CN112853048A - 一种适合冷挤压高温渗碳件预备热处理的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适合冷挤压高温渗碳件预备热处理的方法，将工件加热到1200～1250℃下奥氏体化，根据工件尺寸，保温时间每毫米1.5～2min来确定保温时间；将工件放入淬火介质中进行快速冷却，得到低碳马氏体组织；及时将工件加热到650℃～Ac1，温度低于Ac1，保温60～120min；出炉室温下空冷。本发明可以代替球化退火工艺，提高生产效率；通过预备热处理不仅能够得到铁素体基体上分布粗大粒状渗碳体组织，为冷挤压调整硬度；同时本发明也可以消除钢中的元素偏析，并使钢中的第二相充分弥散析出并钉扎晶界，在高温渗碳保温时起到阻碍晶粒长大作用，使得高温渗碳淬火后的组织均匀细小。

Description

一种适合冷挤压高温渗碳件预备热处理的方法
技术领域
本发明涉及渗碳件制造领域，具体涉及一种适合冷挤压高温渗碳件预备热处理的方法。
背景技术
工程中有许多零件在使用时表面需要较高的耐磨性，同时心部又要保持较好的韧性，所以零件的原材料采用低碳合金钢，对其进行渗碳处理，以满足零件的使用条件。传统渗碳件的渗碳的温度较低，渗碳时间较长，经济效益较低。为了缩短渗碳时间必须要提高渗碳的温度，但是高温渗碳会造成晶粒在奥氏体化温度长时间保温下容易发生长大，粗大的晶粒使材料的强度、塑性和韧性降低。所以在渗碳件原有材料(SCr420H等)基础上加入V、Nb、N、Ti、Al等微合金元素，这些微合金元素在钢中将以稳定的第二相形式析出，从而能起到阻碍晶粒长大的作用。但是这些第二相颗粒在钢的热加工过程中若工艺设置不当会发生溶解(或不完全溶解)、析出、长大现象，第二相颗粒不能大量细小弥散析出，齿轮在高温渗碳时其钉扎晶界阻碍晶粒长大的作用不能充分发挥。
传统的渗碳件制造工艺为：下料、球化退火、冷挤压、高温渗碳淬火，其中球化退火的目的是获得球状珠光体和铁素体组织，为冷挤压做组织准备和硬度调整，但球化退火由于其时间较长而造成生产效率低；并且渗碳件在经过高温渗碳淬火后其晶粒会长大，容易出现混晶现象。针对这两种情况，发明了一种适合冷挤压高温渗碳件预备热处理方法。
发明内容
为了克服渗碳件的球化退火工艺时间较长、元素偏析和高温渗碳保温时晶粒长大的现象，本发明提供了一种适合冷挤压高温渗碳件预备热处理方法。本发明通过预备热处理工艺得到铁素体基体上分布粗大粒状渗碳体组织，为冷挤压调整硬度，缩短了冷挤压成型渗碳件的生产周期，并消除元素偏析和在基体组织中获得数量尽可能多的细小弥散分布的第二相颗粒来阻碍高温渗碳时的晶粒长大，以细化高温渗碳后的晶粒。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种适合冷挤压高温渗碳件预备热处理的方法，预备热处理设于冷挤压高温渗碳件工艺流程的下料和冷挤压之间，即冷挤压高温渗碳件工艺流程包括：下料、预备热处理、冷挤压、高温渗碳淬火；所述的预备热处理工艺具体为：
S1，工件加热到1200～1250℃下奥氏体化，根据工件尺寸，保温时间每毫米1.5～2min来确定保温时间；
S2，将工件放入淬火介质中进行快速冷却，得到低碳马氏体组织；
S3，及时将工件加热到650℃～Ac1，温度低于Ac1，保温60～120min；
S4，出炉室温下空冷。
所述的渗碳件是在20MnCr5、18CrNiMo7-6、SCr420H低碳合金钢中加入Al、Nb、V、Ti、N微合金元素的渗碳件。
步骤S1中，保温时间最低不小于30min，使微合金元素充分溶入奥氏体中。
步骤S2中淬火介质为：KR118快速淬火油。
步骤S3中所述的及时为30min内。
S3中将工件加热到650℃～Ac1(温度低于Ac1)再保温60～120min得到铁素体基体上分布粗大粒状渗碳体组织，并获得适合冷挤压的硬度。650℃～Ac1(温度低于Ac1)再保温60～120min使得AlN、VC、NbC、Nb(C、N)、V(C、N)、TiN第二相颗粒充分弥散析出，析出的第二相种类不一，都是纳米级颗粒。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明可以代替球化退火工艺，提高生产效率；通过预备热处理不仅能够得到铁素体基体上分布粗大粒状渗碳体组织，为冷挤压调整硬度；同时本发明也可以消除钢中的元素偏析，并使钢中的第二相充分弥散析出并钉扎晶界，在高温渗碳保温时起到阻碍晶粒长大作用，使得高温渗碳淬火后的组织均匀细小。
