CN111962012A - 一种工程机械履带销套高温渗碳缓冷淬火回火热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种工程机械履带用销套高温渗碳缓冷淬火回火热处理方法，该方法包括可控气氛高温渗碳、渗碳后缓冷、重新加热淬火、回火等工艺。本发明高温渗碳比中温渗碳时间缩短30～40％，节能降耗，实现对渗层深度的精确控制，可减少晶间氧化，制备的零件在重载工程机械上具有良好的服役性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种工程机械履带销套高温渗碳缓冷淬火回火热处理方法，属于金属材料热处理技术领域。
背景技术
现有工程机械履带销套多为以低碳合金钢为材料的零件，最初工程机械履带销套原为我国从国外引进的零件，其热处理工艺为“批量整体渗碳缓冷+单件感应淬火回火”，转为国产化后，为提高效率降低生产成本，热处理生产过程最初采用“批量整体可控气氛中温渗碳缓冷+批量整体淬火回火”工艺方法代替“批量整体渗碳缓冷+单件感应淬火回火”的工艺方法。由于可控气氛中温渗碳温度低、渗碳时间长，渗层表面金相组织中存在严重晶间氧化的问题。因此，研发一种缩短渗碳时间、节约能源、降低成本、同时减少工件表面晶间氧化的热处理方法尤为重要。
发明内容
为了解决现有技术上的问题，本发明提供了一种工程机械履带销套高温渗碳缓冷淬火回火热处理方法，属于金属材料热处理技术领域。该方法处理过程包括可控气氛高温渗碳、渗碳后缓慢冷却、重新加热淬火、回火等工艺。其中可控气氛高温渗碳是采用高温高碳势法多段脉冲循环式渗碳，渗碳介质采用RX吸热式气氛为载气，净化天然气为渗碳富化气；也可采用炉内滴注式甲醇裂解气为载气，丙烷为渗碳富化气。本发明高温渗碳比中温渗碳时间缩短30～40％，节能降耗，实现对渗层深度的精确控制，可减少渗层晶间氧化，制备的零件在重载工程机械上具有良好的服役性能。
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
步骤一、采用低碳合金钢材料制备的工程机械履带销套工件；
步骤二、可控气氛高温渗碳：将所述步骤一的工件在可控气氛条件下加热到960～1050℃之间的两个温度渗碳保温，保温期间调整强渗碳势为CP1.5～1.7％和扩散碳势为CP0.7～1.0％的循环式渗碳；随炉降温至880～900℃，碳势CP 0.7～0.9％保温后停止渗碳；
步骤三、将步骤二渗碳后工件转入缓冷室缓慢冷却至400～500℃出炉空冷至室温；
步骤四、淬火：步骤三缓冷后工件，在可控气氛条件下重新加热到810～900℃之间的两个温度保温，保温期间调节碳势为CP 0.7～0.9％，然后出炉浸入淬火油中淬火；
步骤五、回火：清洗去除步骤四淬火后工件表面的淬火油后，进行160～220℃保温回火。
所述步骤二中将所述步骤一的工件在可控气氛条件下加热到960～1050℃之间的两个温度渗碳保温，保温期间调整强渗碳势为CP1.5～1.7％和扩散碳势为CP0.7～1.0％的循环式渗碳操作，具体包括：工件在进入渗碳炉后升温并自动通入一定量的载气，直到渗碳过程结束；当温度达到第一阶段渗碳温度960～980℃后，保温30～40min，然后进入第一个高温渗碳强渗阶段，保温230～260min，期间自动向炉内通入渗碳富化气和空气以调节炉内碳势保持在CP 1.5～1.7％；强渗结束后进入扩散阶段保温150～170min，期间自动向炉内通入渗碳富化气和空气使碳势保持在CP 0.7～1.0％，扩散结束后第一个强渗扩散渗碳循环完成；继续升温到990～1050℃进入第二个高温强渗扩散渗碳循环，强渗保持150～170min，期间自动向炉内通入渗碳富化气和空气，调节碳势在CP1.5～1.7％，然后进入扩散保持130～150min，期间自动向炉内通入渗碳富化气和空气，调节碳势在CP 0.7～0.9％，扩散结束后第二个强渗扩散渗碳循环完成；
