CN110184561A - 一种合金钢铸件的渗碳热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种合金钢铸件的渗碳热处理工艺,具体包括如下步骤:S1、在铸件的渗碳工作表面车削以除去吸附层、氧化层和加工应变层,清洗后对铸件的非渗碳工作面进行防渗处理,并在车削后的工作表面镀上一层非铜金属膜;S2、装炉,排气,渗碳介质选用甲醇和丙酮;S3、加热升温至渗碳温度进行第一次渗碳,碳势为1.0±0.05%,随后油淬至Ac1以下;S4、快速加热达渗碳温度进行第二次渗碳,碳势为0.75±0.05%,随后炉冷至800~820℃并保持均温;S5、重复循环S3和S4多次后,缓冷至350~400℃,出炉空冷,然后进行淬火和低温回火。采用该方案,渗碳层不出现网状碳化物,提高工件表面的硬度和耐磨性。
Description
技术领域
本发明涉及铸件热处理技术领域,特别是涉及一种合金钢铸件的渗碳热处理工艺。
背景技术
钢的渗碳是为了提高钢工件表层的碳含量并在其中形成一定的碳含量梯度,将工件在渗碳介质中加热、保温,使碳原子渗入的化学热处理工艺。经渗碳及淬火和回火处理后,工件表面可获得高的硬度、强度、耐磨性和疲劳强度,而工件心部仍保持一定的强韧性。渗碳常用钢包括Q215,08, 8CrNiMo等等。现有的渗碳热处理工艺容易生成大量网状碳化物,网状碳化物的存在,削弱了金属间的结合力,使钢的力学性能降低.尤其使冲击韧性下降,脆性增加,它易引起沿晶开裂,并降低钢的耐磨性。
发明内容
为克服现有技术存在的技术缺陷,本发明提供一种合金钢铸件的渗碳热处理工艺,渗碳层不出现网状碳化物,提高工件表面的硬度和耐磨性。
本发明采用的技术解决方案是:
一种合金钢铸件的渗碳热处理工艺,具体包括如下步骤:
S1、取铸件,在铸件的渗碳工作表面车削以除去吸附层、氧化层和加工应变层,再在真空碳氢溶剂清洗机中进行清洗,然后对铸件的非渗碳工作面进行防渗处理,同时在车削后的工作表面镀上一层非铜金属膜,膜厚5μm~20μm;
S2、装炉,排气,渗碳介质选用甲醇和丙酮;
S3、加热升温至铸件的渗碳温度进行第一次渗碳,控制碳势为1.0±0.05%,处理3h~5h,随后油淬至Ac1温度以下;
S4、快速加热再次达到铸件的渗碳温度进行第二次渗碳,控制碳势为0.75±0.05%,处理10h~20h,随后炉冷至800℃~820℃并保持均温50min~60min;
S5、重复循环上述步骤S3和S4多次后,缓冷至350℃~400℃,出炉空冷,然后进行淬火和低温回火。
优选地,所述非铜金属膜为Ni-Fe合金膜,其中Ni-Fe合金成分的质量比为Ni∶Fe=19∶81。
优选地,所述防渗处理采用防渗涂层法,具体为:取66重量份的滑石粉和34重量份的高岭土,用水玻璃调成膏状后,涂于非渗碳工作面上,涂刷两遍,然后烘干。
优选地,所述步骤S5中的淬火具体是在氮气保护氛围下先一次均热600±5℃,保温60±5min,然后二次均热至淬火温度,保温150±5min,然后入盐槽,盐浴温度170℃±10℃,时间为60min~80min,盐浴后出炉、风冷至100℃±5℃,进入40±5℃水槽水洗至端面40℃±5℃。
优选地,所述步骤S5中的低温回火的温度为160~200℃,时间600±10min,然后出炉,空冷。
本发明的有益效果:
本发明在渗碳之前在渗碳工作面上车削除去氧化层等并清洗,获取纯净表面,利于工作面的吸附作用和界面反应,降低反应的激活能,增大反应速度;
