CN114317932B - 一种获取厚壁高筒环锻件平衡态组织的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种获取厚壁高筒环锻件平衡态组织的热处理方法，包括以下步骤：通过首先用较低温度、较长时间保温进行预正火处理；再通过提高正火加热温度进行正火处理，使工件组织充分转变，再结晶充分，经保温，使正火后晶粒组织更均匀，在预正火处理和正火处理过程中，采用间歇空冷+炉冷+空冷方式。本发明采取预正火+等温正火方式获得需要的平衡态组织，晶粒度均匀，晶粒度极差小于2级，金相组织按GB/T 13320标准评级图图1检测，达到一～三级，工件后续调质热处理后有效区回火索氏体组织按GB/T 13320标准评级图图3检测，达到一～三级，性能稳定，产品合格率从不足50％提升至100％，空冷时间减少，生产效率提高。
Description
技术领域
本发明属于热处理技术领域，具体涉及一种获取厚壁高筒环锻件平衡态组织的热处理方法。
背景技术
调质钢是在黑色金属材料领域最常用的一类材料，采用该类材料生产的厚壁高筒环锻件普遍用于机械装备的齿轮齿圈等关键转动部件。此类环锻件属于典型厚壁高筒件，其结构见图1，环锻件外径OD一般在1500mm～2500mm，高度H一般大于500mm，壁厚W一般在200mm～400mm。为实现该类产品在调质处理后达到最佳的组织状态和机械性能，通常需要在调质前对产品进行预备热处理，使材料组织形态为平衡态组织：弥散均匀分布的铁素体+珠光体组织，同时晶粒度均匀细化。
目前比较常见的预备热处理方法为：正火+回火，即，将工件加热到奥氏体转变温度AC3以上50～150℃进行均热保温后出炉，在常温中自然冷却，待冷却到室温后重新加热到620～680℃之间均热保温后出炉空冷。由于该类材料C元素含量百分比在0.30％以上，同时含有Cr、Ni、Mo等奥氏体稳定元素，因此在空冷时仅有少量甚至不发生铁素体析出转变，冷却后主要以块状贝氏体和珠光体组织为主，且晶粒度不均匀，晶粒度最大与最小极差在3级左右，如图2-3所示。很显然，采用普通正火难以获得理想的弥散均匀分布的铁素体+珠光体组织，该类组织硬度较高，不利于后续机械加工，且后续调质时不利于淬透层深度提高和组织性能的均匀稳定，导致后续调质组织不均匀，尤其对应齿轮部件，将导致齿部疲劳寿命下降，发生断齿失效。
发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种获取厚壁高筒环锻件平衡态组织的热处理方法。
为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：
本发明提供了一种获取厚壁高筒环锻件平衡态组织的热处理方法，包括以下步骤：
通过首先用较低温度、较长时间保温进行预正火处理，使晶粒细化，组织均匀；再通过提高正火加热温度进行正火处理，使工件组织充分转变，再结晶充分，经适当保温，使正火后晶粒组织更均匀，在预正火处理和正火处理过程中，采用间歇空冷+炉冷+空冷方式，使工件在中温转变区停留有足够时间进行铁素体转变，得到均匀细化的铁素体+珠光体组织。
本发明提供的获取厚壁高筒环锻件平衡态组织的热处理方法，具体包括以下步骤：
(1)、预正火：将工件随炉加热至正火温度，按有效工件壁厚*2.0min/mm保温，保温结束后出炉空冷；
(2)、等温正火：将工件随炉加热至正火温度，按有效工件壁厚*1.6min/mm保温，保温结束后空冷至720～750℃，再进行炉冷至650～680℃，在650～680℃条件下，按1.8min/mm保温后炉冷至500℃以下，出炉空冷到室温。
步骤(1)中，所述正火温度不低于830℃。
步骤(2)中，所述正火温度不低于880℃。
