CN110699517B - 一种dc53钢的真空高温淬火热处理工艺 - Google Patents

一种dc53钢的真空高温淬火热处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种DC53钢的真空高温淬火热处理工艺，涉及金属材料加工技术领域，包括以下步骤：(1)表面氧化处理；(2)真空淬火处理；(3)超声波回火处理。本发明通过氧化处理在DC53钢的表面形成富Cr的致密氧化膜，防止后续在真空高温淬火过程中金属蒸发；并通过真空淬火处理来去除氧化膜以及提高工件的硬度和韧性，同时通过超声波回火处理的联合使用在保证工件硬度的同时进一步提高工件的韧性。

Description

一种DC53钢的真空高温淬火热处理工艺
技术领域：
本发明涉及金属材料加工技术领域，具体涉及一种DC53钢的真空高温淬火热处理工艺。
背景技术：
DC53钢是对SKD11进行改良的新型冷作模具钢，其韧性度是SKD11的两倍，克服了SKD11高温回火硬度和韧性不足的弱点。DC53钢的韧性在冷作模具钢中较为突出，因此很少出现裂纹和崩裂，大大提高了使用寿命。
淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，从而大幅度地提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。因此，淬火热处理技术在工业生产中被广泛应用。
为了进一步优化DC53钢的使用性能，可以从淬火工序入手，通过淬火工序具体操作的调整，在尽可能降低成本的同时改善DC53钢的使用性能。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种DC53钢的真空高温淬火热处理工艺，该工艺的控制参数明确，DC53钢经该工艺处理后在保证硬度的同时其韧性大幅度地得到提高。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
一种DC53钢的真空高温淬火热处理工艺，包括以下步骤：
(1)表面氧化处理：将DC53钢工件置于空气炉中，加热至500-600℃氧化，在钢材表面形成致密氧化膜；
(2)真空淬火处理：将经上述表面氧化处理后的工件置于真空气淬炉中，抽真空使真空度达到1×10-4-1×10-2Pa，先加热至500-600℃预热，再继续加热至850-950℃，然后向炉内充入0.5-1MPa氮气进行气压淬火，待工件温度冷却至80℃以下时出炉；
(3)超声波回火处理：将经真空淬火处理后的工件置于超声波发生器中，加热至450-550℃并在超声波作用下进行保温回火。
所述步骤(1)中氧化时间在1-4h。
所述步骤(2)中预热时间在0.5-1h。
所述步骤(2)中气压淬火时间在0.5-2h。
所述步骤(3)中回火时间在1-4h。
所述步骤(3)中超声波发生器的超声频率40KHz，超声功率1000-2000W。
本发明将超声波技术与回火技术相结合，最大程度地消除工件的内应力，使工件获得高硬度的同时提高其韧性。
虽然超声波技术属于现有技术，但将超声波技术与回火技术相结合以改善工件硬度和韧性的应用不属于本领域的现有技术，本领域的公知常识也未给出将超声波技术与回火技术相结合以改善工件硬度和韧性的技术启示。
为了加快致密氧化膜在工件表面上的形成速度以及改善工件的硬度，本发明在工件氧化处理前向工件表面喷施了加工助剂，所述加工助剂由硼化硅和椰油酰胺丙基甜菜碱加水制成，椰油酰胺丙基甜菜碱作为分散剂以实现硼化硅在工件表面的均匀分散，椰油酰胺丙基甜菜碱在后续的高温条件下被气化，硼化硅在后续的真空淬火过程中渗入到工件的表层中。也就是说，本发明还提供了第二套技术方案：
一种DC53钢的真空高温淬火热处理工艺，包括以下步骤：
(1)表面氧化处理：向DC53钢工件的表面均匀喷施加工助剂，所述加工助剂由硼化硅和椰油酰胺丙基甜菜碱加水制成，然后将工件置于空气炉中，加热至500-600℃氧化，在钢材表面形成致密氧化膜；
(2)真空淬火处理：将经上述表面氧化处理后的工件置于真空气淬炉中，抽真空使真空度达到1×10-4-1×10-2Pa，先加热至500-600℃预热，再继续加热至850-950℃，然后向炉内充入0.5-1MPa氮气进行气压淬火，待工件温度冷却至80℃以下时出炉；
(3)超声波回火处理：将经真空淬火处理后的工件置于超声波发生器中，加热至450-550℃并在超声波作用下进行保温回火。
所述步骤(1)中硼化硅的用量占加工助剂总质量的5-15％，椰油酰胺丙基甜菜碱的用量占加工助剂总质量的10-30％，所述加工助剂的用量为每cm2工件表面喷施0.05-0.2g。
