CN112695269B - 一种18Cr2Ni4WA工件的热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及18Cr2Ni4WA工件热处理相关技术领域，具体是一种18Cr2Ni4WA工件的热处理工艺，旨在解决现有一种18Cr2Ni4WA工件的热处理工艺无法满足凸轮等恶劣服役环境要求的技术问题。依次包括如下几个步骤：1)调质处理；2)可控气氛渗碳：将工件放置到可控气氛炉内进行渗碳，渗碳时炉内碳势设定为1.0%～1.2%，渗碳温度设定为920～950℃，渗碳时间根据渗层的层深要求设定；3)直接淬火：工件随炉降温或炉内通氮气降温至830～860℃，保温25～35min后油冷或通氮气降温至室温；4)低温回火：在100～200℃下回火1～2h。

Description

一种18Cr2Ni4WA工件的热处理工艺
技术领域
本发明涉及18Cr2Ni4WA工件热处理相关技术领域，具体是一种18Cr2Ni4WA工件的热处理工艺。
背景技术
18Cr2Ni4WA是一种高强度合金渗碳钢，强度、韧性高，淬透性良好，其制成工件的常规热处理工艺为：调质+920℃渗碳+高温回火（一般为三次）+780-800℃淬火+低温回火（见图1常规渗碳、淬火工艺方法）。经上述热处理方法处理后，工件表层得到细小针状马氏体+少量残余奥氏体（≥15%）+较多的粒状碳化物，表层硬度能达到HRC58-62，心部硬度能达到HRC38-45。18Cr2Ni4WA的用途之一是用于制成发动机凸轮结构，发动机凸轮的工作面磨损形式主要是辊轮工件的高频次、大滑比冲击的接触疲劳和磨损，服役环境恶劣。使用上述常规的热处理工艺处理的工件，仅适用一般的接触疲劳、磨损形式的工作状况；对于凸轮等工件恶劣的服役环境，使用常规的热处理工艺处理后，所得到的金相组织及性能，在工作服役过程中就会出现破坏性点蚀现象，不能满足该类零件的使用要求。
发明内容
本发明旨在解决现有一种18Cr2Ni4WA工件的热处理工艺无法满足凸轮等恶劣服役环境要求的技术问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种18Cr2Ni4WA工件的热处理工艺，其特征在于，依次包括如下步骤：
1)调质处理；
2)可控气氛渗碳：将工件放置到可控气氛炉内进行渗碳，渗碳时炉内碳势设定为1.0%～1.2%，渗碳温度设定为920～950℃，渗碳时间根据渗层的层深要求设定；
3)直接淬火：工件随炉降温或炉内通氮气降温至830～860℃，保温25～35min后油冷或通氮气降温至室温；
4)低温回火： 在100～200℃下回火1～2h。
另外的，在步骤2）中碳势采用阶梯状下降的方式替换固定为1.0%～1.2%的方式，且最终保证工件表面碳浓度达到1.0%～1.2%。优选的，渗碳结束后保证工件表面碳浓度达到1.0%，渗碳温度为940℃。
优选的，步骤2）中，碳势设定为1.0%，渗碳温度为940℃。
优选的，步骤3）中，淬火温度为850℃，淬火时间为30min。
优选的，步骤4）中，回火温度为160℃，回火时间为2h。
进一步的，步骤1）中的调质处理分两步进行，第一步以930℃淬火90min再空冷，第二步以650℃回火2h再空冷。
本发明的有益效果是：
1）本发明通过对18Cr2Ni4WA工件采用可控气氛渗碳、直接淬火的工艺方法，得到较多残余奥氏体（60～80%）、硬度（HRC54～56）相对较低的表层金相组织，该金相组织的性能，能够承载高频次、大滑比工件的冲击接触疲劳磨损，解决工件的点蚀失效问题；
2）本发明渗碳后直接淬火的工艺方法，较常规的渗碳、淬火方法处理的工件变形小，为磨削后工件表层获得最佳的金相组织及性能创造了有利条件；
3）本发明渗碳后直接淬火的工艺方法，较常规的渗碳、淬火方法减少了4道热处理工序，降低了热处理的加工成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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是本发明相关的常规的热处理方法示意图；
