CN115261565A - 一种适用于35MnB钢耐磨件的热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于35MnB钢耐磨件的热处理方法，其包括矿物油淬火和低温回火步骤；所述矿物油淬火步骤为：所述耐磨件到温入炉并保温，加热炉温度为860～880℃，保温时间为2.0～2.3min/mm耐磨件厚度；然后将耐磨件从加热炉中取出并立即在矿物油中淬火冷却至100℃及以下；所述低温回火步骤为：所述耐磨件到温入炉并保温，加热炉温度为180～200℃，保温时间为5～8小时；然后将耐磨件从加热炉中取出并风冷冷却至室温，即得到所述耐磨件成品。本方法所得35MnB钢耐磨件具有良好的力学性能，表层硬度≥50HRC，芯部硬度≥48HRC，常温冲击功Akv≥26J，在农业装备、矿业机械等领域，耐磨性能和使用寿命优于65Mn、Q355B等常用材料；在确保力学性能和使用寿命的基础上拓展了35MnB钢的用途。

Description

一种适用于35MnB钢耐磨件的热处理方法

技术领域

本发明属于热处理工艺技术领域，尤其是一种适用于35MnB钢耐磨件的热处理方法。

背景技术

在矿业机械、农业装备等领域，各类耐磨零部件的用途非常广泛。铸造高锰钢、低合金耐磨钢、特种陶瓷是目前制备耐磨零部件的主要材料。铸造高锰钢的优点是可以通过铸造方法制备形状复杂、截面厚度变化比较大的零部件，缺点是对于农机犁铧尖、收割刀片等在中低冲击载荷工况下使用的耐磨零部件，其使用寿命难以保证。低合金耐磨钢的优点是成本低、硬度高、性能稳定，缺点是由于低合金耐磨钢通常为一定厚度的中厚板和热轧板产品，而且成形和加工难度较大，所以在制备形状复杂特别是截面厚度变化较大的零部件时存在困难。特种陶瓷材料的优点是硬度高、重量轻，缺点是韧性差、加工困难，并且价格昂贵。因此在制备诸如犁铧尖、收割刀片、破碎机弧形衬板等截面厚度变化较大、同时在中低冲击载荷工况下使用的耐磨零部件时，亟需采用不同于铸造高锰钢、低合金耐磨钢、特种陶瓷等传统材料的选材和热处理工艺，进而满足零部件对于综合力学性能和使用寿命的要求。

在耐磨零部件的选材方面，根据GB/T 3077-2015《合金结构钢》，35MnB钢的化学成分为：C 0.32-0.38%、Si 0.17-0.37%、Mn 1.10-1.40%、B 0.0008-0.0035%、余量为Fe和不可避免的不纯物，具有良好的淬透性；实践表明，35MnB钢淬火后的硬度可达50HRC以上，并且不易产生开裂、变形等热处理缺陷，因此理论上可以作为制备耐磨零部件的候选材料。在热处理工艺方面，35MnB钢通常采用调质也就是淬火+高温回火的热处理方法，用于制造轴类、齿轮等零部件；而耐磨件则需要采用淬火+低温回火的热处理工艺，具体的热处理工艺参数对于耐磨件最终的综合力学性能有着决定性的影响，这也是采用35MnB钢制备耐磨零部件的关键技术。然而目前专门针对35MnB钢耐磨件的热处理工艺，无论是在淬火和低温回火等步骤涉及的具体参数方面，还是在耐磨件成品的力学性能和使用寿命方面，都鲜见报道。

