CN111014682B - 一种粉末不锈钢组织均匀化工艺 - Google Patents

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Abstract

一种粉末不锈钢组织均匀化工艺，涉及金属材料热处理技术领域，其包括高温固溶改善碳化物的形态和粒度，油冷避免过饱和奥氏体析出碳化物，再度使球粒化的碳化物角状化，高温回火获得基体为细珠光体的原始组织，这样就不会把粗晶组织遗传下去，空冷减小模具变形，循环细化改善高温固溶处理后的基体奥氏体晶粒度，空冷减小模唇的变形，气冷淬火减小模唇变形和两次回火降低模唇的内应力并使残余奥氏体进一步转变，本发明通过上述工艺流程达到增加零件的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性能，从而增加粉末合金的使用范围。

Description

一种粉末不锈钢组织均匀化工艺
技术领域
本发明涉及金属材料热处理技术领域，特别是涉及一种粉末不锈钢组织均匀化工艺。
背景技术
粉末冶金是制取金属材料的一种冶金方法，也是机器零件的一种加工方法。它是少无切削加工工艺之一，可用于制造其他方法难以成形的零件和各种精密机器零件。粉末冶金的多孔性可浸入润滑油，提高耐磨性。同时粉末冶金密度较低，晶粒较大，在烧结过程中二次碳化物容易形成网状或半网状，这些因素都会降低粉末冶金的硬度和其它力学性能降。这些不利因素限制了粉末合金的使用范围。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种粉末不锈钢组织均匀化工艺，该粉末不锈钢组织均匀化工艺能够增加零件的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性能，从而增加粉末合金的使用范围。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
提供一种粉末不锈钢组织均匀化工艺，包括以下步骤：
1）将粉末材料进行高温固溶，高温固溶保温结束后进行油冷；
2）油冷后进行高温回火，高温回火保温结束后进行空冷；
3）空冷后进行循环细化，循环细化保温结束后进行空冷；
4）空冷后进行淬火处理，淬火处理加热保温结束后进行气冷；
5）气冷后进行回火处理。
进一步的，在步骤1）中，粉末材料进行高温固溶为粉末材料放进模具中再放入ZC2-65真空炉中加热保温，保温温度为1120±10℃，保温时间为90-150min，油冷为在真空淬火油中冷却。其中在真空中加热能够很好的防止氧化，保证高温固溶过程中成型的零件表面光洁度。高温固溶可以改善碳化物的形态和粒度，二次碳化物在晶界呈网状分布，颗粒大小不一，在接近熔点的高温固溶后，较大的二次碳化物颗粒溶解变小，较小颗粒全部溶解，未溶的碳化物数量变少，形态趋于球粒化，二次碳化物网得到消除，但晶粒变得粗大。保温结束后采用快速的油冷能够避免过饱和奥氏体析出碳化物，再度使球粒化的碳化物角状化。
进一步的，在步骤2）中，高温回火为放进真空炉中加热保温，保温温度为750±10℃，保温时间为150-210min，空冷为在静止的空气中自然冷却。高温回火的作用是为了不把高温固溶时获得的奥氏体粗晶粒遗传下去，急冷产物不允许是不平衡组织，经过高温回火，获得基体为细珠光体的原始组织，这样就不会把粗晶组织遗传下去。空冷为在静止的空气中自然冷却，空冷的冷却速度较小，故模具的变形也较小。
进一步的，在步骤3）中，循环细化为放进真空炉中加热保温，保温温度为950±10℃，保温时间为60-120min，空冷为在静止的空气中自然冷却。循环细化目的是为了改善高温固溶处理后的基体奥氏体晶粒度，在最终热处理前增加一次低温淬火。采用空冷的方式是为了减小模唇的变形。
进一步的，在步骤4）中，淬火处理为放进真空高压气淬炉中加热保温，保温温度为1020±10℃，保温时间为90-150min，气冷为往真空高压气淬炉中通入氮气进行冷却。模唇经过循环细化后，再做最终淬火处理。为了减小模唇变形，在VGQ-240-10真空高压气淬炉中保温、冷却。
