CN111534784B - 一种低碳合金钢的真空渗碳工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低碳合金钢的真空渗碳工艺，采用脉冲式真空渗碳设备进行渗碳，包括下述的步骤：S1.将低碳合金钢加热到900±5℃进行均热；S2.在均热温度下，进行第一段渗碳、扩散和第二段渗碳，然后升温到920±5℃进行第二段扩散；第一段渗碳、扩散时间分别为42‑50分钟与115‑122分钟，第二段渗碳时间60‑70分钟，第二段扩散时间160‑200分钟，第一段渗碳和第二段渗碳采用脉冲式通入渗碳剂；S3.降温到830±5℃，在保温后进行淬火。采用本发明的工艺，在热处理后表面无氧化、碳化物1‑2级，从而实现产品避免后续断裂及开裂的风险，提升产品的使用寿命。

Description

一种低碳合金钢的真空渗碳工艺
技术领域
本发明涉及低碳合金钢的热处理方法，尤其涉及一种低碳合金钢的真空渗碳工艺。
背景技术
当前许多电动工具零部件要长时间工作的原因，需要较高的强度，同时由于工作方式的要求，除了保有强度，还需要较强的韧性，确保产品不会发生脆断，所以这种零件一般会采用低碳合金钢的材料。这种材料一般采用渗碳淬火的工艺进行热处理，但是这种材料极易形成大量碳化物。由于该零件表面要求较高，热处理后，既需要表面没有内氧化，避免产生微裂纹，还要确保表面碳浓度适当不产生大量碳化物，避免产品的断裂，延长产品的寿命，所以需要采用一种热处理工艺来实现此类产品的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种低碳合金钢的真空渗碳工艺，处理后表面无氧化，同时使碳化物最小化，延长产品的寿命。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种低碳合金钢的真空渗碳工艺，采用脉冲式真空渗碳设备进行渗碳，包括下述的步骤：
S1.将低碳合金钢加热到900±5℃进行均热；
S2.在均热温度下，进行第一段渗碳、扩散和第二段渗碳，然后升温到920±5℃进行第二段扩散；第一段渗碳、扩散时间分别为42-50分钟与115-122分钟，第二段渗碳时间60-70分钟，第二段扩散时间160-200分钟，第一段渗碳和第二段渗碳采用脉冲式通入渗碳剂；
S3.降温到830±5℃，在保温后进行淬火。
进一步的，S1均热时间为40-50分钟。
进一步的，S2所述渗碳剂为乙炔。
进一步的，S2所述第一段渗碳的渗碳剂流量为10-15L/脉冲，每个脉冲通入8-12s，间隔110-120s，共20-24个脉冲。
进一步的，S2所述第二段渗碳的渗碳剂流量为10-15L/脉冲，每个脉冲通入8-12s，间隔280-300s，共12-14个脉冲。
进一步的，S3所述保温时间为25-35分钟。
进一步的，S3所述淬火油温60±5℃，油中保持15-25分钟。
进一步的，S3的降温和保温进行氮气保护。
进一步的，所述低碳合金钢碳含量0.17～0.23％。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明采用真空脉冲式渗碳的设备，在真空状态下对低碳合金钢进行加工。普通气氛炉由于不密封，所以零件容易生成内氧化，而真空渗碳炉则完全不会让产品在热处理工程中产生氧化。采用脉冲式分多段渗碳的工艺可以保证碳化物最小化。先升温至该材质所需的渗碳温度，此温度下共分为四段(均热、第一段的渗碳、扩散，第二段的渗碳)，第二段的扩散段升高温度进行保温，再降温至淬火温度进行保温一段时间后下油淬火。采用本发明的工艺，在热处理后表面无氧化、碳化物1-2级，从而实现产品避免后续断裂及开裂的风险，提升产品的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是实施例1真空渗碳工艺过程；
图2是对比试验中渗碳淬火后的产品表面金相组织对比图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
本发明一个具体实施方式的低碳合金钢的真空渗碳工艺，在脉冲式真空渗碳炉内进行，分以下阶段：
(1)首先在加热到900±5℃之后，进行40-50分钟均热。
炉内到温后，产品心部不一定会完全到温，所以要保温一段时间，确保产品完全到温。均热时间太短，产品那心部不一定完全到温，时间过长造成了成本的浪费。
温度过高会造成产品组织粗大，使用中带来开裂的风险；温度过低会使渗碳速度过慢，造成时间的浪费，成本增加。
(2)再进行渗碳扩散：第一段渗碳扩散分别为42-50分钟与115-122分钟，渗碳过程乙炔为10-15L/脉冲，每个脉冲乙炔通入8-12s，间隔110-120s，共20-24个脉冲；第二段渗碳时间60-70分钟，乙炔10-15L/脉冲，每个脉冲乙炔通入8-12s，间隔280-300s，共12-14个脉冲。再升温到920±5℃扩散160-200分钟。