经检索，发现与耐磨件的热处理内容相关的四篇专利文献。其中，公开号为CN101736188A的中国专利提供了一种用于农机配件的高耐磨铸铁及其热处理工艺，其特点是化学成分中含有：C 3.1-3.4%、Si 0.7-1.0%、Cr 23.0-26.0%、Mn 0.8-1.3%、Ni 4.5-5.0%、同时还满足P≤0.10%、S≤0.06%、Mo≤0.11%、Cu≤0.36%，其热处理工艺包括浇铸、淬火（在920±10℃保温60分钟、淬火、空气冷却至室温）、回火（230±10℃保温120分钟、空气冷却至室温）。公开号为CN103397275A的中国专利提供了一种马氏体系列耐磨钢及其制备方法，其特点是化学成分中含有：C 0.15-0.51%、Mn 2.0-10%、Al 0-1.5%、Si 0-1.5%、Cr 0-1.5%、Cu 0-1.5%、Ni 0-1.5%、其余为Fe及不可避免的不纯物、Mn/C配比不小于9、在此基础上还可以选择以下一种或多种复合元素添加：Mo 0.02-0.50%、V 0.02-0.50%、Nb 0.02-0.50%、Ti 0.01-0.5%、B 0.02-0.50%、RE 0.02-0.50%，其制备方法包括冶炼与凝固、铸坯经1100-1250℃加热、锻造或热轧和热连轧、在不同的冷却条件下进行冷却到室温、在150-250℃进行低温回火。公开号为CN111471936A的中国专利提供了一种改进型农机刃具用钢及其生产方法，其特点是化学成分中含有：C 0.33-0.35%、Si 0.30-0.40%、Mn 1.30-1.40%、Cr0.50-0.60%、B 0.002-0.004%、Ti 0.050-0.065%、Al 0.070-0.090%、P≤0.015%、S≤0.005%、余量为Fe，其生产方法包括KR脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气、软吹、连铸、连轧（开轧温度900℃-950℃）。公开号为CN110592357A的中国专利提供了一种铁基耐磨涂层犁铲尖的热处理方法，其特点是选用硼钢作为犁铲尖基体材料，其热处理方法是采用感应加热的方式加热至880-920℃后立即淬入200～260℃的熔盐中并保持1-2min，使其完全降至与淬火介质相同的温度，随后空冷。但是，上述专利文献均未涉及35MnB钢用于耐磨件的热处理工艺。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种有效提升耐磨性的适用于35MnB钢耐磨件的热处理方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：其包括矿物油淬火和低温回火步骤；所述矿物油淬火步骤为：所述耐磨件到温入炉并保温，加热炉温度为860～880℃，保温时间为2.0～2.3min/mm耐磨件厚度；然后将耐磨件从加热炉中取出并立即在矿物油中淬火冷却至100℃及以下。

所述低温回火步骤为：所述耐磨件到温入炉并保温，加热炉温度为180～200℃，保温时间为5～8小时；然后将耐磨件从加热炉中取出并风冷冷却，即得到所述耐磨件成品。

本发明所述矿物油淬火后的耐磨件在4小时及以内进行低温回火处理。

本发明还包括预处理步骤；所述预处理步骤为：先对耐磨件进行喷砂处理，再对喷砂后的耐磨件表面喷涂饱和Na₂SO₄溶液，最后将耐磨件表面吹干。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明所得35MnB钢耐磨件具有良好的力学性能，表层硬度≥50HRC、芯部硬度≥48HRC、常温冲击功Akv≥26J，在农业装备、矿业机械等领域，其耐磨性能和使用寿命优于65Mn、Q355B等常用材料。本发明确保力学性能和使用寿命的基础上拓展了35MnB钢的用途，为制备截面厚度变化较大、同时在中低冲击载荷工况下使用的耐磨零部件提供了候选工艺，同时具有操作简单、成本低廉、性能稳定的优点。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本适用于35MnB钢耐磨件的热处理方法包括预处理、矿物油淬火和低温回火步骤；设计思路为：在加热前对耐磨件表面进行合理的预处理，使加热过程中产生的氧化层在淬火时能够顺利脱落，从而最大程度地减少氧化层对淬火冷却速度的不利影响；淬火前的加热温度和时间控制在既能确保耐磨件组织完全奥氏体化，又能避免奥氏体晶粒长大粗化的合理范围，从而确保成品的冲击韧性，同时采用到温入炉的方法，满足连续生产的需要；淬火后的低温回火温度和时间控制在既能有效消除淬火应力，又能确保成品的力学性能及其稳定性的合理范围。本热处理方法各步骤的工艺如下所述：

（1）预处理步骤：先对耐磨件进行喷砂处理，再对喷砂后的耐磨件表面喷涂饱和Na₂SO₄溶液，最后将耐磨件表面吹干。所述喷砂是为了去除耐磨件表面的氧化层、油污等附着物，消除其对成品表面质量的不利影响。喷涂饱和Na₂SO₄溶液并用热风将耐磨件表面吹干，是为了确保加热过程中产生的氧化层在淬火时能够顺利脱落，减少氧化层对淬火冷却速度以及成品性能稳定性的不利影响。采用饱和Na₂SO₄溶液的原因在于，与通常使用的饱和食盐水相比，饱和Na₂SO₄溶液同样能够促进氧化层在淬火时脱落，而且其阻止加热介质中的S、O等有害元素渗入耐磨件的效果优于饱和食盐水；与常用的抗氧化涂料相比，饱和Na₂SO₄溶液的成本更低。

