CN110358898A - 一种多合金锻造件的热处理工艺 - Google Patents

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刘兴强
王甲银
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Abstract

本发明提供一种多合金锻造件的热处理工艺，涉及锻造件生产技术领域。所述多合金锻造件的热处理工艺，包括以下步骤：清洗干燥、预热处理、正火处理、碳氮共渗、淬火冷冻、回火处理、真空热处理。本发明不仅能够有效提高锻造件的纯度，减少杂质的侵入，还能够有效提高其强度、耐磨、抗疲劳和切削性能，从而改善其金属和力学性能，同时能够有效降低锻造件内部的应力，提高其机械性能，锻造件整体性能优异，使用寿命长，适宜推广。

Description

一种多合金锻造件的热处理工艺
技术领域
本发明涉及锻造件生产技术领域，具体涉及一种多合金锻造件的热处理工艺。
背景技术
锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法，是锻压(锻造与冲压)的两大组成部分之一。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻造件的机械性能一般优于同样材料的铸件。相关机械中负载高、工作条件严峻的重要零件，除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外，多采用锻造件。
锻造件在其生产过程中通常需要对其进行热处理，处理后的锻造件虽然性能较之前优越一些，但其强度和耐磨性能一直难以得到较好的改善，这样在其使用过程中容易受损，使用寿命短，使用成本高。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供一种多合金锻造件的热处理工艺，不仅能够有效提高锻造件的纯度，减少杂质的侵入，还能够有效提高其强度、耐磨、抗疲劳和切削性能，从而改善其金属和力学性能，同时能够有效降低锻造件内部的应力，提高其机械性能，锻造件整体性能优异，使用寿命长，适宜推广。
为实现以上目的，本发明的技术方案通过以下技术方案予以实现：
一种多合金锻造件的热处理工艺，包括以下步骤：
(1)清洗干燥：将锻造件进行脱脂清洗，清洗10-20min后用去离子水反复冲洗3-5次，后在100-120℃条件下鼓风干燥20-30min；
(2)预热处理：将干燥后的锻造件置于预热箱中，快速升温至400-430℃后保温预热30-50min；
(3)正火处理：将预热后的锻造件进行正火处理，缓慢升温至680-700℃，同时升压至6-8MPa，保温处理20-30min后缓慢降温至620-650℃，再恢复至常压，后保温静置10-15min再空冷至室温；
(4)碳氮共渗：将正火后的锻造件置于井式气体渗碳炉中，快速升温至830-850℃，通入甲烷和氨气并升压至8-10MPa，同时排出炉内的空气，保压共渗2.5-3h后缓慢降温至500-530℃，并且恢复至常压，再保温静置1-1.5h；
(5)淬火冷冻：将处理后的锻造件置于冰水混合物中，静置冷却至20-30℃后再将其置于冷冻机中，并在零下55℃-零下45℃条件下低温静置30-50min；
(6)回火处理：将处理后的锻造件进行回火处理，快速升温至450-480℃，保温处理40-60min后再缓慢升温至580-600℃，后保温静置1-1.5h；
(7)真空热处理：将回火后的锻造件置于真空炉中，再将其抽真空至50-100Pa，后缓慢升温至450-470℃，保温处理1.5-2h后缓慢降温至300-320℃，保温静置1-1.5h后空冷至室温得到产品。
优选的，所述步骤(1)中采用碱水、乙醇或三氯乙烯进行脱脂清洗。
优选的，所述步骤(2)中以20-30℃/min的速度进行升温。
优选的，所述步骤(3)中以8-10℃/min的速度进行升温，并且以100-150KPa/min的速度进行升压，后以5-8℃/min的速度进行降温，以50-70KPa/min的速度恢复至常压。