所述步骤二中随炉降温至880～900℃，碳势CP 0.7～0.9％保温后停止渗碳，具体包括：继续降温至880～900℃并保持30～40min后停止渗碳，期间自动向炉内通入渗碳富化气和空气调节碳势在CP 0.7～0.9％；
所述可控气氛高温渗碳时间约为930～1140min。
所述步骤四中所述步骤三缓冷后工件，在可控气氛条件下重新加热到810～900℃之间的两个温度保温，保温期间调节碳势为CP 0.7～0.9％，具体包括：工件进入可控气氛炉，升温并自动通入一定量的载气，直到淬火加热过程结束；升温到880～900℃进入第一个加热阶段，均温30～40min后，在880～900℃保温60～90min，期间自动向炉内通入渗碳富化气和空气，调节碳势为CP 0.7～0.9％，随后降温至810～850℃进入第二个加热阶段，保温50～70min，期间自动向炉内通入渗碳富化气和空气，调节碳势为CP 0.7～0.9％，第二个加热阶段结束后工件浸入淬火油淬火。
所述步骤五中清洗去除步骤四淬火后工件表面的淬火油后，进行160～220℃保温回火，具体包括：将步骤四淬火后工件清洗去除表面淬火油，放入温度为160～220℃的大气气氛回火炉中进行回火，保温120～140min后出炉空冷至室温，获得稳定的组织和性能。
所述载气包括渗碳载气RX吸热式气氛，所述渗碳富化气包括净化天然气，所述渗碳载气RX吸热式气氛流量为6～8m3/h，所述净化天然气流量为20～60L/min。
所述载气还包括滴注式甲醇裂解气，所述渗碳富化气还包括丙烷，所述甲醇裂解气滴注的流量为2000-4000ml/h，所述丙烷流量为6-15L/min。
本发明通过对渗碳工艺及参数的设置，对高温渗碳低合金渗碳钢材料的履带销套工件，经渗碳缓冷，并重新加热淬火回火后，工件渗碳硬化层深度满足2.0～3.0mm和渗层表面硬度57-62HRC的要求,制备的零件在重载工程机械上具有良好的服役性能。
本发明具有的优点和积极效果是：一种工程机械履带销套高温渗碳缓冷淬火回火热处理方法，对工程机械履带销套工件采用可控气氛高温渗碳缓冷淬火回火工艺是目前最先进的渗碳工艺方法之一，与可控气氛中温渗碳缓冷淬火回火工艺相比，时间缩短30～40％，节能降耗，实现对渗层深度的精确控制，可减少渗层晶间氧化，制备的零件在重载工程机械上具有良好的服役性能。在可控气氛高温渗碳过程中，渗碳介质采用RX吸热式气氛为载气，净化天然气为渗碳富化气；也可采用炉内滴注式甲醇裂解气为载气，丙烷为渗碳富化气。由于渗碳的时候碳的扩散系数会随着温度的提高而加快，采用较高的渗碳温度可大幅提高渗碳速度，使得渗碳时间较可控气氛中温渗碳时间缩短30～40％，节约能源，降低成本，显著的提高了生产效率。本发明渗碳方法是高温高碳势渗碳，在其他工艺条件相同情况下，碳势CP值愈高则渗碳气氛中氧分压愈低，可减少渗层晶间氧化程度，显著提高工件的疲劳性能。本发明采用的高温渗碳缓冷淬火回火工艺方法，确保了履带销套工件能在重载工程机械上具有良好的服役性能。
附图说明
图1是一种工程机械履带销套高温渗碳缓冷淬火回火热处理方法工艺；
图2是采用工程机械履带销套高温渗碳缓冷淬火回火热处理方法的低碳合金钢材料渗层表面晶间氧化金相组织；
图3是采用工程机械履带销套高温渗碳缓冷淬火回火热处理方法的低碳合金钢材料渗层硬度分布情况；
图4是现有技术可控气氛中温渗碳缓冷淬火回火热处理工艺；
图5是采用可控气氛中温渗碳缓冷淬火回火热处理工艺的低碳合金钢材料渗层表面晶间氧化金相组织；
图6是采用可控气氛中温渗碳缓冷淬火回火热处理工艺的低碳合金钢材料渗层硬度分布情况。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
