CN109609893A - 一种真空渗碳后细化组织的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种真空渗碳后细化组织的方法，包括真空低压渗碳阶段，还包括渗碳后缓慢冷却阶段、循环缓冷阶段、二次淬火阶段；渗碳后缓慢冷却阶段包括：渗碳结束后，工件继续在加热室，停止加热，脉冲方式充入氮气，缓慢降至600℃；循环缓冷阶段指多次快速加热、多次缓冷；二次淬火阶段指采用循环缓冷结束后第一次淬火固化细化后的晶粒，第二次淬火兼顾表面及心部的淬火方法。能解决晶粒、组织细化问题，达到渗层表面马氏体细化、呈隐晶或细针状，心部组织细化，实现真空渗碳真正的“外硬内韧”，把材料的综合性能发挥到最佳程度。

Description

一种真空渗碳后细化组织的方法
技术领域
本发明涉及一种真空热处理技术，尤其涉及一种真空渗碳后细化组织的方法。
背景技术
热处理是机械制造行业的关键核心技术，随着对热处理技术的不断重视，其不再是以温度、时间两个参数经验控制和淬火的传统技术，而是由粗放型向精细化发展，重视新工艺、新技术、提高产品内在质量、节能节材降耗延寿、关注经济效益等。真空低压渗碳技术以少无氧化、节能减排、清洁热处理等优势，逐步替代可控气氛渗碳设备，在关键零部件如齿轮、传动轴等方面应用越来越广泛。
为了提高渗碳效率、节省工艺时间，选择渗碳温度越来越高，从900℃到1050℃，比如同样的渗层1.0mm,1050℃渗碳比900℃渗碳能节省60％以上时间。工艺周期缩短、效率提高，但随之而来的就是材料长时间处在高温状态，容易引起晶粒长大、马氏体针粗大，影响材料力学及使用性能。先有细化组织技术之一就是研究新型高温材料，加入合金元素Nb阻碍晶粒高温下增大，经过实践检验效果不明显。先有细化组织技术之二就是气氛炉渗碳后，直接冷却在空气中即正火工艺能达到细化表面组织的目的，但是造成零件表面的氧化；真空低压渗碳不会造成工件的表面氧化，却不能直接在空气中正火处理，难以细化表面组织。
发明内容
本发明的目的是提供一种绿色、有效、实用性强的真空渗碳后细化组织的方法，该方法为真空渗碳后冷却时细化表面及心部组织。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的真空渗碳后细化组织的方法，包括真空低压渗碳阶段，还包括渗碳后缓慢冷却阶段、循环缓冷阶段、二次淬火阶段；
所述的渗碳后缓慢冷却阶段包括：渗碳结束后，工件继续在加热室，停止加热，脉冲方式充入氮气，缓慢降至600℃；
所述的循环缓冷阶段指多次快速加热、多次缓冷；
所述的二次淬火阶段指采用循环缓冷结束后第一次淬火固化细化后的晶粒，第二次淬火兼顾表面及心部的淬火方法。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的真空渗碳后细化组织的方法，真空高温低压渗碳后，通过缓慢冷却、循环冷却、二次淬火技术，解决晶粒、组织细化问题，达到渗层表面马氏体细化、呈隐晶或细针状，心部组织细化，实现真空渗碳真正的“外硬内韧”，把材料的综合性能发挥到最佳程度。
附图说明
图1为现有技术中真空低压渗碳传统工艺曲线示意图；
图2为本发明实施例中真空低压渗碳细化组织工艺曲线示意图；
图3为本发明实施例中真空低压渗碳细化组织二次淬火工艺曲线示意图；
图4为本发明实施例中真空低压渗碳传统工艺表面组织情况(×500)示意图；
图5为本发明实施例中真空低压渗碳传统工艺心部组织情况(×500)示意图；
图6为本发明实施例中真空低压渗碳细化工艺表面马氏体组织情况(×500)示意图；
图7为本发明实施例中真空低压渗碳细化工艺心部组织情况(×500)示意图；
图4和图6中：(a)齿顶，(b)节圆，(c)齿根。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
本发明的真空渗碳后细化组织的方法，其较佳的具体实施方式是：
包括真空低压渗碳阶段，还包括渗碳后缓慢冷却阶段、循环缓冷阶段、二次淬火阶段；