本发明在渗碳之前在渗碳工作面上加工一层非铜金属膜,在第一次渗碳过程中碳原子进入合金膜中,合金膜达到奥氏体饱和碳浓度后,膜中的碳浓度不再继续增加,起到“限定表层碳浓度”的作用,而在第二次渗碳过程中合金膜中的碳原子向渗碳钢表面扩散,使合金膜中的碳浓度下降,形成碳梯度,控制碳浓度的波动更加平缓,且利于增加渗层深度;
本发明在第一次渗碳后表面奥氏体分解为铁素体和渗碳体,油淬至Ac1温度以下再快速加热再次达到渗碳温度,由于在第一次渗碳过程中形成的碳化物颗粒来不及完全溶解,可利用未溶解的渗碳体为核心形成颗粒状碳化物,从而在表层获得细小、圆整、弥散的颗粒碳化物,表面含碳量达2.0%以上且不出现网状碳化物,然后由于碳化物含量的增加,故提高了渗碳钢的耐磨性和硬度,同时结合后期的淬火和低温回火也降低了渗层组织中的马氏体含量和残余奥氏体含量,明显提高了渗碳钢的抗拉性能和疲劳强度;
另外,本发明在第二次渗碳时降低碳势,保持适当的供碳能力并可避免在表面产生网状渗碳体和残余奥氏体增多现象。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种20CrNiMo合金钢铸件的渗碳热处理工艺,具体包括如下步骤:
S1、取铸件,在铸件的渗碳工作表面车削以除去吸附层、氧化层和加工应变层,再在真空碳氢溶剂清洗机中进行清洗,然后对铸件的非渗碳工作面进行防渗处理,具体采用防渗涂层法:取66重量份的滑石粉和34重量份的高岭土,用水玻璃调成膏状后,涂于非渗碳工作面上,涂刷两遍,然后烘干。同时在车削后的工作表面镀上一层非铜金属膜,所述非铜金属膜为Ni-Fe合金膜,其中Ni-Fe合金成分的质量比为Ni∶Fe=19∶81,膜厚8μm;
S2、装炉,排气,渗碳介质选用甲醇和丙酮;
S3、加热升温至铸件的渗碳温度920℃进行第一次渗碳,控制碳势为1.0±0.05%,处理4h,随后油淬至Ac1温度以下;
S4、快速加热再次达到铸件的渗碳温度940℃进行第二次渗碳,控制碳势为0.75±0.05%,处理12h,随后炉冷至800℃并保持均温60min;
S5、重复循环上述步骤S3和S4多次后,缓冷至350℃,出炉空冷,然后进行淬火和低温回火。其中,淬火具体是在氮气保护氛围下先一次均热600℃,保温60min,然后二次均热至淬火温度780℃,保温150,然后入盐槽,盐浴温度160℃,时间为60min,盐浴后出炉、风冷至100℃,进入40℃水槽水洗至端面40℃℃。低温回火的温度为180℃,时间600,然后出炉,空冷。
本实施例制得的渗碳钢的碳化物细小、圆整、弥散,碳化物2级以上(参照GB/T14979-1994),表面硬度HRC68,渗层深度2.05mm(参照JB/T 3999-2007),比相同的渗碳和热处理工艺条件下未镀膜样品的有效渗碳层更多,抗回火稳定性高。
实施例2
本实施例提供一种20CrMnTi合金钢铸件的渗碳热处理工艺,具体包括如下步骤:
S1、取铸件,在铸件的渗碳工作表面车削以除去吸附层、氧化层和加工应变层,再在真空碳氢溶剂清洗机中进行清洗,然后对铸件的非渗碳工作面进行防渗处理,具体采用防渗涂层法:取66重量份的滑石粉和34重量份的高岭土,用水玻璃调成膏状后,涂于非渗碳工作面上,涂刷两遍,然后烘干。同时在车削后的工作表面镀上一层非铜金属膜,所述非铜金属膜为Ni-Fe合金膜,其中Ni-Fe合金成分的质量比为Ni∶Fe=19∶81,膜厚5μm;
S2、装炉,排气,渗碳介质选用甲醇和丙酮;