最佳实施例1在双室可控气氛渗碳炉高温渗碳、缓冷，其热处理工艺如图1所示。首先将准备高温渗碳的低碳合金钢材料的工程机械履带销套工件加热，并自动通入渗碳载气，直到渗碳过程结束；当温度达到第一阶段渗碳温度960～980℃后，保温30～40min，然后进入第一个高温渗碳强渗阶段，保温230～260min，期间自动向炉内通入渗碳富化气和空气以调节炉内碳势保持在CP 1.5～1.7％；强渗结束后进入扩散阶段保温150～170min，期间自动向炉内通入渗碳富化气和空气使碳势保持在CP 0.7～1.0％，扩散结束后第一个强渗扩散渗碳循环完成。继续升温到990～1050℃进入第二个高温强渗扩散渗碳循环，强渗保持150～170min，期间自动向炉内通入渗碳富化气和空气，调节碳势在CP1.5～1.7％，然后进入扩散保持130～150min，期间自动向炉内通入渗碳富化气和空气，调节碳势在CP 0.7～0.9％，扩散结束后第二个强渗扩散渗碳循环完成；继续降温至880～900℃并保持30～40min后停止渗碳，期间自动向炉内通入渗碳富化气和空气调节碳势在CP 0.7～0.9％；上述渗碳时间约为930～1140min。
其次将停止渗碳的履带销套工件转入缓冷室缓慢冷却至400～500℃出炉，在空气中冷却到室温。
再次，将渗碳缓冷后的履带销套工件进行重新加热淬火，淬火保温分为两个阶段，具体包括：工件在进入可控气氛炉后升温并自动通入一定量的渗碳载气，直到淬火加热过程结束；升温到880～900℃进入第一个加热阶段，均温30～40min后，在880～900℃保温60～90min，期间自动向炉内通入渗碳富化气和空气，调节碳势为CP 0.7～0.9％，随后降温至810～850℃进入第二个加热阶段，保温50～70min，期间自动向炉内通入渗碳富化气和空气，调节碳势为CP 0.7～0.9％，第二个加热阶段结束后工件浸入淬火油淬火。
最后将淬火后的履带销套工件清洗，去除表面淬火油后放入温度为160～220℃大气气氛回火炉中进行回火，保温120～140min后出炉空冷至室温，获得稳定的组织和性能。
经过高温渗碳缓冷淬火回火后的低碳合金钢材料工程机械履带销套工件，表面硬度、渗碳硬化层深度及金相组织均满足技术要求。对渗碳后的履带销套样件进行渗层晶间氧化程度分析，如图2所示，表面晶间氧化组织氧化程度很少，氧化深度仅0.025mm；样件表面硬度59.8HRC、60.2HRC、61HRC；再进行渗层显微硬度分析，渗层硬度分布曲线如图3所示。按照GB/T9450-2005《钢件渗碳淬火硬化层深度的测定和校核》标准，当距离表面距离为2.5mm时，硬度值达到550HV，判定渗碳淬火后的渗碳硬化层深度为2.5mm,与工艺设定渗层目标2.6mm相差0.1mm,渗碳工艺精度达到96.2％。
针对本发明中的高温渗碳缓冷的低碳合金钢材料工程机械履带销套工件，采用上述高温渗碳缓冷淬火回火热处理工艺方法，可以实现渗碳硬化层深度的精准控制，减少渗层表面晶间氧化程度，制备的零件在重载工程机械上具有良好的服役性能。
对比现有技术实施例2，采用中温渗碳缓冷淬火回火，其热处理工艺如图4所示。将低碳合金钢材料工程机械履带销套工件升温并自动通入渗碳载气，直到渗碳过程结束。当温度达到渗碳温度930～950℃后均温30～40min，然后进入第一个强渗和扩散的循环周期的强渗阶段，自动向渗碳炉内通入渗碳富化气和空气以调节炉内碳势，使碳势保持为CP1.3～1.5％，强渗保持时间260～320min后进入扩散阶段；自动向渗碳炉内通入渗碳富化气和空气，使碳势保持为CP 0.7～0.9％，扩散时间180～220min；保持时间结束后第一个强渗扩散渗碳循环完成。