CN114807544B - 高耐磨CrMnMoN合金的双温双时组合热处理方法 - Google Patents

高耐磨CrMnMoN合金的双温双时组合热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高耐磨CrMnMoN合金的双温双时组合热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、分段加热进行固溶处理，S2、双温双时循环奥氏体化，S3、淬火处理，S4、分段等温处理，S5、空冷处理。本发明解决了CrMnMoN合金的耐磨性问题，通过将固溶处理后的工件进行双温双时及分段等温相组合的热处理，使得奥氏体晶粒变细，铁素体相逐渐消失，奥氏体基体上形成了指纹状的氮化物，提高了奥氏体基体的硬度，并避免了奥氏体基体与摩擦副的直接接触，可以显著提高CrMnMoN的耐磨性能。

Description

高耐磨CrMnMoN合金的双温双时组合热处理方法
技术领域
本发明涉及一种金属热处理技术领域，具体涉及一种高耐磨CrMnMoN合金的双温双时组合热处理方法。
背景技术
随着现代社会的不断发展，对机械材料零件的要求也是越来越高，产品的耐磨性已成为衡量产品性能好坏的重要标准之一，同时也是影响零件服役寿命的主要原因之一。目前高耐磨CrMnMoN合金是比较常用的材料，常用在一些机械零件或者一些模具上，且人们对其耐磨性的要求越来越严格。因此，如何提高CrMnMoN合金的耐磨性是获得核心竞争力的关键，同时考虑其成本及节能减排，以获得最大的经济和社会效益。
目前，高氮奥氏体钢的主要化学元素有Cr、Mn、Mo、N等。其中Cr元素是钢材获得耐蚀性能的主要元素。Mn是奥氏体形成元素，可以稳定奥氏体组织，并提高奥氏体钢在对有机酸的抵抗能力。Mo元素可以提高钢材在多种介质下的钝化能力。
CrMnMoN合金最先受到磨损的区域是表面，通常采用固溶结合时效的热处理来提高表面的硬度和耐磨性。大量研究结果表明，常压冶炼温轧状态下的高氮无镍奥氏体钢，在之后的固溶处理中往往得不到单一的奥氏体组织，伴随条带状的铁素体产生，形成奥氏体加铁素体双相组织，并在铁素体与奥氏体晶间处析出氮化物。这种结构，一方面使材料晶粒显微组织变得不均匀；另一方面消耗了奥氏体中的氮，形成氮化物，降低其硬度值。因此其耐磨性能往往表现不佳，从而限制了该新钢种的进一步应用发展。
由于CrMnMoN合金零件工作的环境比较恶劣，不仅要受到巨大垂直冲击力，还要承受着巨大的剪切应力，这会引起CrMnMoN合金磨损。由此可见，提高CrMnMoN合金的耐磨性是亟待解决的问题。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种高耐磨CrMnMoN合金的双温双时组合热处理方法，以解决CrMnMoN合金的耐磨性问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高耐磨CrMnMoN合金的双温双时组合热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，将工件放入马弗炉内进行分段加热；
S2，将工件取出，再放入电阻加热炉中加热并保温，再降低电阻加热炉的温度并保温；继续将电阻加热炉升温并保温，再降低电阻加热炉的温度并保温；
S3，将处理后的工件在水基悬浮液中淬火2-6s，之后增加工业风扇，将工件至于流动气体中冷却至室温；
S4，将处理后的工件放入电阻加热炉中加热并保温，再使电阻加热炉进行降温并保温；
S5，将工件从电阻加热炉中取出，置于空气中冷却至室温。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
进一步地，所述S1包括：
S11，将工件放入马弗炉，再将马弗炉内抽至真空，并加热至500-650℃，后进行保温时间为10分钟的保温；
S12，继续加热马弗炉至800-850℃，并进行保温时间为10分钟的保温；
S13，最后加热马弗炉至1200℃。
进一步地，所述S2包括：