S3、加热升温至铸件的渗碳温度920℃进行第一次渗碳,控制碳势为1.0±0.05%,处理3h,随后油淬至Ac1温度以下;
S4、快速加热再次达到铸件的渗碳温度940℃进行第二次渗碳,控制碳势为0.75±0.05%,处理10h,随后炉冷至820℃并保持均温50min;
S5、重复循环上述步骤S3和S4多次后,缓冷至380℃,出炉空冷,然后进行淬火和低温回火。其中,淬火具体是在氮气保护氛围下先一次均热600℃,保温60min,然后二次均热至淬火温度830℃,保温150min,然后入盐槽,盐浴温度170℃,时间为70min,盐浴后出炉、风冷至100℃,进入40℃水槽水洗至端面40℃℃。低温回火的温度为200℃,时间600min,然后出炉,空冷。
本实施例制得的渗碳钢的碳化物细小、圆整、弥散,碳化物2级以上(参照GB/T14979-1994),表面硬度HRC65,渗层深度1.86mm(参照JB/T 3999-2007),比相同的渗碳和热处理工艺条件下未镀膜样品的有效渗碳层更多,抗回火稳定性高。
实施例3
本实施例提供一种18Cr2Ni4WA合金钢铸件的渗碳热处理工艺,具体包括如下步骤:
S1、取铸件,在铸件的渗碳工作表面车削以除去吸附层、氧化层和加工应变层,再在真空碳氢溶剂清洗机中进行清洗,然后对铸件的非渗碳工作面进行防渗处理,具体采用防渗涂层法:取66重量份的滑石粉和34重量份的高岭土,用水玻璃调成膏状后,涂于非渗碳工作面上,涂刷两遍,然后烘干。同时在车削后的工作表面镀上一层非铜金属膜,所述非铜金属膜为Ni-Fe合金膜,其中Ni-Fe合金成分的质量比为Ni∶Fe=19∶81,膜厚16μm;
S2、装炉,排气,渗碳介质选用甲醇和丙酮;
S3、加热升温至铸件的渗碳温度900℃进行第一次渗碳,控制碳势为1.0±0.05%,处理5h,随后油淬至Ac1温度以下;
S4、快速加热再次达到铸件的渗碳温度940℃进行第二次渗碳,控制碳势为0.75±0.05%,处理15h,随后炉冷至820℃并保持均温60min;
S5、重复循环上述步骤S3和S4多次后,缓冷至400℃,出炉空冷,然后进行淬火和低温回火。其中,淬火具体是在氮气保护氛围下先一次均热605℃,保温55min,然后二次均热至淬火温度850℃,保温155min,然后入盐槽,盐浴温度160℃,时间为60min,盐浴后出炉、风冷至105℃,进入45℃水槽水洗至端面45℃。低温回火的温度为160℃,时间610min,然后出炉,空冷。
本实施例制得的渗碳钢的碳化物细小、圆整、弥散,碳化物2级以上(参照GB/T14979-1994),表面硬度HRC59,渗层深度1.78mm(参照JB/T 3999-2007),比相同的渗碳和热处理工艺条件下未镀膜样品的有效渗碳层更多,抗回火稳定性高。
实施例4
本实施例提供一种20CrNi合金钢铸件的渗碳热处理工艺,具体包括如下步骤:
S1、取铸件,在铸件的渗碳工作表面车削以除去吸附层、氧化层和加工应变层,再在真空碳氢溶剂清洗机中进行清洗,然后对铸件的非渗碳工作面进行防渗处理,具体采用防渗涂层法:取66重量份的滑石粉和34重量份的高岭土,用水玻璃调成膏状后,涂于非渗碳工作面上,涂刷两遍,然后烘干。同时在车削后的工作表面镀上一层非铜金属膜,所述非铜金属膜为Ni-Fe合金膜,其中Ni-Fe合金成分的质量比为Ni∶Fe=19∶81,膜厚12μm;
S2、装炉,排气,渗碳介质选用甲醇和丙酮;