接着自动向渗碳炉内通入渗碳富化气和空气以调节炉内碳势，使碳势保持为CP 1.3～1.5％，进入第二个渗碳循环的强渗，强渗时间保持180～220min结束后进入扩散阶段；自动向渗碳炉内通入渗碳富化气和空气，使碳势保持为CP 0.7～0.9％，直至碳势降低至扩散碳势CP为0.7～0.9％，扩散保持时间90～110min。最后进行第三循环：强渗碳势为CP1.1～1.3％，强渗时间190～220min；扩散碳势为CP 0.7～0.9％，扩散时间140～180min。完成三次强渗和扩散的循环渗碳后，降温至880～900℃，碳势为CP 0.7～0.9％，保温30～40min停止渗碳，上述渗碳时间约为1290～1530min。将停止渗碳的履带销套工件转入缓冷室缓慢冷却至400～500℃出炉，在空气中冷却到室温。
将中温渗碳缓冷后的履带销套工件进行重新加热淬火，淬火保温分为两个阶段，具体包括：工件在进入可控气氛炉后升温并自动通入一定量的渗碳载气，直到淬火加热过程结束；升温到880～900℃进入第一个加热阶段，均温30～40min后，在880～900℃保温60～90min，期间自动向炉内通入渗碳富化气和空气，调节碳势为CP 0.7～0.9％，随后降温至810～850℃进入第二个加热阶段，保温50～70min，期间自动向炉内通入渗碳富化气和空气，调节碳势为CP 0.7～0.9％，第二个加热阶段结束后工件浸入淬火油淬火。
最后将淬火后的履带销套工件清洗去除表面淬火油后，放入温度为160～220℃的大气气氛回火炉中进行回火，保温120～140min后出炉空冷至室温，获得稳定的组织和性能。
经过可控气氛中温渗碳缓冷淬火回火后的履带销套工件，表面硬度、渗碳硬化层深度均满足技术要求。对渗碳后的履带销套样件，进行渗层晶间氧化程度分析，从图5中可以看出工件表层氧化程度比较严重，氧化深度达0.03mm。样件渗层表面硬度达到61HRC、59.3HR、60.5HRC。再进行渗层显微硬度分析，渗层硬度分布曲线如图6所示。按照GB/T9450-2005《钢件渗碳淬火硬化层深度的测定和校核》标准，当距离表面距离为2.46mm时，硬度值达到550HV，判定渗碳淬火后的渗碳硬化层深度为2.46mm,与工艺设定渗层目标2.6mm相差0.14mm,渗碳工艺精度为94.6％。表面硬度和渗碳硬化层深度都满足性能需求。
以上实施例1和实施例2所述的渗碳介质采用的渗碳载气为RX吸热式气氛或者为炉内滴注式甲醇裂解气；渗碳富化气为净化天然气或者为丙烷。
将最佳实施例1和现有技术实施例2对比，在可控气氛中温渗碳缓冷过程中，通常渗碳采用强渗和扩散的多段式交替循环。在相同渗碳硬化层深度的要求下，由于可控气氛中温渗碳缓冷与高温渗碳缓冷相比较，渗碳温度较低、渗碳周期较长，总渗碳时间比高温渗碳长30～40％，相比较能耗高、生产效率低；同时由于中温渗碳比高温渗碳温度低、强渗碳势低，渗碳气氛中氧分压高，工件淬火后表面渗层组织存在更加严重的晶间氧化，易造成工件表面在使用过程中出现早期疲劳裂纹现象。图5是采用可控气氛中温渗碳缓冷淬火回火后渗层表面晶间氧化金相组织。采用本发明的高温渗碳缓冷淬火回火热处理方法不仅使工程机械履带销套工件表面硬度、渗碳硬化层深及金相组织均满足技术要求，而且图2的渗层表面晶间氧化物金相组织较图5的可控气氛中温渗碳淬火回火有明显减少，延长了工件的使用寿命。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。
Claims (6)
1.一种工程机械履带销套高温渗碳缓冷淬火回火热处理方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、采用低碳合金钢材料制备的工程机械履带销套工件；
步骤二、可控气氛高温渗碳：将所述步骤一的工件在可控气氛条件下加热到960～1050℃之间的两个温度渗碳保温，保温期间调整强渗碳势为CP1.5～1.7％和扩散碳势为CP0.7～1.0％的循环式渗碳；随炉降温至880～900℃，碳势CP 0.7～0.9％保温后停止渗碳；
