CN110592357B - 一种铁基耐磨涂层犁铲尖的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉农机具的生产加工领域，具体地说是一种铁基耐磨涂层犁铲尖的热处理方法。该方法以硼钢材料犁铲尖为基体，采用等离子喷焊技术在犁铲尖基体上涂敷铁基耐磨层。将等离子喷焊有耐磨层的犁铲尖采用感应加热的方式加热至奥氏体化温度以上保温一定时间后迅速转入盐浴中淬火，淬火后犁铲尖置于空气中冷却，利用材料特性实现自回火。采用本发明生产的犁铲尖，可基本避免耐磨层淬火二次开裂，生产成本低，批次稳定好。经此热处理后耐磨层硬度63HRC以上，基体硬度45HRC以上，基体冲击韧性(akv)达到30J/cm2，产品性能和使用寿命大幅度高于国内同类产品。
Description
技术领域：
本发明涉农机具的生产加工领域，具体地说是一种铁基耐磨涂层犁铲尖的热处理方法。
背景技术：
随着农业技术的迅速发展和机械化、自动化程度的不断提高，在实现农业现代化的过程中，农业机械越来越受到国家的重视，农机刀具，如：犁铲尖、犁铧、锄铲、旋耕机刀片等，是农业机械的关键零部件，是保证农业机械在生命周期内安全、优异运行的重要工艺环节。农机触土工作部件作业条件恶劣，工况复杂，极易磨损，要求耐磨层具有较高的硬度和韧性，同时基体应具有良好的强韧性。
犁铲尖是最具有代表性的入土部件。为了增强犁铲尖的耐磨性、提升使用寿命，农机生产厂家多采用表面涂敷耐磨层的方式来达到提升产品质量的目的。然而，表面涂敷工艺均需要在高温条件下完成，涂敷耐磨层后犁铲尖基体材料组织转变为：珠光体+铁素体，一般硬度低于20HRC。犁铲尖耐磨层多采用成本较低铁基材料涂敷而成，其本质是一种高铬铸铁材料，具有硬度高、脆性大、易开裂等特点。若犁铲尖涂敷耐磨层后进行常规淬火处理，则耐磨层会产生开裂、剥落等现象；若犁铲尖涂敷耐磨层后不进行淬火处理，其使用性能将严重降低，会出现变形、磨损快、工作效率低等问题。
发明内容：
本发明的目的是提供一种铁基耐磨涂层犁铲尖的热处理方法，既保证犁铲尖耐磨层淬火后不出现开裂，不降低耐磨层焊后材料性能，又能使犁铲尖基体获得较高的强韧性。
本发明的技术方案是：
一种铁基耐磨涂层犁铲尖的热处理方法，选用硼钢作为犁铲尖基体材料，在冷速较低的介质中淬火时犁铲尖基体冷却至Ms点以下获得完全淬火组织并实现自回火，同时确保犁铲尖耐磨层不出现淬火开裂现象；
其中，铁基耐磨层犁铲尖使用的淬火介质为50wt％KNO3+50wt％NaNO2熔盐，淬火介质的熔点低于140℃。
所述的铁基耐磨涂层犁铲尖的热处理方法，铁基耐磨层犁铲尖采用感应加热的方式加热至880～920℃后立即淬入200～260℃的熔盐中并保持1～2min，使其完全降至与淬火介质相同的温度，随后空冷。
所述的铁基耐磨涂层犁铲尖的热处理方法，利用铁基耐磨涂层犁铲尖余热实现自回火，提升基体韧性并消除部分淬火应力。
所述的铁基耐磨涂层犁铲尖的热处理方法，热处理后获得技术指标如下：耐磨层硬度63HRC以上，基体硬度45HRC以上，基体冲击韧性(akv)达到30J/cm2以上。
按重量百分比计，铁基耐磨涂层的化学成分为：C3.2～3.5，Si2.7～3.5，Cr25～28，B1.5～2，其余为Fe。按重量百分比计，犁铲尖基体的化学成分为：C0.28～0.32，Mn1.0～1.5，Si0.17～0.37，Cr＜0.45，Ti＜0.05，Al＜0.06，Cu＜0.25，P＜0.035，S＜0.035，B0.0008～0.0030，其余为Fe。按照以上成分采用等离子喷焊技术，在犁铲尖基体上涂敷铁基耐磨层。
本发明的设计思想是：