S3、加热升温至铸件的渗碳温度900℃进行第一次渗碳,控制碳势为1.0±0.05%,处理4h,随后油淬至Ac1温度以下;
S4、快速加热再次达到铸件的渗碳温度930℃进行第二次渗碳,控制碳势为0.75±0.05%,处理15h,随后炉冷至800℃并保持均温60min;
S5、重复循环上述步骤S3和S4多次后,缓冷至350℃,出炉空冷,然后进行淬火和低温回火。其中,淬火具体是在氮气保护氛围下先一次均热600℃,保温65min,然后二次均热至淬火温度800℃,保温150min,然后入盐槽,盐浴温度180℃,时间为80min,盐浴后出炉、风冷至100℃℃,进入35℃水槽水洗至端面35℃。低温回火的温度为180℃,时间600min,然后出炉,空冷。
本实施例制得的渗碳钢的碳化物细小、圆整、弥散,碳化物2级以上(参照GB/T14979-1994),表面硬度HRC66,渗层深度2.12mm(参照JB/T 3999-2007),比相同的渗碳和热处理工艺条件下未镀膜样品的有效渗碳层更多,抗回火稳定性高。
以上显示和描述了本发明创造的基本原理和主要特征及本发明的优点,本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明创造精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内,本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种合金钢铸件的渗碳热处理工艺,其特征在于,具体包括如下步骤:
S1、取铸件,在铸件的渗碳工作表面车削以除去吸附层、氧化层和加工应变层,再在真空碳氢溶剂清洗机中进行清洗,然后对铸件的非渗碳工作面进行防渗处理,同时在车削后的工作表面镀上一层非铜金属膜,膜厚5μm~20μm;
S2、装炉,排气,渗碳介质选用甲醇和丙酮;
S3、加热升温至铸件的渗碳温度进行第一次渗碳,控制碳势为1.0±0.05%,处理3h~5h,随后油淬至Ac1温度以下;
S4、快速加热再次达到铸件的渗碳温度进行第二次渗碳,控制碳势为0.75±0.05%,处理10h~20h,随后炉冷至800℃~820℃并保持均温50min~60min;
S5、重复循环上述步骤S3和S4多次后,缓冷至350℃~400℃,出炉空冷,然后进行淬火和低温回火。
2.根据权利要求1所述的合金钢铸件的渗碳热处理工艺,其特征在于,所述非铜金属膜为Ni-Fe合金膜,其中Ni-Fe合金成分的质量比为Ni∶Fe=19∶81。
3.根据权利要求1所述的合金钢铸件的渗碳热处理工艺,其特征在于,所述防渗处理采用防渗涂层法,具体为:取66重量份的滑石粉和34重量份的高岭土,用水玻璃调成膏状后,涂于非渗碳工作面上,涂刷两遍,然后烘干。
4.根据权利要求1所述的合金钢铸件的渗碳热处理工艺,其特征在于,所述步骤S5中的淬火具体是在氮气保护氛围下先一次均热600±5℃,保温60±5min,然后二次均热至淬火温度,保温150±5min,然后入盐槽,盐浴温度170℃±10℃,时间为60min~80min,盐浴后出炉、风冷至100℃±5℃,进入40±5℃水槽水洗至端面40℃±5℃。
5.根据权利要求1所述的合金钢铸件的渗碳热处理工艺,其特征在于,所述步骤S5中的低温回火的温度为160~200℃,时间600±10min,然后出炉,空冷。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190830 |