优选的，所述步骤(4)中以30-40℃/min的速度进行升温，以4-6L/min的速度通入甲烷，以2-4L/min的速度通入氨气，后以3-5℃/min的速度进行降温，以150-200KPa/min的速度恢复至常压。
优选的，所述步骤(6)中以40-50℃/min的速度进行升温，后以5-10℃/min的速度进行升温。
优选的，所述步骤(7)中以80-100Pa/min的速度进行抽真空，以10-20℃/min的速度进行升温，后以5-10℃/min的速度进行降温。
优选的，所述步骤(2)中在氩气的保护下进行，步骤(3)和(6)均是通过氩气进行升压。
本发明提供一种多合金锻造件的热处理工艺，与现有技术相比优点在于：本发明通过先对锻造件进行脱脂干燥，能够有效去除锻造件表面的污垢和灰尘，从而提高锻造件的纯度，减少杂质的侵入，便于其后续处理；预热后通过缓慢升温升压再缓慢降温降压的方式进行正火处理，能够使锻造件的内部组织更加细腻，进而提升其整体和切削性能；然后通过碳氮共渗的方式在锻造件的表面掺入碳和氮，有效提高了锻造件的强度、耐磨和抗疲劳性能；再通过水淬、冷冻的方式使锻造件进行快速降温，能够有效促使锻造件内的奥氏体转化为更硬更强的马氏体，从而改善其金属和力学性能；最后通过二次升温的方式进行回火处理，后缓慢升温再降温进行真空热处理，不仅能够有效防止锻造件发生氧化、脱碳等情况，保持其表面的光洁，提高其机械性能，还能有效降低其内部的应力，锻造件整体性能优异，使用寿命长，适宜推广。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种多合金锻造件的热处理工艺，包括以下步骤：
(1)清洗干燥：将锻造件进行脱脂清洗，清洗10min后用去离子水反复冲洗5次，后在100℃条件下鼓风干燥30min；
(2)预热处理：将干燥后的锻造件置于预热箱中，快速升温至400℃后保温预热50min；
(3)正火处理：将预热后的锻造件进行正火处理，缓慢升温至680℃，同时升压至6MPa，保温处理30min后缓慢降温至620℃，再恢复至常压，后保温静置15min再空冷至室温；
(4)碳氮共渗：将正火后的锻造件置于井式气体渗碳炉中，快速升温至830℃，通入甲烷和氨气并升压至8MPa，同时排出炉内的空气，保压共渗3h后缓慢降温至500℃，并且恢复至常压，再保温静置1.5h；
(5)淬火冷冻：将处理后的锻造件置于冰水混合物中，静置冷却至20℃后再将其置于冷冻机中，并在零下55℃条件下低温静置50min；
(6)回火处理：将处理后的锻造件进行回火处理，快速升温至450℃，保温处理60min后再缓慢升温至580℃，后保温静置1.5h；
(7)真空热处理：将回火后的锻造件置于真空炉中，再将其抽真空至50Pa，后缓慢升温至450℃，保温处理2h后缓慢降温至300℃，保温静置1.5h后空冷至室温得到产品。
其中，所述步骤(1)中采用碱水、乙醇或三氯乙烯进行脱脂清洗；所述步骤(2)中以20-30℃/min的速度进行升温；所述步骤(3)中以8-10℃/min的速度进行升温，并且以100-150KPa/min的速度进行升压，后以5-8℃/min的速度进行降温，以50-70KPa/min的速度恢复至常压；所述步骤(4)中以30-40℃/min的速度进行升温，以4-6L/min的速度通入甲烷，以2-4L/min的速度通入氨气，后以3-5℃/min的速度进行降温，以150-200KPa/min的速度恢复至常压；所述步骤(6)中以40-50℃/min的速度进行升温，后以5-10℃/min的速度进行升温；所述步骤(7)中以80-100Pa/min的速度进行抽真空，以10-20℃/min的速度进行升温，后以5-10℃/min的速度进行降温；所述步骤(2)中在氩气的保护下进行，步骤(3)和(6)均是通过氩气进行升压。
实施例2：
一种多合金锻造件的热处理工艺，包括以下步骤：
(1)清洗干燥：将锻造件进行脱脂清洗，清洗15min后用去离子水反复冲洗4次，后在110℃条件下鼓风干燥25min；