本发明设计耐磨涂层的金相组织基体为马氏体组织，组织内均匀分布大量的Cr7C3和少量Cr23C6硬质点相；淬火时，奥氏体化温度为880～920℃，耐磨涂层内硬质点相不会分解，且保温时间较短，因此淬火前后耐磨层内组织类型和硬质点相形态不会变化；犁铲尖基体的材料Ms点高于370℃，工件淬火后温度与盐浴温度相同在200～260℃之间，利用这一特性可实现余热自回火，提升基体韧性并消除部分淬火应力；犁铲尖基体自回火过程中不改变耐磨涂层金相组织，同时可释放耐磨涂层中部分应力，提升耐磨涂层质量稳定性。
本发明的特点及有益效果是：
1、本发明铁基耐磨层犁铲尖经盐浴淬火后，可基本避免耐磨层淬火二次开裂，确保了犁铲尖的外观和整体质量。犁铲尖进行实际生产作业考核结果可达到国际先进水平，并取得了良好的考核结果。
2、采用本发明生产的犁铲尖，生产成本低，批次稳定好。经此热处理后耐磨层硬度63HRC以上，基体硬度45HRC以上，基体冲击韧性(akv)达到30J/cm2，产品性能和使用寿命大幅度高于国内同类产品。
附图说明：
图1为按照试验成分喷焊的铁基耐磨层金相组织图；
图2为犁铲尖基体200℃盐浴淬火后的组织图；
图3为犁铲尖水冷淬火后耐磨涂层外观图；
图4为犁铲尖160℃盐浴淬火后耐磨涂层外观图；
图5为犁铲尖200℃盐浴淬火后耐磨涂层外观图。
具体实施方式：
在具体实施过程中，本发明以硼钢材料犁铲尖为基体，采用等离子喷焊技术在犁铲尖基体上涂敷铁基耐磨层。将喷焊有耐磨层的犁铲尖采用感应加热的方式加热至奥氏体化温度以上保温一定时间后迅速转入盐浴中淬火，淬火后犁铲尖置于空气中冷却，利用材料特性实现自回火。
以下试验实例将对本发明进行进一步说明，但不因此而限制本发明。
本发明犁铲尖耐磨层喷焊粉末原材料为市场采购，通过调整成分配比，自行使用混粉机配制而成，具体成分见表1；犁铲尖基体材料成分见表2。
表1本发明耐磨层化学成分(wt.％，其余为Fe)
| 元素 | C | Si | Cr | B |
| 含量 | 3.4 | 3.1 | 27.4 | 1.8 |
表2本发明犁铲尖基体材料化学成分(wt.％，其余为Fe)
| 元素 | C | Mn | Si | Cr | Al | Ti | B | P | S | Cu |
| 含量 | 0.28 | 1.36 | 0.23 | 0.45 | 0.01 | 0.05 | 0.002 | 0.015 | 0.015 | 0.1 |
本发明通过对采用以上化学成分原材料试制的犁铲尖样机进行不同冷却方式的热处理，根据试验结果和样件淬火后外观状态综合对比进一步佐证了本发明。试验中使用的盐浴为50wt％KNO3+50wt％NaNO2。为了确保试验的准确性，每个实施例都随机选取同一批次的10个样件采用相同的热处理工艺进行淬火。本发明部分热处理试验方案见表3；本分发明部分试验结果及性能见表4。
表3本发明部分实施例
| 项目 | 样品数量 | 淬火温度 | 保温时间 | 冷却方式 |
| 实施例1 | 10 | 890℃ | 30min | 水冷至50℃以下 |
| 实施例2 | 10 | 890℃ | 30min | 油冷至50℃以下 |
| 实施例3 | 10 | 890℃ | 30min | 160℃盐浴/2min |
| 实施例4 | 10 | 890℃ | 30min | 200℃盐浴/2min |
| 实施例5 | 10 | 890℃ | 30min | 230℃盐浴/2min |
| 实施例6 | 10 | 890℃ | 30min | 260℃盐浴/2min |
| 实施例7 | 10 | 890℃ | 30min | 300℃盐浴/2min |
表4本发明部分实施例试验结果及性能
本发明以上部分试验结果显示：
耐磨层的硬度不受淬火方式影响，淬火后硬度基本一致；
实施例1、2、3分别采用水冷、油冷和160℃盐浴淬火的犁铲尖样件均产生了耐磨层淬火开裂现象。其中，水冷和油冷的样件耐磨层全部产生大量淬火开裂；160℃盐浴淬火的犁铲尖产生了同程度的淬火开裂；基体组织和硬度基本一致；