进一步的，往真空高压气淬炉中通入的氮气的纯度为99.999%，并保证在通入氮气后真空高压气淬炉内的气压为4-10bar。同时利用风机使气体循环，带走零件热量，达到较好的冷却效果，由于冷却速度较油冷小，故模具的变形也较小。
进一步的，在步骤5）中，回火处理为放进井式电阻炉中加热保温，保温温度为180±10℃，保温时间为120-180min。回火的作用是为了降低模唇的内应力并使残余奥氏体进一步转变。
进一步的，回火处理进行了两次。多次进行回火处理，能够有效保证回火处理的有效性。
本发明的有益效果：本发明的一种粉末不锈钢组织均匀化工艺，包括高温固溶改善碳化物的形态和粒度，油冷避免过饱和奥氏体析出碳化物，再度使球粒化的碳化物角状化，高温回火获得基体为细珠光体的原始组织，这样就不会把粗晶组织遗传下去，空冷减小模具变形，循环细化改善高温固溶处理后的基体奥氏体晶粒度，空冷减小模唇的变形，气冷淬火减小模唇变形和两次回火降低模唇的内应力并使残余奥氏体进一步转变，本发明通过上述工艺流程达到增加零件的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性能，从而增加粉末合金的使用范围。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
本实施例的一种粉末不锈钢组织均匀化工艺，包括以下步骤：
1）将粉末材料进行高温固溶，高温固溶保温结束后进行油冷；
2）油冷后进行高温回火，高温回火保温结束后进行空冷；
3）空冷后进行循环细化，循环细化保温结束后进行空冷；
4）空冷后进行淬火处理，淬火处理加热保温结束后进行气冷；
5）气冷后进行回火处理。
在步骤1）中，粉末材料进行高温固溶为粉末材料放进模具中再放入ZC2-65真空炉中加热保温，保温温度为1130℃，保温时间为150min，油冷为在真空淬火油中冷却。其中在真空中加热能够很好的防止氧化，保证高温固溶过程中成型的零件表面光洁度。高温固溶可以改善碳化物的形态和粒度，二次碳化物在晶界呈网状分布，颗粒大小不一，在接近熔点的高温固溶后，较大的二次碳化物颗粒溶解变小，较小颗粒全部溶解，未溶的碳化物数量变少，形态趋于球粒化，二次碳化物网得到消除，但晶粒变得粗大。保温结束后采用快速的油冷能够避免过饱和奥氏体析出碳化物，再度使球粒化的碳化物角状化。
在步骤2）中，高温回火为放进真空炉中加热保温，保温温度为760℃，保温时间为210min，空冷为在静止的空气中自然冷却。高温回火的作用是为了不把高温固溶时获得的奥氏体粗晶粒遗传下去，急冷产物不允许是不平衡组织，经过高温回火，获得基体为细珠光体的原始组织，这样就不会把粗晶组织遗传下去。空冷为在静止的空气中自然冷却，空冷的冷却速度较小，故模具的变形也较小。
在步骤3）中，循环细化为放进真空炉中加热保温，保温温度为960℃，保温时间为120min，空冷为在静止的空气中自然冷却。循环细化目的是为了改善高温固溶处理后的基体奥氏体晶粒度，在最终热处理前增加一次低温淬火。采用空冷的方式是为了减小模唇的变形。
在步骤4）中，淬火处理为放进真空高压气淬炉中加热保温，保温温度为1030℃，保温时间为150min，气冷为往真空高压气淬炉中通入氮气进行冷却。模唇经过循环细化后，再做最终淬火处理。为了减小模唇变形，在VGQ-240-10真空高压气淬炉中保温、冷却。
往真空高压气淬炉中通入的氮气的纯度为99.999%，并保证在通入氮气后真空高压气淬炉内的气压为10bar。同时利用风机使气体循环，带走零件热量，达到较好的冷却效果，由于冷却速度较油冷小，故模具的变形也较小。
在步骤5）中，回火处理为放进井式电阻炉中加热保温，保温温度为190℃，保温时间为180min。回火的作用是为了降低模唇的内应力并使残余奥氏体进一步转变。
回火处理进行了两次。多次进行回火处理，能够有效保证回火处理的有效性。