S21，将工件放入温度为1150-1250℃的电阻加热炉中，并进行保温时间为2-4小时的保温；再使电阻加热炉降温至950-1100℃，并进行保温时间为0.5-1小时的保温；
S22，继续将电阻加热炉升温至1150-1250℃，并进行保温时间为2-4小时的保温；再使电阻加热炉降温至1100℃，并进行保温时间为0.5-1小时的保温。
进一步地，所述S2中：所述保温时间与工件的有效厚度的关系为，保温时间＝工件的有效厚度×保温时长系数；式中，保温时间的单位为h，工件的有效厚度的单位为mm，保温时长系数为1h/mm。
进一步地，所述S3中：所述水基悬浮液的流速为0.2～0.6m/s，工件冷却速度为500～600℃/s。
进一步地，所述S4包括：
S41，将处理后的工件放入温度为950-1000℃的电阻加热炉中，并进行保温时间为5-8小时的保温；
S42，再将电阻加热炉的温度降为800-850℃，并进行保温时间为5-8小时的保温。
进一步地，所述S4中：所述保温时间与工件的有效厚度的关系为，保温时间＝工件的有效厚度×等温时长系数，式中，保温时间的单位为h，工件的有效厚度的单位为mm，等温时长系数为4h/mm。
本发明的有益效果是：
本发明通过将固溶处理后的工件进行双温双时及分段等温相组合的热处理，使得奥氏体晶粒变细，铁素体相逐渐消失，奥氏体基体上形成了指纹状的氮化物，提高了奥氏体基体的硬度，并避免了奥氏体基体与摩擦副的直接接触，可以显著提高CrMnMoN的耐磨性能。
附图说明
图1为本发明CrMnMoN合金的热处理方法的工艺流程图；
图2为常温常压冶炼温轧状态下CrMnMoN合金的显微组织金相图；
图3为本发明工艺下CrMnMoN合金的显微组织金相图；
图4为不同热处理条件下各个试样的显微硬度测量图；
图5为等温试样摩擦磨损的磨痕形貌图；
图6为等温试样摩擦磨损的划痕深度测量图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如附图所示，本发明实施例的一种高耐磨CrMnMoN合金的双温双时组合热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、分段加热进行固溶处理，将工件放入马弗炉内进行分段加热；
S2、双温双时循环奥氏体化，将工件取出，再放入电阻加热炉中加热并保温，再降低电阻加热炉的温度并保温；继续将电阻加热炉升温并保温，再降低电阻加热炉的温度并保温；
S3、淬火处理，将奥氏体化处理后的工件在水基悬浮液中淬火2-6s，之后增加工业风扇，将工件至于流动气体中冷却至室温；
S4、分段等温处理，将淬火处理后的工件放入电阻加热炉中加热并保温，再使电阻加热炉进行降温并保温；
S5、空冷处理，将工件从加热炉中取出，置于空气中冷却至室温。
在本实施例中，所述S1包括：
S11，将工件放入马弗炉，再将马弗炉内抽至真空，并加热至500-650℃，后进行保温时间为10分钟的保温；
S12，继续加热马弗炉至800-850℃，并进行保温时间为10分钟的保温；
S13，最后加热马弗炉至1200℃。
在本实施例中，所述S2包括：
S21，将工件放入温度为1150-1250℃的电阻加热炉中，并进行保温时间为2-4小时的保温；再使电阻加热炉降温至950-1100℃，并进行保温时间为0.5-1小时的保温；
S22，继续将电阻加热炉升温至1150-1250℃，并进行保温时间为2-4小时的保温；再使电阻加热炉降温至1100℃，并进行保温时间为0.5-1小时的保温。
在本实施例中的S2中：所述保温时间与工件的有效厚度的关系为，保温时间＝工件的有效厚度×保温时长系数；式中，保温时间的单位为h，工件的有效厚度的单位为mm，保温时长系数为1h/mm。其中，S2中的保温时间根据工件的有效厚度进行计算确认。
在本实施例中的S3中：所述水基悬浮液的流速为0.2～0.6m/s，工件冷却速度为500～600℃/s。
在本实施例中，所述S4包括：
S41，将淬火处理后的工件放入温度为950-1000℃的电阻加热炉中，并进行保温时间为5-8小时的保温；
S42，再将电阻加热炉的温度降为800-850℃，并进行保温时间为5-8小时的保温。
其中，也可以准备两个电阻加热炉，分别加热至950-1000℃及800-850℃；操作步骤如下：