(2)预热处理：将干燥后的锻造件置于预热箱中，快速升温至415℃后保温预热40min；
(3)正火处理：将预热后的锻造件进行正火处理，缓慢升温至690℃，同时升压至7MPa，保温处理25min后缓慢降温至635℃，再恢复至常压，后保温静置13min再空冷至室温；
(4)碳氮共渗：将正火后的锻造件置于井式气体渗碳炉中，快速升温至840℃，通入甲烷和氨气并升压至9MPa，同时排出炉内的空气，保压共渗2.8h后缓慢降温至515℃，并且恢复至常压，再保温静置1.3h；
(5)淬火冷冻：将处理后的锻造件置于冰水混合物中，静置冷却至25℃后再将其置于冷冻机中，并在零下50℃条件下低温静置40min；
(6)回火处理：将处理后的锻造件进行回火处理，快速升温至465℃，保温处理50min后再缓慢升温至590℃，后保温静置1.3h；
(7)真空热处理：将回火后的锻造件置于真空炉中，再将其抽真空至75Pa，后缓慢升温至460℃，保温处理1.8h后缓慢降温至310℃，保温静置1.3h后空冷至室温得到产品。
其中，所述步骤(1)中采用碱水、乙醇或三氯乙烯进行脱脂清洗；所述步骤(2)中以20-30℃/min的速度进行升温；所述步骤(3)中以8-10℃/min的速度进行升温，并且以100-150KPa/min的速度进行升压，后以5-8℃/min的速度进行降温，以50-70KPa/min的速度恢复至常压；所述步骤(4)中以30-40℃/min的速度进行升温，以4-6L/min的速度通入甲烷，以2-4L/min的速度通入氨气，后以3-5℃/min的速度进行降温，以150-200KPa/min的速度恢复至常压；所述步骤(6)中以40-50℃/min的速度进行升温，后以5-10℃/min的速度进行升温；所述步骤(7)中以80-100Pa/min的速度进行抽真空，以10-20℃/min的速度进行升温，后以5-10℃/min的速度进行降温；所述步骤(2)中在氩气的保护下进行，步骤(3)和(6)均是通过氩气进行升压。
实施例3：
一种多合金锻造件的热处理工艺，包括以下步骤：
(1)清洗干燥：将锻造件进行脱脂清洗，清洗20min后用去离子水反复冲洗3次，后在120℃条件下鼓风干燥20min；
(2)预热处理：将干燥后的锻造件置于预热箱中，快速升温至430℃后保温预热30min；
(3)正火处理：将预热后的锻造件进行正火处理，缓慢升温至700℃，同时升压至8MPa，保温处理20min后缓慢降温至650℃，再恢复至常压，后保温静置10min再空冷至室温；
(4)碳氮共渗：将正火后的锻造件置于井式气体渗碳炉中，快速升温至850℃，通入甲烷和氨气并升压至10MPa，同时排出炉内的空气，保压共渗2.5h后缓慢降温至530℃，并且恢复至常压，再保温静置1h；
(5)淬火冷冻：将处理后的锻造件置于冰水混合物中，静置冷却至30℃后再将其置于冷冻机中，并在零下45℃条件下低温静置30min；
(6)回火处理：将处理后的锻造件进行回火处理，快速升温至480℃，保温处理40min后再缓慢升温至600℃，后保温静置1h；
(7)真空热处理：将回火后的锻造件置于真空炉中，再将其抽真空至100Pa，后缓慢升温至470℃，保温处理1.5h后缓慢降温至320℃，保温静置1h后空冷至室温得到产品。
其中，所述步骤(1)中采用碱水、乙醇或三氯乙烯进行脱脂清洗；所述步骤(2)中以20-30℃/min的速度进行升温；所述步骤(3)中以8-10℃/min的速度进行升温，并且以100-150KPa/min的速度进行升压，后以5-8℃/min的速度进行降温，以50-70KPa/min的速度恢复至常压；所述步骤(4)中以30-40℃/min的速度进行升温，以4-6L/min的速度通入甲烷，以2-4L/min的速度通入氨气，后以3-5℃/min的速度进行降温，以150-200KPa/min的速度恢复至常压；所述步骤(6)中以40-50℃/min的速度进行升温，后以5-10℃/min的速度进行升温；所述步骤(7)中以80-100Pa/min的速度进行抽真空，以10-20℃/min的速度进行升温，后以5-10℃/min的速度进行降温；所述步骤(2)中在氩气的保护下进行，步骤(3)和(6)均是通过氩气进行升压。