步骤三、将步骤二渗碳后工件转入缓冷室缓慢冷却至400～500℃出炉空冷至室温；
步骤四、淬火：步骤三缓冷后工件，在可控气氛条件下重新加热到810～900℃之间的两个温度保温，保温期间调节碳势为CP 0.7～0.9％，然后出炉浸入淬火油中淬火；
步骤五、回火：清洗去除步骤四淬火后工件表面的淬火油后，进行160～220℃保温回火。
2.根据权利要求1所述的一种工程机械履带销套高温渗碳缓冷淬火回火热处理方法，其特征在于：所述步骤二中将所述步骤一的工件在可控气氛条件下加热到960～1050℃之间的两个温度渗碳保温，保温期间调整强渗碳势为CP1.5～1.7％和扩散碳势为CP0.7～1.0％的循环式渗碳操作，具体包括：工件在进入渗碳炉后升温并自动通入一定量的载气，直到渗碳过程结束；当温度达到第一阶段渗碳温度960～980℃后，保温30～40min，然后进入第一个高温渗碳强渗阶段，保温230～260min，期间自动向炉内通入渗碳富化气和空气以调节炉内碳势保持在CP 1.5～1.7％；强渗结束后进入扩散阶段保温150～170min，期间自动向炉内通入渗碳富化气和空气使碳势保持在CP 0.7～1.0％，扩散结束后第一个强渗扩散渗碳循环完成；继续升温到990～1050℃进入第二个高温强渗扩散渗碳循环，强渗保持150～170min，期间自动向炉内通入渗碳富化气和空气，调节碳势在CP1.5～1.7％，然后进入扩散保持130～150min，期间自动向炉内通入渗碳富化气和空气，调节碳势在CP 0.7～0.9％，扩散结束后第二个强渗扩散渗碳循环完成；
所述步骤二中随炉降温至880～900℃，碳势CP 0.7～0.9％保温后停止渗碳，具体包括：继续降温至880～900℃并保持30～40min后停止渗碳，期间自动向炉内通入渗碳富化气和空气调节碳势在CP 0.7～0.9％；
所述可控气氛高温渗碳时间约为930～1140min。
3.根据权利要求2所述的一种工程机械履带销套高温渗碳缓冷淬火回火热处理方法，其特征在于：所述步骤四中所述步骤三缓冷后工件，在可控气氛条件下重新加热到810～900℃之间的两个温度保温，保温期间调节碳势为CP 0.7～0.9％，具体包括：工件进入可控气氛炉，升温并自动通入一定量的载气，直到淬火加热过程结束；升温到880～900℃进入第一个加热阶段，均温30～40min后，在880～900℃保温60～90min，期间自动向炉内通入渗碳富化气和空气，调节碳势为CP 0.7～0.9％，随后降温至810～850℃进入第二个加热阶段，保温50～70min，期间自动向炉内通入渗碳富化气和空气，调节碳势为CP 0.7～0.9％，第二个加热阶段结束后工件浸入淬火油淬火。
4.根据权利要求3所述的一种工程机械履带销套高温渗碳缓冷淬火回火热处理方法，其特征在于：所述步骤五中清洗去除步骤四淬火后工件表面的淬火油后，进行160～220℃保温回火，具体包括：将步骤四淬火后工件清洗去除表面淬火油，放入到温度160～220℃的大气气氛回火炉中进行回火，保温120～140min后出炉空冷至室温。
5.根据权利要求4所述的一种工程机械履带销套高温渗碳缓冷淬火回火热处理方法，其特征在于：所述载气包括渗碳载气RX吸热式气氛，所述渗碳富化气包括净化天然气，所述渗碳载气RX吸热式气氛流量为6～8m3/h，所述净化天然气流量为20～60L/min。
6.根据权利要求5所述的一种工程机械履带销套高温渗碳缓冷淬火回火热处理方法，其特征在于：所述载气还包括滴注式甲醇裂解气，所述渗碳富化气还包括丙烷，所述甲醇裂解气滴注的流量为2000-4000ml/h，所述丙烷流量为6-15L/min。
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