图2是本发明的热处理方法示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
下面以某产品零件凸轮为例，其材料为18Cr2Ni4WA，工件面为异形曲面，外形尺寸规格为Φ80×60，参照图2，其具体热处理步骤如下：
1)调质处理：本步骤的目的在于改善组织，获得良好的切屑性能。此外，还能细化晶粒，减小以后的热处理的变形。由于18Cr2Ni4WA钢的合金元素含量较高，铬、镍、钨的复合作用抑制了过冷奥氏体向珠光体的转变，使钢具有极高的淬透性，空冷可获得马氏体或贝氏体组织，硬度较高，需要通过高温回火得到回火索式体组织，改善后续的切削性能。具体分为两个步骤进行：第一步以930℃淬火90min再空冷， 第二步以650℃回火2h再空冷。
2)可控气氛渗碳：将半精加工后的凸轮放置到可控气氛炉内进行渗碳。渗碳时炉内碳势设定为1.0%，渗碳温度设定为940℃，渗碳时间8h，渗碳结束工件表面碳浓度为1.0%。本实施例中，碳势设定为1.0%，其他实施例中，也可为1.1%或1.2%。本实施例中，渗碳温度为940℃，其他实施例中，也可为920℃或950℃。本实施例中，采用固定碳势的方式，其他实施例中，也可以选择台阶式碳势控制，在渗碳初始阶段采用高碳势气氛，随着渗碳时间的延长，在以后的几个阶段，逐渐降低炉气碳势，直至工件表面碳浓度达到1.0 %～1.2%，如1.0%或1.1%或1.2%。
3)直接淬火：凸轮在渗碳结束后不直接出炉，随炉降温或炉内通氮气等却至850℃，凸轮在850℃保温30分钟，通氮气冷却或将工件放入淬火油中冷却至室温。本实施例中，淬火温度为850℃，其他实施例中，也可为830℃或860℃。
4)低温回火：凸轮淬火后用较低的温度160℃回火2小时。本实施例中，回火温度为160℃，其他实施例中，也可为100℃或200℃。本实施例中，淬火时间为2h，其他实施例中，也可为1h或1.5h。
另外，凸轮在上述热处理过程中，要经过粗加工和精加工。粗加工在步骤1）和2）之间，工作面预留磨削余量0.2mm；精加工在步骤4）之后，磨削工作面的预留磨削量，最终获得表层含碳量为0.9%质量分数的渗碳层，残余奥氏体量60～80%的金相组织，硬度HRC54～56的机械性能。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种18Cr2Ni4WA工件的热处理工艺，其特征在于，依次包括如下步骤：
1）调质处理：分两步进行，第一步以930℃淬火90min再空冷，第二步以650℃回火2h再空冷；
2）可控气氛渗碳：将工件放置到可控气氛炉内进行渗碳，渗碳时炉内碳势设定为1.0%～1.2%，渗碳温度设定为920～950℃，渗碳时间根据渗层的层深要求设定；
3）直接淬火：工件随炉降温或炉内通氮气降温至830～860℃，保温25～35min后油冷或通氮气降温至室温；
4）低温回火： 在100～200℃下回火1～2h。
2.根据权利要求1所述的一种18Cr2Ni4WA工件的热处理工艺，其特征在于：在步骤2）中碳势采用阶梯状下降的方式替换固定为1.0%～1.2%的方式，且渗碳结束后保证工件表面碳浓度达到1.0%～1.2%。
3.根据权利要求1所述的一种18Cr2Ni4WA工件的热处理工艺，其特征在于：步骤2）中，碳势设定为1.0%，渗碳温度为940℃。
4.根据权利要求2所述的一种18Cr2Ni4WA工件的热处理工艺，其特征在于：步骤2）中，渗碳结束后保证工件表面碳浓度达到1.0%，渗碳温度为940℃。
5.根据权利要求1或2所述的一种18Cr2Ni4WA工件的热处理工艺，其特征在于：步骤3）中，淬火温度为850℃，淬火时间为30min。
6.根据权利要求1或2所述的一种18Cr2Ni4WA工件的热处理工艺，其特征在于：步骤4）中，回火温度为160℃，回火时间为2h。
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