实施例7采用300℃盐浴淬火后的犁铲尖样件基体组织为马氏体+上贝氏体，冲击韧性指标极低，无法满足产品使用要求；
实施例4、5、6即保证了使犁铲尖样件的外观质量、又可使其获得较高强韧性。
本发明在不同淬火保温温度、时间和淬火条件下进行了大量试验进行验证，得出试验结果及规律与上述实施例相符。
如图1所示，按照试验成分喷焊的铁基耐磨层金相组织图，从图中可以看出耐磨涂层金相组织由马氏体基体和均匀分布的硬质点相组成。
如图2所示，犁铲尖基体200℃盐浴淬火后的组织图，从图中可以看出组织类型为板条马氏体，根据本发明工艺特点犁铲尖基体会产生自回火，因此图中组织为回火马氏体。
如图3所示，犁铲尖水冷淬火后耐磨涂层外观图，从图中可以看出耐磨涂层上的裂纹基本与焊道方向垂直，由于水淬过程中冷速较快，耐磨涂层受到应力大于耐磨涂层本身的强度并超过塑性变形极限造成了犁铲尖耐磨产生较直且没有分支的裂纹。
如图4所示，犁铲尖160℃盐浴淬火后耐磨涂层外观图，从图中可以看出耐磨涂层上的裂纹呈网状分布，这是由于在160℃盐浴淬火中淬火时产生的应力与耐磨涂层的本身的强度和塑性极限接近，但是由于耐磨涂层中存在Cr7C3等硬质点相造成局部塑性较差容易产生裂纹，因此产生许多以硬质点相为裂纹源的微小裂纹并相互交错形成网状。
如图5所示，犁铲尖200℃盐浴淬火后耐磨涂层外观图，从图中可以看出，耐磨涂层外观未产生裂纹，说明在200℃盐浴中淬火时产生的应力不会造成耐磨涂层中硬质点相处产生开裂。
本发明实施试验结果表明：铁基耐磨层犁铲尖在880～920℃保温30min后，在200～260℃的50wt％KNO3+50wt％NaNO2盐浴中淬火1～2min可使其在淬火后不产生淬火开裂并获得良好的综合性能。采用本发明热处理后的犁铲尖使用性能和寿命均大幅度高于国产同类产品，达到国际领先水平，可在农用机械领域得到应用。
Claims (1)
1.一种铁基耐磨涂层犁铲尖的热处理方法，其特征在于，选用硼钢作为犁铲尖基体材料，在冷速较低的介质中淬火时犁铲尖基体冷却至Ms点以下获得完全淬火组织并实现自回火，同时确保犁铲尖耐磨层不出现淬火开裂现象；
其中，铁基耐磨层犁铲尖使用的淬火介质为50wt%KNO3+50wt%NaNO2熔盐，淬火介质的熔点低于140℃；
铁基耐磨层犁铲尖采用感应加热的方式加热至880~920℃后立即淬入200~260℃的熔盐中并保持1~2min，使其完全降至与淬火介质相同的温度，随后空冷；
利用铁基耐磨涂层犁铲尖余热实现自回火，提升基体韧性并消除部分淬火应力；
热处理后获得技术指标如下：耐磨层硬度63HRC以上，基体硬度45HRC以上，基体冲击韧性（akv）达到30J/cm2以上；
按重量百分比计，铁基耐磨涂层的化学成分为：C3.2~3.5，Si2.7~3.5，Cr25~28，B1.5~2，其余为Fe；按重量百分比计，犁铲尖基体的化学成分为：C0.28～0.32，Mn1.0～1.5，Si0.17～0.37，Cr<0.45，Ti<0.05，Al<0.06，Cu<0.25，P<0.035，S<0.035，B0.0008～0.0030，其余为Fe；按照以上成分采用等离子喷焊技术，在犁铲尖基体上涂敷铁基耐磨层。
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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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| GR01 | Patent grant | ||
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