将前述18CrNiMo7-6材料零件放入台车式箱式电阻炉的有效加入区内，该有效加入区测定方法的执行标准为：GB/T9452-2012，放入炉内均匀温区内的装料架或炉底板上。并打开电阻炉开关；
步骤S2，淬火工序：在淬火操作中，将18CrNiMo7-6材料零件随炉升温至淬火温度，按要求保温一定时间后出炉，放入15号机油或水介质中淬火冷却。
由于零件在保温阶段加热停留的时间，决定了零件热处理的质量，加热时间与工件的成分、形状和尺寸、加热速度、加热介质、加热方式、装炉方式、装炉量等因素有关，因此根据淬火保温时间公式t＝α·κ·H确定保温时间，其中t：保温时间(min)，α：钢在气体介质中加热时的保温系数(min/mm)，见表1-1；
表1-1钢在气体介质中加热的保温系数α
κ：零件装炉方式调整系数，见表1-2；
表1-2零件装炉方式调整系数κ
H：零件有效厚度(mm)，见表1-3。
表1-3零件有效厚度H
在淬火操作中，小件不需要控制加热速度，但对于大件(吨位＞1吨)，为避免在加热过程中由于热应力过大造成变形和开裂，往往采用控制升温，即阶梯升温的工艺方法：在升温中途进行一次650℃或400～450℃和650℃两次保温，也可以采用较低的加热速度，低温阶段为30℃/h和600℃以上高温阶段为100 ℃/h，而不进行中间保温。
步骤S3，回火工序：工件回火应在淬火后及时进行，回火温度应根据工件的设计力学性能要求(如硬度、强度、塑性、韧性等)等因素确定。零件回火温度以硬度和机械性能来确定。
其中，回火加热时间，按同种加热介质中淬火加热时间的1.2～1.5倍计算。回火加热完毕后，采用空冷或水冷的方式进行回火冷却。
以φ100mm×200mm轴为例，分别进行油淬火冷却或水淬火冷却工艺试验。
本实施例中同样采用台车式箱式(空气)电阻炉，设备等级为Ⅲ级，控温精度为±1℃。并采用与前述相同方式进行装炉。
热处理淬火加热温度为：850℃，随炉升温方式至淬火保温时间为：150分、热处理淬火冷却介质为15号油或水。
回火温度为500～560℃，时间为210分；
回火加热完毕后，采用水为冷却介质。
上述工艺完成后进行硬度测试：把经过热处理后的零件打磨表面在HL-D型硬度机上进行硬度测试，如表1-4所示。
表1-4硬度测试表
拉伸测试：经热处理后的零件按DNV标准规定位置取样(线切割)，加工成标准试样，室温下在WEW-600型微机屏显液压万能试验机上进行拉伸试验。
冲击测试：把经热处理后的零件按DNV标准规定位置取样(线切割)，加工成标准冲击试样，冲击试块三个，均为V型缺口放在，放在冲击试验低温槽，温度设定在-40℃，保持10分及以上，迅速拿出立即在JB30A型294/147冲击试验机上进行冲击试验，测定冲击韧性值。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种18CrNiMo7-6材料，其特征在于，该钢的组分及质量百分比为，C0.15～0.21%，Si≤0.40% ，Mn 0.50～0.90%，Cr 1.50～1.80%，Mo 0.25～0.35%，P≤0.025%，S≤0.035%,Ni1.40～1.70%,其余为Fe及不可避免的杂质元素。
2.一种根据权利要求1所述的18CrNiMo7-6材料的热处理方法，其特征在于，包括装炉工序、淬火工序和回火工序，具体步骤如下，
步骤S1、装炉工序：将需处理的零件摆放在淬火工装上，再将淬火工装放入箱式电阻炉的有效加热区内；
步骤S2、淬火工序：启动箱式电阻炉进行淬火，淬火温度为840℃～860℃，并根据保温时间公式t=α·κ·H确定保温时间，其中，t：保温时间，单位为min，α：钢在气体介质中加热时的保温系数，单位为min/mm，κ：零件装炉方式调整系数，H：零件有效厚度，单位为mm；淬火保温完毕后，对所述零件进行淬火冷却；
步骤S3、回火工序：回火时间为淬火加热时间的1.2～1.5倍，回火冷却方式采用空冷或水冷。
3.根据权利要求2所述的18CrNiMo7-6材料的热处理方法，其特征在于，步骤S1中，摆放在淬火工装上的零件之间的间隔为10-15mm，再将淬火工装放入炉内均匀温区内的装料架或炉底板上。
4.根据权利要求2所述的18CrNiMo7-6材料的热处理方法，其特征在于，所述步骤S2中，对大件零件的淬火工序采用阶梯升温的方式，在升温中途进行一次650℃或分别在400～450℃、650℃进行两次保温工序，或利用较低的加热速度，低温阶段为30℃/h和600℃以上高温阶段为100℃/h，而不进行中间保温。
5.根据权利要求2所述的18CrNiMo7-6材料的热处理方法，其特征在于，所述步骤S2中，当零件厚度H≤50mm时，零件在780～900℃气体介质中加热时的保温系数为1.5～1.8；当零件厚度H＞50mm时，零件在780～900℃气体介质中加热时的保温系数为1.5～2.0。
6.根据权利要求2所述的18CrNiMo7-6材料的热处理方法，其特征在于，所述步骤S2中，淬火冷却的介质为15号机油或水，当介质为15号机油，则使用温度小于60℃，当介质为水，则使用温度小于40℃。
7.根据权利要求2所述的18CrNiMo7-6材料的热处理方法，其特征在于，所述步骤S3中，回火温度为500℃～560℃。
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