实施例2
本实施例的一种粉末不锈钢组织均匀化工艺，包括以下步骤：
1）将粉末材料进行高温固溶，高温固溶保温结束后进行油冷；
2）油冷后进行高温回火，高温回火保温结束后进行空冷；
3）空冷后进行循环细化，循环细化保温结束后进行空冷；
4）空冷后进行淬火处理，淬火处理加热保温结束后进行气冷；
5）气冷后进行回火处理。
在步骤1）中，粉末材料进行高温固溶为粉末材料放进模具中再放入ZC2-65真空炉中加热保温，保温温度为1110℃，保温时间为90min，油冷为在真空淬火油中冷却。其中在真空中加热能够很好的防止氧化，保证高温固溶过程中成型的零件表面光洁度。高温固溶可以改善碳化物的形态和粒度，二次碳化物在晶界呈网状分布，颗粒大小不一，在接近熔点的高温固溶后，较大的二次碳化物颗粒溶解变小，较小颗粒全部溶解，未溶的碳化物数量变少，形态趋于球粒化，二次碳化物网得到消除，但晶粒变得粗大。保温结束后采用快速的油冷能够避免过饱和奥氏体析出碳化物，再度使球粒化的碳化物角状化。
在步骤2）中，高温回火为放进真空炉中加热保温，保温温度为740℃，保温时间为150min，空冷为在静止的空气中自然冷却。高温回火的作用是为了不把高温固溶时获得的奥氏体粗晶粒遗传下去，急冷产物不允许是不平衡组织，经过高温回火，获得基体为细珠光体的原始组织，这样就不会把粗晶组织遗传下去。空冷为在静止的空气中自然冷却，空冷的冷却速度较小，故模具的变形也较小。
在步骤3）中，循环细化为放进真空炉中加热保温，保温温度为940℃，保温时间为60min，空冷为在静止的空气中自然冷却。循环细化目的是为了改善高温固溶处理后的基体奥氏体晶粒度，在最终热处理前增加一次低温淬火。采用空冷的方式是为了减小模唇的变形。
在步骤4）中，淬火处理为放进真空高压气淬炉中加热保温，保温温度为1010℃，保温时间为90min，气冷为往真空高压气淬炉中通入氮气进行冷却。模唇经过循环细化后，再做最终淬火处理。为了减小模唇变形，在VGQ-240-10真空高压气淬炉中保温、冷却。
往真空高压气淬炉中通入的氮气的纯度为99.999%，并保证在通入氮气后真空高压气淬炉内的气压为4bar。同时利用风机使气体循环，带走零件热量，达到较好的冷却效果，由于冷却速度较油冷小，故模具的变形也较小。
在步骤5）中，回火处理为放进井式电阻炉中加热保温，保温温度为170℃，保温时间为120min。回火的作用是为了降低模唇的内应力并使残余奥氏体进一步转变。
回火处理进行了两次。多次进行回火处理，能够有效保证回火处理的有效性。
实施例3
本实施例的一种粉末不锈钢组织均匀化工艺，包括以下步骤：
1）将粉末材料进行高温固溶，高温固溶保温结束后进行油冷；
2）油冷后进行高温回火，高温回火保温结束后进行空冷；
3）空冷后进行循环细化，循环细化保温结束后进行空冷；
4）空冷后进行淬火处理，淬火处理加热保温结束后进行气冷；
5）气冷后进行回火处理。
在步骤1）中，粉末材料进行高温固溶为粉末材料放进模具中再放入ZC2-65真空炉中加热保温，保温温度为1120℃，保温时间为120min，油冷为在真空淬火油中冷却。其中在真空中加热能够很好的防止氧化，保证高温固溶过程中成型的零件表面光洁度。高温固溶可以改善碳化物的形态和粒度，二次碳化物在晶界呈网状分布，颗粒大小不一，在接近熔点的高温固溶后，较大的二次碳化物颗粒溶解变小，较小颗粒全部溶解，未溶的碳化物数量变少，形态趋于球粒化，二次碳化物网得到消除，但晶粒变得粗大。保温结束后采用快速的油冷能够避免过饱和奥氏体析出碳化物，再度使球粒化的碳化物角状化。
在步骤2）中，高温回火为放进真空炉中加热保温，保温温度为750℃，保温时间为180min，空冷为在静止的空气中自然冷却。高温回火的作用是为了不把高温固溶时获得的奥氏体粗晶粒遗传下去，急冷产物不允许是不平衡组织，经过高温回火，获得基体为细珠光体的原始组织，这样就不会把粗晶组织遗传下去。空冷为在静止的空气中自然冷却，空冷的冷却速度较小，故模具的变形也较小。