所述的渗碳后缓慢冷却阶段包括：渗碳结束后，工件继续在加热室，停止加热，脉冲方式充入氮气，缓慢降至600℃；
所述的循环缓冷阶段指多次快速加热、多次缓冷；
所述的二次淬火阶段指采用循环缓冷结束后第一次淬火固化细化后的晶粒，第二次淬火兼顾表面及心部的淬火方法。
所述的渗碳后缓慢冷却阶段，在加热室以脉冲方式充入氮气的充气压力1～10KPa、充气时间60～90s、脉冲周期4～5min。
所述的循环缓冷阶段，从600℃快速升至AC3点，然后脉冲充气缓慢冷却到600℃，该过程循环多次。
所述的循环缓冷阶段选择2至3次循环。
所述的二次淬火阶段包括油淬冷却阶段、高温回火、再次加热油淬阶段。
所述的油淬冷却阶段采用真空油淬快速冷却，真空淬火油温50～60℃，再次加热油淬阶段的淬火温度810～830℃之间。
所述的真空低压渗碳阶段选择在真空条件下通入乙炔或丙烷气氛，利用高温条件下活性炭原子在固体中扩散，形成碳化物，冷却后达到表面硬化，渗碳温度在900℃以上。
所述的真空低压渗碳阶段渗碳时间60分钟以上，渗碳温度920℃～950℃。
本发明的真空渗碳后细化组织的方法，真空高温低压渗碳后，通过缓慢冷却、循环冷却、二次淬火技术，解决晶粒、组织细化问题，达到渗层表面马氏体细化、呈隐晶或细针状，心部组织细化，实现真空渗碳真正的“外硬内韧”，把材料的综合性能发挥到最佳程度。是一种绿色、有效、实用性强的方法，该方法为真空渗碳后冷却时细化表面及心部组织。
本发明中：
所述的真空低压渗碳阶段，就是选择在真空条件下通入乙炔或丙烷气氛，利用高温条件下活性炭原子在固体中扩散，形成碳化物，冷却后达到表面硬化的目的。真空渗碳阶段非常关键，选择温度的高低直接影响着材料的显微组织及性能，通常渗碳温度都在900℃以上，渗碳时间根据渗层硬化层深度要求，一般很长，奥氏体晶粒很容易长大。
所述的渗碳后缓慢冷却阶段，就是在渗碳结束后，工件继续留在真空加热室内，停止加热，脉冲方式充入氮气、抽气，使得工件表面温度能够缓慢降低，促使奥氏体晶粒、晶界移动，随着冷却时间的加长，晶粒确保充分细化。
所述的循环缓冷阶段，是在缓慢冷却阶段后，有些晶粒未能细化时，通过短时加热，温度不超过材料的AC3点，然后再进行缓冷，冷到600℃左右，再进行加热、缓慢冷却工艺，根据情况，可选择2至3次循环，晶粒完全细化。
所述的油淬冷却阶段，是缓慢冷却结束后，进行真空油淬快速冷却过程，此时能够达到表面晶粒进一步细化、固化效果。
所述的高温回火阶段，是根据材料残余奥氏体情况而定，如果量多可进行此过程，高温回火析出碳化物，可起钉扎作用，进一步细化晶粒。
所述的再次加热油淬阶段即为最后关键阶段，此时选择合适的温度及保温时间，既能保证表面组织状态细化，又能充分保证心部硬度及组织。
本发明的方法应用在包括小尺寸截面、大截面大模数锻件的渗碳齿轮件、轴类件的组织细化。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用加热室脉冲充气方式，充入氮气，进行工件表面缓冷，精确控制冷却速度及温度，并采用多次加热、缓冷、循环缓冷技术，利用真空油淬冷却充分细化奥氏体晶粒、从而达到细化表面马氏体组织(形成隐晶或细针状马氏体)；依靠冷却过程中温度精确控制，有效减少心部铁素体的大量析出；利用二次淬火工艺，选择合适的温度及时间参数，根据可达到表面马氏体及残余奥氏体(1～2级)，心部组织(1～2级)，真正达到真空渗碳“外硬内韧”，使真空渗碳获得较好效果、最佳性能。本发明方法具有绿色、节能、环保、高效的优点。
具体实施例：
实施例1
请参阅图2～3(并对比图1)，本发明实施例中，一种真空渗碳后冷却时细化表面及心部组织的方法，包括以下阶段：
(1)真空低压渗碳阶段：根据工件技术要求设定好渗碳时间、扩散时间，编制响应的工艺曲线后，工件放于真空炉抽真空，开始加热，在700℃预热保温一段时间，升温至渗碳温度900～1050℃后，开始低压渗碳工艺，脉冲式充入乙炔或丙烷，压力一般为1.3～6.6kpa，经历渗碳、扩散阶段后，真空低压渗碳完成。