（2）矿物油淬火步骤：分为加热和冷却两个步骤。所述加热步骤采用马弗炉、箱式炉等常规热处理加热炉，首先将加热炉升温至860～880℃，然后将耐磨件放入升温后的加热炉中（即到温入炉）并保温一段时间；具体的保温时间根据耐磨件的有效厚度，按照2.0～2.3min/mm耐磨件厚度进行确定，例如有效厚度13mm的犁铧尖需保温26～29.9分钟、有效厚度25mm的破碎机弧形衬板需保温50～57.5分钟；考虑到35MnB钢的淬透性，本方法尤其适用于有效厚度≤25mm的耐磨件；如果温度低于860℃或者保温时间过短，耐磨件难以完全淬透；如果温度高于880℃或者保温时间过长，则容易出现冲击韧性不足、表面脱碳严重等弊病。所述冷却步骤在加热完成后进行，将耐磨件从加热炉中取出并在矿物油中淬火冷却至100℃及以下，随后须在4小时及以内进行下述的低温回火处理，否则耐磨件中将会产生裂纹。

（3）低温回火步骤：采用马弗炉、箱式炉等常规热处理加热炉，先将加热炉升温至180～200℃，然后将淬火后的耐磨件放入升温后的加热炉中（即到温入炉）并保温5～8小时；保温完成后，将耐磨件从加热炉中取出并风冷冷却至室温，即得到耐磨件成品。所述低温回火步骤中，如果回火温度低于180℃或者保温时间不足5小时，耐磨件中因淬火产生的残余应力难以完全去除，从而对冲击韧性造成影响；如果回火温度超过200℃，将会影响耐磨件残余应力和微观组织的可控性，并导致不同批次成品力学性能的波动；如果保温时间超过8小时，耐磨件的硬度将会明显下降并对成品的使用寿命造成不利影响。

实施例1：本实施例生产的耐磨件为液压翻转犁的犁铧尖，有效厚度为13mm，采用35MnB钢棒材锻造成形，主要服役条件为土壤低速磨损；热处理方法具体如下所述。

（1）预处理：先对犁铧尖锻件进行喷砂处理，再在犁铧尖锻件表面喷涂饱和Na₂SO₄溶液，最后用热风将犁铧尖锻件表面吹干。

（2）矿物油淬火：先将马弗炉升温至860℃，然后将经过预处理的犁铧尖锻件放入马弗炉，并保温26分钟；然后将犁铧尖锻件从炉内取出并立即浸泡在矿物油中淬火冷却至80℃；随后在3小时内进行下述的低温回火处理。

（3）低温回火：先将马弗炉升温至180℃，然后将淬火后的犁铧尖锻件放入马弗炉并保温5小时；然后将犁铧尖锻件从炉内取出并风冷冷却至室温，即得到35MnB钢犁铧尖成品。

（4）力学性能：本实施例所得35MnB钢犁铧尖的主要力学性能见表1。根据JB/T7506-1994《固定磨粒磨料磨损试验 销-砂纸盘滑动磨损法》，分别对本实施例所得35MnB钢犁铧尖和目前普遍使用的65Mn钢犁铧尖（对比例）进行了摩擦行程9m的磨料磨损试验，结果见表2。

表1：本实施例所得35MnB钢犁铧尖的主要力学性能

由表1可见，本实施例所得35MnB钢犁铧尖的表层硬度达到51HRC以上、芯部硬度达到49HRC以上、常温冲击功Akv达到28J以上。

表2：磨料磨损试验结果（磨损减重，%）

由表2可见，本实施例所得35MnB钢犁铧尖的磨损减重小于5%，而在相同的试验条件下，65Mn钢犁铧尖的磨损减重在6%以上。因此可以认为，本实施例所得35MnB钢犁铧尖的耐磨性能优于65Mn钢犁铧尖。