选用加入V、Nb、N、Al、Ti微合金元素的低碳合金钢作为原材料，在经过预备热处理工艺后对材料进行硬度测试。经过该工艺后，组织为铁素体基体上分布粗大的粒状渗碳体，偏析不明显，硬度在≤190HV。再对经过该工艺的工件进行高温渗碳淬火，检测渗碳淬火后的晶粒大小，晶粒度级别为6.5～8.5级，无混晶现象。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种适合冷挤压高温渗碳件预备热处理方法，是在冷挤压高温渗碳件主要工艺流程中设有该预备热处理，即：下料、预备热处理、冷挤压、高温渗碳淬火。原材料是在20MnCr5、18CrNiMo7-6、SCr420H等低碳合金钢的基础上加入V、Nb、N、Al、Ti微合金元素，对原材料进行预备热处理工艺。预备热处理在1200℃下保温40min，保温结束后进行油冷，随后立即将工件加热到650℃保温90min，最后空冷至室温。对经过预备热处理的试样进行硬度测试，硬度为180HV。最后对渗碳件进行1000℃保温5h的渗碳淬火处理。渗碳后晶粒的等效直径为22um左右，组织均匀且晶粒较细小。
实施例2
一种适合冷挤压高温渗碳件预备热处理方法，是在冷挤压高温渗碳件主要工艺流程中设有该预备热处理，即：下料、预备热处理、冷挤压、高温渗碳淬火。原材料是在20MnCr5、18CrNiMo7-6、SCr420H等低碳合金钢的基础上加入V、Nb、N、Al、Ti微合金元素，对原材料进行预备热处理工艺。预备热处理在1230℃下保温40min，保温结束后进行油冷，随后立即将工件加热到700℃保温90min，最后空冷至室温。对经过预备热处理的试样进行硬度测试，硬度为180HV。最后对渗碳件进行1000℃保温5h的渗碳淬火处理。渗碳后晶粒的等效直径为21um左右，组织均匀且晶粒较细小。
实施例3
一种适合冷挤压高温渗碳件预备热处理方法，是在冷挤压高温渗碳件主要工艺流程中设有该预备热处理，即：下料、预备热处理、冷挤压、高温渗碳淬火。原材料是在20MnCr5、18CrNiMo7-6、SCr420H等低碳合金钢的基础上加入V、Nb、N、Al、Ti微合金元素，对原材料进行预备热处理工艺。预备热处理在1200℃下保温40min，保温结束后进行油冷，随后立即将工件加热到720℃保温60min，最后空冷至室温。对经过预备热处理的试样进行硬度测试，硬度为175HV。最后对渗碳件进行1000℃保温5h的渗碳淬火处理。渗碳后晶粒的等效直径为25um左右，组织均匀且晶粒较细小。
实施例4
一种适合冷挤压高温渗碳件预备热处理方法，是在冷挤压高温渗碳件主要工艺流程中设有该预备热处理，即：下料、预备热处理、冷挤压、高温渗碳淬火。原材料是在20MnCr5、18CrNiMo7-6、SCr420H等低碳合金钢的基础上加入V、Nb、N、Al、Ti微合金元素，对原材料进行预备热处理工艺。预备热处理在1250℃下保温40min，保温结束后进行油冷，随后立即将工件加热到720℃保温60min，最后空冷至室温。对经过预备热处理的试样进行硬度测试，硬度为165HV。最后对渗碳件进行1000℃保温5h的渗碳淬火处理。渗碳后晶粒的等效直径为28um左右，组织均匀且晶粒较细小。
实施例5
一种适合冷挤压高温渗碳件预备热处理方法，是在冷挤压高温渗碳件主要工艺流程中设有该预备热处理，即：下料、预备热处理、冷挤压、高温渗碳淬火。原材料是在20MnCr5、18CrNiMo7-6、SCr420H等低碳合金钢的基础上加入V、Nb、N、Al、Ti微合金元素，对原材料进行预备热处理工艺。预备热处理在1200℃下保温40min，保温结束后进行油冷，随后立即将工件加热到720℃保温90min，最后空冷至室温。对经过预备热处理的试样进行硬度测试，硬度为150HV。最后对渗碳件进行1000℃保温5h的渗碳淬火处理。渗碳后晶粒的等效直径为30um左右，组织均匀且晶粒较细小。
以上所述，仅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，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种适合冷挤压高温渗碳件预备热处理的方法，其特征在于：预备热处理设于冷挤压高温渗碳件工艺流程的下料和冷挤压之间，即冷挤压高温渗碳件工艺流程包括：下料、预备热处理、冷挤压、高温渗碳淬火；所述的预备热处理工艺具体为：
S1，工件加热到1200～1250℃下奥氏体化，根据工件尺寸，保温时间每毫米1.5～2min来确定保温时间；
S2，将工件放入淬火介质中进行快速冷却，得到低碳马氏体组织；
S3，及时将工件加热到650℃～Ac1，温度低于Ac1，保温60～120min；
S4，出炉室温下空冷。
2.根据权利要求1所述的适合冷挤压高温渗碳件预备热处理的方法，其特征在于：所述的渗碳件是在20MnCr5、18CrNiMo7-6、SCr420H低碳合金钢中加入Al、Nb、V、Ti、N微合金元素的渗碳件。
3.根据权利要求1所述的适合冷挤压高温渗碳件预备热处理的方法，其特征在于：步骤S1中，保温时间最低不小于30min，使微合金元素充分溶入奥氏体中。
4.根据权利要求1所述的适合冷挤压高温渗碳件预备热处理的方法，其特征在于：步骤S2中淬火介质为：KR118快速淬火油。
5.根据权利要求1所述的适合冷挤压高温渗碳件预备热处理的方法，其特征在于：步骤S3中所述的及时为30min内。
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