在步骤3）中，循环细化为放进真空炉中加热保温，保温温度为950℃，保温时间为90min，空冷为在静止的空气中自然冷却。循环细化目的是为了改善高温固溶处理后的基体奥氏体晶粒度，在最终热处理前增加一次低温淬火。采用空冷的方式是为了减小模唇的变形。
在步骤4）中，淬火处理为放进真空高压气淬炉中加热保温，保温温度为1020℃，保温时间为120min，气冷为往真空高压气淬炉中通入氮气进行冷却。模唇经过循环细化后，再做最终淬火处理。为了减小模唇变形，在VGQ-240-10真空高压气淬炉中保温、冷却。
往真空高压气淬炉中通入的氮气的纯度为99.999%，并保证在通入氮气后真空高压气淬炉内的气压为7bar。同时利用风机使气体循环，带走零件热量，达到较好的冷却效果，由于冷却速度较油冷小，故模具的变形也较小。
在步骤5）中，回火处理为放进井式电阻炉中加热保温，保温温度为180℃，保温时间为150min。回火的作用是为了降低模唇的内应力并使残余奥氏体进一步转变。
回火处理进行了两次。多次进行回火处理，能够有效保证回火处理的有效性。
实验例
现采用粉末S136（马氏体类型不锈钢）作为原材料进行实验，对于粉末S136而言，一般工艺流程是先成型然后直接进行淬火-回火处理，现使用上述工艺流程和本发明的一种粉末不锈钢组织均匀化工艺分别制成多个零件，并对制成的多个零件进行性能测试。其中硬度检测使用HR-150A型洛氏硬度计检测，二次碳化物检测为制取金相试样后，在LeicaDM4 M金相显微镜上观察，晶粒度测定为按照标准GB/T6394-2002《金属平均晶粒度测定方法》进行测定，所得结果如下表所示：
方法 硬度（HRC) 二次碳化物 晶粒度
一般工艺 45-47 全封闭网状 7.0-7.5级
实施例1 52.5-55 无网状或半网状 9.0-9.5级
实施例2 50-52.5 无网状或半网状 8.5-9.0级
实施例3 51-53 无网状或半网状 8.5-9.5级
表1
由表1可知，经过多次实验，本发明的一种粉末不锈钢组织均匀化工艺制成的零件的硬度达到50-55HRC，其中的二次碳化物为无网状或半网状，晶粒度达到8.5级以上，因而其具有高硬度、高强度、高耐磨性和良好的耐腐蚀性能。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (4)

1.一种粉末不锈钢组织均匀化工艺，其特征在于：包括以下步骤：
1）将粉末材料进行高温固溶，高温固溶保温结束后进行油冷；
2）油冷后进行高温回火，高温回火保温结束后进行空冷；
3）空冷后进行循环细化，循环细化保温结束后进行空冷；
4）空冷后进行淬火处理，淬火处理加热保温结束后进行气冷；
5）气冷后进行回火处理；
在步骤1）中，粉末材料进行高温固溶为材料放进真空炉中加热保温，保温温度为1120±10℃，保温时间为90-150min，油冷为在真空淬火油中冷却；
在步骤2）中，高温回火为放进真空炉中加热保温，保温温度为750±10℃，保温时间为150-210min，空冷为在静止的空气中自然冷却；
在步骤3）中，循环细化为放进真空炉中加热保温，保温温度为950±10℃，保温时间为60-120min，空冷为在静止的空气中自然冷却；
在步骤4）中，淬火处理为放进真空高压气淬炉中加热保温，保温温度为1020±10℃，保温时间为90-150min，气冷为往真空高压气淬炉中通入氮气进行冷却。
2.如权利要求1所述的一种粉末不锈钢组织均匀化工艺，其特征在于：往真空高压气淬炉中通入的氮气的纯度为99.999%，并保证在通入氮气后真空高压气淬炉内的气压为4-10bar。
3.如权利要求1所述的一种粉末不锈钢组织均匀化工艺，其特征在于：在步骤5）中，回火处理为放进井式电阻炉中加热保温，保温温度为180±10℃，保温时间为120-180min。
4.如权利要求3所述的一种粉末不锈钢组织均匀化工艺，其特征在于：回火处理进行了两次。
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