实施例4：
检测市面上普通的锻造件和实施例1-3中锻造件的性能，并且将市面上普通的锻造件设置为对照组，实施例1-3中的锻造件设置为实验组1-3，检测各组锻造件的硬度、强度、磨损量和老化时间，其具体结果如下表所示：
组别 实验组1 实验组2 实验组3 对照组
洛氏硬度/HRA 84.5 86.0 83.5 61.0
抗弯强度/kg/m<sup>3</sup> 171.0 175.5 168.5 118.5
磨损量/mg 4.1 3.8 4.3 12.5
老化时间/h 2060 2240 1920 1270
由上表可知，由于实验组2的洛氏硬度、抗弯强度最高、磨损量最小，且老化时间最长，因此实施例2所制得的锻造件其性能最好。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种多合金锻造件的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)清洗干燥：将锻造件进行脱脂清洗，清洗10-20min后用去离子水反复冲洗3-5次，后在100-120℃条件下鼓风干燥20-30min；
(2)预热处理：将干燥后的锻造件置于预热箱中，快速升温至400-430℃后保温预热30-50min；
(3)正火处理：将预热后的锻造件进行正火处理，缓慢升温至680-700℃，同时升压至6-8MPa，保温处理20-30min后缓慢降温至620-650℃，再恢复至常压，后保温静置10-15min再空冷至室温；
(4)碳氮共渗：将正火后的锻造件置于井式气体渗碳炉中，快速升温至830-850℃，通入甲烷和氨气并升压至8-10MPa，同时排出炉内的空气，保压共渗2.5-3h后缓慢降温至500-530℃，并且恢复至常压，再保温静置1-1.5h；
(5)淬火冷冻：将处理后的锻造件置于冰水混合物中，静置冷却至20-30℃后再将其置于冷冻机中，并在零下55℃-零下45℃条件下低温静置30-50min；
(6)回火处理：将处理后的锻造件进行回火处理，快速升温至450-480℃，保温处理40-60min后再缓慢升温至580-600℃，后保温静置1-1.5h；
(7)真空热处理：将回火后的锻造件置于真空炉中，再将其抽真空至50-100Pa，后缓慢升温至450-470℃，保温处理1.5-2h后缓慢降温至300-320℃，保温静置1-1.5h后空冷至室温得到产品。
2.根据权利要求1所述的一种多合金锻造件的热处理工艺，其特征在于，所述步骤(1)中采用碱水、乙醇或三氯乙烯进行脱脂清洗。
3.根据权利要求1所述的一种多合金锻造件的热处理工艺，其特征在于，所述步骤(2)中以20-30℃/min的速度进行升温。
4.根据权利要求1所述的一种多合金锻造件的热处理工艺，其特征在于，所述步骤(3)中以8-10℃/min的速度进行升温，并且以100-150KPa/min的速度进行升压，后以5-8℃/min的速度进行降温，以50-70KPa/min的速度恢复至常压。
5.根据权利要求1所述的一种多合金锻造件的热处理工艺，其特征在于，所述步骤(4)中以30-40℃/min的速度进行升温，以4-6L/min的速度通入甲烷，以2-4L/min的速度通入氨气，后以3-5℃/min的速度进行降温，以150-200KPa/min的速度恢复至常压。
6.根据权利要求1所述的一种多合金锻造件的热处理工艺，其特征在于，所述步骤(6)中以40-50℃/min的速度进行升温，后以5-10℃/min的速度进行升温。
7.根据权利要求1所述的一种多合金锻造件的热处理工艺，其特征在于，所述步骤(7)中以80-100Pa/min的速度进行抽真空，以10-20℃/min的速度进行升温，后以5-10℃/min的速度进行降温。
8.根据权利要求1所述的一种多合金锻造件的热处理工艺，其特征在于，所述步骤(2)中在氩气的保护下进行，步骤(3)和(6)均是通过氩气进行升压。
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