所述工件材质为42CrMo、38CrMoAl、40CrNiMo或上述材料的派生材料。所述工件材质为42CrMo或其派生材料时，步骤(1)中的正火温度为830℃，步骤(2)中的正火温度为880℃。所述工件材质为38CrMoAl或其派生材料时，步骤(1)中的正火温度为840℃，步骤(2)中的正火温度为880℃。所述工件材质为40CrNiMo或其派生材料时，步骤(1)中的正火温度为860℃，步骤(2)中的正火温度为890℃。
通过本发明提供的获取厚壁高筒环锻件平衡态组织的热处理方法进行热处理后得到的厚壁高筒环锻件按GB/T 6394标准评级平均晶粒度达到6级以上，晶粒度极差小于2级，金相组织按GB/T 13320标准评级图图1检测，达到一～三级，工件后续调质热处理后有效区回火索氏体组织按GB/T 13320标准评级图图3检测，达到一～三级。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明公开了一种获取厚壁高筒环锻件平衡态组织的热处理方法，公布了调质钢制造的厚壁高筒环锻件在预备热处理阶段为获取弥散均匀分布的铁素体+珠光体组织所采用的一种热处理方法，采用预正火+等温正火的方法将使该类钢在调质前组织均匀、细化，有利于后续调质组织均匀一致，从而获得更佳的综合性能；本发明根据该类材料在连续冷却时的组织转变特性采取预正火+等温正火方式获得需要的平衡态组织，同时晶粒度均匀，晶粒度按GB/T 6394标准评级平均晶粒度达到6级以上，晶粒度极差小于2级，金相组织按GB/T 13320标准评级图图1检测，达到一～三级，工件后续调质热处理后有效区回火索氏体组织按GB/T 13320标准评级图图3检测，达到一～三级，性能稳定，产品合格率从原来不足50％提升至100％，减少空冷时间，提高生产效率。
附图说明
图1为现有技术中的厚壁高筒环锻件的结构示意图；
图2为现有技术中正火金相组织电镜图；
图3为现有技术中正火晶粒度电镜图；
图4为本发明42CrMo正火金相组织电镜图；
图5为本发明42CrMo正火晶粒度电镜图；
图6为本发明42CrMo调质组织电镜图。
具体实施方式
下面对本发明进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
实施例1
如图4-6所示，一种获取厚壁高筒环锻件平衡态组织的热处理方法，针对的调质钢主要是中碳合金钢，包括42CrMo、38CrMoAl、40CrNiMo等，还包括以上材料主成分为基础的派生材料。该类材料由于碳含量较高属中碳合金钢，经调质热处理后将获得较高的综合性能，因此广泛应用于高载荷的转动受力部件。为确保获得最佳调质性能，调质前对该类材料进行预备热处理，以获得均匀的正火态组织及均匀的晶粒度。
本发明公开的热处理方法对现有技术中的正火+回火热处理制度进行调整，采用预正火+等温正火的方式获得所需平衡态组织，晶粒度均匀，晶粒度极差小于2级。
本发明改进后的热处理方法如表1所示。
表1
本发明依据该类材料在冷却过程的组织转变特性，通过首先用较低温度、较长时间保温进行预正火处理，使晶粒细化，组织均匀；再通过提高正火加热温度，使工件组织充分转变，再结晶充分，经适当保温，使正火后晶粒组织更均匀；其次，改变传统的空冷至室温的方法，改为间歇空冷+炉冷+空冷方式，使工件在中温转变区停留有足够时间进行铁素体转变，同时，经较高温度保温使晶粒度更加均匀，随后炉冷充分消除了组织应力，最终得到均匀细化的铁素体+珠光体组织，且晶粒度均匀，为后续加工和最终性能热处理组织奠定基础。
实施例1
如图4-6所示，一种获取厚壁高筒环锻件平衡态组织的热处理方法，包括以下步骤：
通过首先用较低温度、较长时间保温进行预正火处理，使晶粒细化，组织均匀；再通过提高正火加热温度进行正火处理，使工件组织充分转变，再结晶充分，经适当保温，使正火后晶粒组织更均匀，在预正火处理和正火处理过程中，采用间歇空冷+炉冷+空冷方式，使工件在中温转变区停留有足够时间进行铁素体转变，得到均匀细化的铁素体+珠光体组织。