采用脉冲式分多段渗碳，炉内气管在真空状态下通入一定时间的渗碳剂再保持一段时间，就此为一个周期(例如气体通入10秒，保持170秒)，这样避免了炉内的积碳。
第一段渗碳起到了强渗的作用，主要提高产品的表面碳浓度，第一段扩散是为了让产品的表面碳原子扩散，第二段渗碳是为了对第一段渗碳进行补充，因为第一段渗碳设定的碳浓度比较低，若设置较高则容易产生碳化物，所以需要第二段的渗碳扩散进行补充。
如果渗碳时间过长则会造成碳化物的超差，如果时间过短则会造成产品表面的碳浓度不够，如果扩散时间过长会使的渗碳层深降低，也会让产品的表面硬度下降，如果扩散时间过短，会让产品表面的碳化物超标，造成产品在使用时脆断的可能，也会导致层深偏浅。
在两段渗碳后，产品的表面会积聚大量碳化物，需要提高温度，有足够的热能才能扩散开，温度低了起不到效果，但温度太高会造成产品的晶粒粗大，也会使产品硬度降低。
本发明乙炔的流量小，但太小造成炉内碳势过低，太大会造成炉内碳势过高。第二段渗碳脉冲间隔比第一段渗碳长，脉冲个数少，是因为第一段已经通入了一定量的碳，后续一段只是进行补充。
在本发明中，乙炔的流量、时间控制要与温度控制、保温时间相配合与匹配才能达到最佳的效果，才能保证碳化物最小化。
(3)最后降温到830±5℃保温25-35分钟后进行淬火，淬火油温60±5℃，油中保持15-25分钟。
温度太高会使得产品组织粗大，心部硬度过大，产品变形增大。
实施例1：
如图1，对某公司所生产的电动工具零部件进行真空渗碳并且淬火的加工，材质为低碳合金钢20Cr2Ni4(碳0.17～0.23％)，在对产品清洗后，开始进行渗碳淬火，首先在加热到900±5℃之后，进行45分钟均热，再进行渗碳扩散，第一段渗碳扩散为46分钟与118分钟，乙炔为12L/脉冲，共22个脉冲，每一个脉冲乙炔通入10s、间隔115s，第二段渗碳同样为乙炔12L/脉冲，时间65分钟，每一个脉冲乙炔通入10s、间隔290s，共13个脉冲，再升温到920±5℃扩散180分钟，最后降温到830±5℃保温30分钟后进行油冷却，淬火油温60±5℃，油中保持20分钟。在降温阶段和淬火保持阶段进行氮气保护。
检测该产品的结果，如图2(a)，产品无氧化，碳化物1级，避免后续断裂及开裂的风险，提升产品的使用寿命，满足客户的要求。
对比试验：
在对低碳合金钢(电动工具零部件，20Cr2Ni4)进行渗碳淬火的时候，分别进行两种实验做出对比：一种是在真空设备按照实施例1的工艺进行的渗碳淬火(试样1)，另一种是在真空设备未按照实施例1工艺(只进行了一段渗碳、一段扩散)进行的渗碳淬火(试样2)，在加工完成后对两种产品的表面组织做出对比，试样1渗碳淬火后的式样，表面无氧化，碳化物1级(见图2(a)所示)，而在试样2进行的渗碳淬火，碳化物达到了4级(见图2(b)所示)，所以可以得出本发明工艺对低碳合金钢的组织改进有很明显的改善效果。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种低碳合金钢的真空渗碳工艺，其特征在于，采用脉冲式真空渗碳设备进行渗碳，包括下述的步骤：
S1 .将低碳合金钢加热到900±5℃进行均热；
S2 .在均热温度下，进行第一段渗碳、扩散和第二段渗碳，然后升温到920±5℃进行第二段扩散；第一段渗碳、扩散时间分别为42-50分钟与115-122分钟，第二段渗碳时间60-70分钟，第二段扩散时间160-200分钟，第一段渗碳和第二段渗碳采用脉冲式通入渗碳剂，所述渗碳剂为乙炔；第一段渗碳的渗碳剂流量为10-15L/脉冲，每个脉冲通入8-12s，间隔110-120s，共20-24个脉冲；第二段渗碳的渗碳剂流量为10-15L/脉冲，每个脉冲通入8-12s，间隔280-300s，共12-14个脉冲；
S3 .降温到830±5℃，在保温后进行淬火。
2.根据权利要求1所述的低碳合金钢的真空渗碳工艺，其特征在于，S1均热时间为40-50分钟。
3.根据权利要求1或2所述的低碳合金钢的真空渗碳工艺，其特征在于，S3所述保温时间为25-35分钟。
4.根据权利要求1或2所述的低碳合金钢的真空渗碳工艺，其特征在于，S3所述淬火油温60±5℃，油中保持15-25分钟。
5.根据权利要求1或2所述的低碳合金钢的真空渗碳工艺，其特征在于，S3的降温和保温进行氮气保护。
6.根据权利要求1或2所述的低碳合金钢的真空渗碳工艺，其特征在于，所述低碳合金钢碳含量0 .17～0 .23％。
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