所述步骤(1)中氧化时间在1-4h。
所述步骤(2)中预热时间在0.5-1h。
所述步骤(2)中气压淬火时间在0.5-2h。
所述步骤(3)中回火时间在1-4h。
所述步骤(3)中超声波发生器的超声频率40KHz，超声功率1000-2000W。
发明人在研究中还发现以氮化镓替代硼化硅也能取得相似的技术效果，并且氮化镓的用量很小，仅占加工助剂总质量的0.05-0.5％。
本发明的有益效果是：本发明通过氧化处理在DC53钢的表面形成富Cr的致密氧化膜，防止后续在真空高温淬火过程中金属蒸发；并通过真空淬火处理来去除氧化膜以及提高工件的硬度和韧性，同时通过超声波回火处理的联合使用在保证工件硬度的同时进一步提高工件的韧性。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
(1)表面氧化处理：将DC53钢工件置于空气炉中，加热至550℃氧化2h，在钢材表面形成致密氧化膜；
(2)真空淬火处理：将经上述表面氧化处理后的工件置于真空气淬炉中，抽真空使真空度达到5×10-3Pa，先加热至550℃预热0.5h，再继续加热至950℃，然后向炉内充入0.5-1MPa氮气进行气压淬火1h，待工件温度冷却至80℃以下时出炉；
(3)超声波回火处理：将经真空淬火处理后的工件置于超声波发生器中，超声频率40KHz，超声功率1200W，加热至450-550℃并在超声波作用下进行保温回火3h。
上述加热操作的加热速度均为15℃/min。
实施例2
将实施例1中的步骤(1)替换为“表面氧化处理：向DC53钢工件的表面均匀喷施加工助剂，所述加工助剂由硼化硅和椰油酰胺丙基甜菜碱加水制成，然后将工件置于空气炉中，加热至550℃氧化2h，在钢材表面形成致密氧化膜”，并限定加工助剂的用量为每cm2工件表面喷施0.1g，硼化硅的用量占加工助剂总质量的12％，椰油酰胺丙基甜菜碱的用量占加工助剂总质量的25％，其余同实施例1。
实施例3
将实施例2中的硼化硅替换为氮化镓，并限定氮化镓的用量占加工助剂总质量的0.5％。
对比例
将实施例1中的超声波装置撤去，即回火处理不在超声波下进行，其余同实施例1。
分别利用上述实施例和对比例对购自深圳市太平洋模具钢材有限公司的同批DC53钢进行热处理，购买的DC53钢原本未经过任何热处理，工件长30cm宽30cm高5cm，以未进行热处理的工件作为空白例，并测试经热处理后的工件表面硬度和冲击韧性，表面硬度测定采用JJG112-2003洛氏硬度，冲击韧性的依照HB5278-1984《金属低温冲击韧性试验方法》，测试结果如表1所示。
表1
组别 表面硬度/HRC -25℃冲击韧性AKv/J
实施例1 63.8 78
实施例2 64.5 93
实施例3 64.5 91
对比例 61.1 62
空白例 55.8 34
由表1可知，本发明通过超声波协同回火处理以及氧化处理时硼化硅、氮化镓的喷施能够取得明显提高DC53钢的表面硬度和冲击韧性的技术效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。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DC53钢的真空高温淬火热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)表面氧化处理：将DC53钢工件置于空气炉中，加热至500-600℃氧化，在钢材表面形成致密氧化膜；
(2)真空淬火处理：将经上述表面氧化处理后的工件置于真空气淬炉中，抽真空使真空度达到1×10-4-1×10-2Pa，先加热至500-600℃预热，再继续加热至850-950℃，然后向炉内充入0.5-1MPa氮气进行气压淬火，待工件温度冷却至80℃以下时出炉；
(3)超声波回火处理：将经真空淬火处理后的工件置于超声波发生器中，加热至450-550℃并在超声波作用下进行保温回火；
所述步骤(3)中超声波发生器的超声频率40KHz，超声功率1000-2000W。
2.根据权利要求1所述的热处理工艺，其特征在于：所述步骤(1)中氧化时间在1-4h。
3.根据权利要求1所述的热处理工艺，其特征在于：所述步骤(2)中预热时间在0.5-1h。
4.根据权利要求1所述的热处理工艺，其特征在于：所述步骤(2)中气压淬火时间在0.5-2h。
5.根据权利要求1所述的热处理工艺，其特征在于：所述步骤(3)中回火时间在1-4h。
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