本实施例的获取厚壁高筒环锻件平衡态组织的热处理方法，具体包括以下步骤：
(1)、预正火：将工件随炉加热至正火温度，按有效工件壁厚*2.0min/mm保温，保温结束后出炉空冷；
(2)、等温正火：将工件随炉加热至正火温度，按有效工件壁厚*1.6min/mm保温，保温结束后空冷至720～750℃，再进行炉冷至650～680℃，在650～680℃条件下，按1.8min/mm保温后炉冷至500℃以下，出炉空冷到室温。
作为更具体的一种实施方式，工件材质为42CrMo或其派生材料时，步骤(1)中的正火温度为830℃，步骤(2)中的正火温度为880℃。
工件材质为38CrMoAl或其派生材料时，步骤(1)中的正火温度为840℃，步骤(2)中的正火温度为880℃。
工件材质为40CrNiMo或其派生材料时，步骤(1)中的正火温度为860℃，步骤(2)中的正火温度为890℃。
厚壁高筒环锻件按GB/T 6394标准评级平均晶粒度达到6级以上，晶粒度极差小于2级，金相组织按GB/T 13320标准评级图图1检测，达到一～三级，工件后续调质热处理后有效区回火索氏体组织按GB/T 13320标准评级图图3检测，达到一～三级，明显优于现有技术方式，如图4-6所示。
未具体描述的部分采用现有技术即可，在此不做赘述。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种获取厚壁高筒环锻件平衡态组织的热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过首先用较低温度、较长时间保温进行预正火处理，使晶粒细化，组织均匀；再通过提高正火加热温度进行正火处理，使工件组织充分转变，再结晶充分，经适当保温，使正火后晶粒组织更均匀，在预正火处理和正火处理过程中，采用间歇空冷+炉冷+空冷方式，使工件在中温转变区停留有足够时间进行铁素体转变，得到均匀细化的铁素体+珠光体组织；
预正火处理步骤包括：将工件随炉加热至预正火温度，按有效工件壁厚*2.0min/mm保温，保温结束后出炉空冷；
正火处理步骤包括：将工件随炉加热至等温正火温度，按有效工件壁厚*1.6min/mm保温，保温结束后空冷至720～750℃，再进行炉冷至650～680℃，在650～680℃条件下，按1.8min/mm保温后炉冷至500℃以下，出炉空冷到室温；
所述预正火温度不低于830℃；
所述等温正火温度不低于880℃。
2.根据权利要求1所述的一种获取厚壁高筒环锻件平衡态组织的热处理方法，其特征在于，所述工件材质为42CrMo、38CrMoAl、40CrNiMo或上述材料的派生材料。
3.根据权利要求1所述的一种获取厚壁高筒环锻件平衡态组织的热处理方法，其特征在于，所述工件材质为42CrMo或其派生材料时，预正火温度为830℃，等温正火温度为880℃。
4.根据权利要求1所述的一种获取厚壁高筒环锻件平衡态组织的热处理方法，其特征在于，所述工件材质为38CrMoAl或其派生材料时，预正火温度为840℃，等温正火温度为880℃。
5.根据权利要求1所述的一种获取厚壁高筒环锻件平衡态组织的热处理方法，其特征在于，所述工件材质为40CrNiMo或其派生材料时，预正火温度为860℃，等温正火温度为890℃。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种获取厚壁高筒环锻件平衡态组织的热处理方法，其特征在于，所述厚壁高筒环锻件按GB/T 6394标准评级平均晶粒度达到6级以上，晶粒度极差小于2级，金相组织按GB/T 13320标准评级图检测，达到一～三级，工件后续调质热处理后有效区回火索氏体组织按GB/T 13320标准评级图检测，达到一～三级。
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