S41，将淬火处理后的工件放入温度为950-1000℃的电阻加热炉中，并进行保温时间为5-8小时的保温；
S42，取出工件，再快速放入温度为800-850℃的电阻加热炉中，并进行保温时间为5-8小时的保温。
在本实施例中的S4中：所述保温时间与工件的有效厚度的关系为，保温时间＝工件的有效厚度×等温时长系数，式中，保温时间的单位为h，工件的有效厚度的单位为mm，等温时长系数为4h/mm。其中，S4中的保温时间根据工件的有效厚度进行计算确认。
参考附图2、附图3、图5、图6及表1，其中，（a）、（c）为低倍光镜照片，（b）、（d）为高倍光镜照片。可知，原始试样的奥氏体晶粒较为粗大，其显微硬度为31HRC，且仍含有较软的铁素体相，其显微硬度为23.5HRC。在1h的摩擦磨损实验后，固溶试样的划痕深度为7.5μm，而原始样的为7.6μm，两者差别并不大。
经过本发明方法处理后的本工艺试样，其奥氏体晶粒明显变细其显微硬度为37.5HRC，且在奥氏体基体上析出了较细指纹状的氮化物，其显微硬度为49.2HRC，条带状的铁素体基本上消失并被硬度较高的氮化物所覆盖。在1h的摩擦磨损实验后，本工艺试样的划痕深度为6.8μm，相较于原始样的7.6μm及固溶试样的7.5μm明显提高。
表1各试样的平均划痕深度
原始试样 固溶试样 本工艺试样
划痕深度/μm 7.6 7.5 6.8
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高耐磨CrMnMoN合金的双温双时组合热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，将工件放入马弗炉内进行分段加热；
S2，将工件取出，再放入电阻加热炉中加热并保温，再降低电阻加热炉的温度并保温；继续将电阻加热炉升温并保温，再降低电阻加热炉的温度并保温；
S3，将处理后的工件在水基悬浮液中淬火2-6s，之后增加工业风扇，将工件至于流动气体中冷却至室温；
S4，将处理后的工件放入电阻加热炉中加热并保温，再使电阻加热炉进行降温并保温；
S5，将工件从电阻加热炉中取出，置于空气中冷却至室温；
所述S1包括：
S11，将工件放入马弗炉，再将马弗炉内抽至真空，并加热至500-650℃，后进行保温时间为10分钟的保温；
S12，继续加热马弗炉至800-850℃，并进行保温时间为10分钟的保温；
S13，最后加热马弗炉至1200℃；
所述S2包括：
S21，将工件放入温度为1150-1250℃的电阻加热炉中，并进行保温时间为2-4小时的保温；再使电阻加热炉降温至950-1100℃，并进行保温时间为0.5-1小时的保温；
S22，继续将电阻加热炉升温至1150-1250℃，并进行保温时间为2-4小时的保温；再使电阻加热炉降温至1100℃，并进行保温时间为0.5-1小时的保温。
2.根据权利要求1所述的一种高耐磨CrMnMoN合金的双温双时组合热处理方法，其特征在于，所述S2中：所述保温时间与工件的有效厚度的关系为，保温时间＝工件的有效厚度×保温时长系数；式中，保温时间的单位为h，工件的有效厚度的单位为mm，保温时长系数为1h/mm。
3.根据权利要求2所述的一种高耐磨CrMnMoN合金的双温双时组合热处理方法，其特征在于，所述S3中：所述水基悬浮液的流速为0.2～0.6m/s，工件冷却速度为500～600℃/s。
4.根据权利要求3所述的一种高耐磨CrMnMoN合金的双温双时组合热处理方法，其特征在于，所述S4包括：
S41，将处理后的工件放入温度为950-1000℃的电阻加热炉中，并进行保温时间为5-8小时的保温；
S42，再将电阻加热炉的温度降为800-850℃，并进行保温时间为5-8小时的保温。
5.根据权利要求4所述的一种高耐磨CrMnMoN合金的双温双时组合热处理方法，其特征在于，所述S4中：所述保温时间与工件的有效厚度的关系为，保温时间＝工件的有效厚度×等温时长系数，式中，保温时间的单位为h，工件的有效厚度的单位为mm，等温时长系数为4h/mm。
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