实施例2：本实施例耐磨件为破碎机弧形衬板，有效厚度为25mm，采用35MnB钢板锻造和切削成形，主要服役条件为铁矿石颗粒低速冲击磨损；热处理方法具体如下所述。

（1）预处理：先对锻造和切削成形后的破碎机弧形衬板进行喷砂处理，然后在破碎机弧形衬板表面喷涂饱和Na₂SO₄溶液，最后用热风将其表面吹干。

（2）矿物油淬火：先将箱式炉升温至880℃，然后将经过预处理的破碎机弧形衬板放入箱式炉，保温57.5分钟；然后将破碎机弧形衬板从炉内取出并立即浸泡在矿物油中淬火冷却至100℃；随后在4小时内进行下述的低温回火处理。

（3）低温回火：先将马弗炉升温至200℃，然后将淬火后的破碎机弧形衬板放入马弗炉并保温8小时；然后将破碎机弧形衬板从炉内取出并风冷冷却至室温，即得到35MnB钢破碎机弧形衬板成品。

（4）力学性能：本实施例所得35MnB钢破碎机弧形衬板的主要力学性能见表3。经过上机服役试验，本实施例35MnB钢破碎机弧形衬板的平均使用寿命为2个月；而在相同的服役工况下，采用Q355B钢制备的破碎机弧形衬板，平均使用寿命不到1个月。因此本实施例35MnB钢破碎机弧形衬板的耐磨性能和使用寿命，显著优于目前普遍采用的Q355B钢衬板。

表3：本实施例所得35MnB钢破碎机弧形衬板的主要力学性能

由表3可见，本实施例所得35MnB钢破碎机弧形衬板的表层硬度达到50HRC以上，芯部硬度达到48HRC以上，常温冲击功Akv达到26J以上。

实施例3：本实施例耐磨件为收获机刀片，有效厚度为19mm，采用35MnB钢棒材锻造成形，主要服役条件为农作物秸秆低速磨损；热处理方法具体如下所述。

（1）预处理：先对刀片锻件进行喷砂处理，然后对刀片锻件表面喷涂饱和Na₂SO₄溶液，最后用热风将刀片锻件表面吹干。

（2）矿物油淬火：先将箱式炉升温至870℃，然后将经过预处理的刀片锻件放入箱式炉，保温42分钟；然后将刀片锻件从炉内取出并立即浸泡在矿物油中淬火冷却至50℃；随后在1小时内进行下述的低温回火处理。

（3）低温回火：先将箱式炉升温至185℃，然后将淬火后的刀片锻件放入箱式炉并保温6小时；然后将刀片锻件从炉内取出并风冷冷却至室温，即得到35MnB钢收获机刀片成品。

本实施例35MnB钢收获机刀片的主要力学性能见表4。通过14天的田间服役试验，分别对35MnB钢收获机刀片和目前普遍使用的65Mn钢收获机刀片（对比例）的磨损减重数据进行了测量，结果见表5。

表4：本实施例所得35MnB钢收获机刀片的主要力学性能

由表4可见，本实施例所得35MnB钢收获机刀片的表层硬度达到50HRC以上，芯部硬度达到49HRC以上，常温冲击功Akv达到28J以上。

表5：收获机刀片的田间服役试验结果（磨损减重，%）

由表5可见，本实施例所得35MnB钢收获机刀片的平均磨损减重为2.3%；而在相同的服役时间和服役工况下，采用65Mn钢制备的收获机刀片，平均磨损减重为2.8%。因此本实施例所得35MnB钢收获机刀片的耐磨性能和使用寿命，均优于65Mn钢收获机刀片。

Claims (3)

1.一种适用于35MnB钢耐磨件的热处理方法，其特征在于：其包括矿物油淬火和低温回火步骤；所述矿物油淬火步骤为：所述耐磨件到温入炉并保温，加热炉温度为860～880℃，保温时间为2.0～2.3min/mm耐磨件厚度；然后将耐磨件从加热炉中取出并立即在矿物油中淬火冷却至100℃及以下；

所述低温回火步骤为：所述耐磨件到温入炉并保温，加热炉温度为180～200℃，保温时间为5～8小时；然后将耐磨件从加热炉中取出并风冷冷却，即得到所述耐磨件成品。

2.根据权利要求1所述的一种适用于35MnB钢耐磨件的热处理方法，其特征在于：所述矿物油淬火后的耐磨件在4小时及以内进行低温回火处理。

3.根据权利要求1或2所述的一种适用于35MnB钢耐磨件的热处理方法，其特征在于：还包括预处理步骤；所述预处理步骤为：先对耐磨件进行喷砂处理，再对喷砂后的耐磨件表面喷涂饱和Na₂SO₄溶液，最后将耐磨件表面吹干。