(2)渗碳后缓慢冷却阶段：渗碳结束以后，加热停止，开始脉冲式充气冷却，脉冲周期一般4～5min，充气压力3～10kpa，冷却过程由温度控制器控制，冷却至600℃左右。
(3)多次循环缓慢冷却阶段：此阶段延续缓慢冷却阶段，继续细化晶粒，从600℃快速加热5～8min，然后缓慢冷却，冷却过程脉冲式充氮气，到600℃左右，再加热、缓慢冷却……根据工件尺寸大小，可选择2～3次循环缓冷。
(4)油淬冷却阶段：此阶段主要是固化、进一步细化晶粒，600℃真空油淬、充气、开油搅拌，根据工件情况定冷却时间。
(5)高温回火:根据渗碳后金相检测结果，残余奥氏体过多，可进行高温回火，高温回火温度为600～650℃之间，保温3～4h，然后快速冷却。
(6)再次加热油淬阶段：再次重新加热，700℃左右预热保温、升温至810～830℃，保温后，进行油淬冷却，即完成真空渗碳后细化组织的工艺。
本方法不仅可用于尺寸截面较小的渗碳齿轮件、轴类件的组织细化，也主要用于大截面大模数齿轮锻件渗碳后的组织细化。
实施例2–齿轮
尺寸(mm):齿顶圆直径φ630、内孔φ270、齿宽80、模数5mm
材料：18CrNiMo7-6。
热处理技术要求：标准JB/T6141.3-1992真空渗碳后渗层碳化物≤2级、表面马氏体及残留奥氏体≤2级、心部组织≤2级、渗层0.9～1.2mm、表面硬度HRC60～62。
渗碳工艺：采用真空低压渗碳传统工艺和细化组织工艺比较。
如图4～5是真空低压渗碳传统工艺得到的表面马氏体组织情况，根据JB/T6141.3-1992评级：马氏体组织4级，针比较粗大；心部组织：2级。
如图6～7是采用真空低压渗碳细化组织工艺得到的表面马氏体组织情况，根据JB/T6141.3-1992评级：马氏体组织2级，隐晶或细针状组织；心部组织：1级。
真空低压渗碳细化组织工艺可充分细化表层马氏体组织、细化心部组织，把材料性能发挥到最佳程度，提升整体热处理水平。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种真空渗碳后细化组织的方法，包括真空低压渗碳阶段，其特征在于，还包括渗碳后缓慢冷却阶段、循环缓冷阶段、二次淬火阶段；
所述的渗碳后缓慢冷却阶段包括：渗碳结束后，工件继续在加热室，停止加热，脉冲方式充入氮气，缓慢降至600℃；
所述的循环缓冷阶段指多次快速加热、多次缓冷；
所述的二次淬火阶段指采用循环缓冷结束后第一次淬火固化细化后的晶粒，第二次淬火兼顾表面及心部的淬火方法。
2.根据权利要求1所述的真空渗碳后细化组织的方法，其特征在于，所述的渗碳后缓慢冷却阶段，在加热室以脉冲方式充入氮气的充气压力1～10KPa、充气时间60～90s、脉冲周期4～5min。
3.根据权利要求2所述的真空渗碳后细化组织的方法，其特征在于，所述的循环缓冷阶段，从600℃快速升至AC3点，然后脉冲充气缓慢冷却到600℃，该过程循环多次。
4.根据权利要求3所述的真空渗碳后细化组织的方法，其特征在于，所述的循环缓冷阶段选择2至3次循环。
5.根据权利要求1所述的真空渗碳后细化组织的方法，其特征在于，所述的二次淬火阶段包括油淬冷却阶段、高温回火、再次加热油淬阶段。
6.根据权利要求5所述的真空渗碳后细化组织的方法，其特征在于，所述的油淬冷却阶段采用真空油淬快速冷却，真空淬火油温50～60℃，再次加热油淬阶段的淬火温度810～830℃之间。
7.根据权利要求1至6任一项所述的真空渗碳后细化组织的方法，其特征在于，所述的真空低压渗碳阶段选择在真空条件下通入乙炔或丙烷气氛，利用高温条件下活性炭原子在固体中扩散，形成碳化物，冷却后达到表面硬化，渗碳温度在900℃以上。
8.根据权利要求7所述的真空渗碳后细化组织的方法，其特征在于，所述的真空低压渗碳阶段渗碳时间60分钟以上，渗碳温度920℃～950℃。
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