CN116397192A - 一种获得低残余奥氏体高淬透性钢零件的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高淬透性钢零件的渗碳方法，具体涉及一种获得低残余奥氏体高淬透性钢零件的热处理方法，用于解决深冷处理不适于批量生产，并且存在零件开裂的风险，以及渗碳正火+二次加热淬火耗费电能、工艺较为复杂的不足之处。该获得低残余奥氏体高淬透性钢零件的热处理方法中，第四阶段的碳势采用了0.45％，并且在第五阶段降温时仍维持碳势不变，最后淬火前的第六阶段将碳势升高至0.60～0.70％，以避免零件因表面碳势低造成脱碳，使得17NiCrMo6‑4、20MnCr5HHA等高淬透性钢零件经过一次加热淬火也能将残余奥氏体体积百分比维持在≤15％。
Description
技术领域
本发明涉及高淬透性钢零件的渗碳方法，具体涉及一种获得低残余奥氏体高淬透性钢零件的热处理方法。
背景技术
高淬透性钢指的是17NiCrMo6-4、20MnCr5HHA等含有较多合金元素的低碳合金钢，由其制作的零件在渗碳淬火+低温回火后易出现粗大的金相组织。对于低碳合金钢零件，残余奥氏体越少，零件越耐磨，尺寸越稳定。根据热处理的技术要求，残余奥氏体大致可以评为7个等级：按照残余奥氏体体积百分比(近似马氏体大小)由少到多依次为10％-A、15％-B、20％-C、25％-D、30％-E、35％-F、40％-G。一般对于经过渗碳淬火+低温回火后的低碳合金钢零件的金相组织≤E级，残余奥氏体体积百分比≤30％则判定为合格。
为稳定获得残余奥氏体体积百分比≤15％的高淬透性钢零件，通常采用深冷处理，或渗碳正火+二次加热淬火工艺。
中国专利CN103993154A公开了一种合金钢齿轮的热处理方法，是将材料为17NiCrMo6-4、20MnCr5HHA合金钢齿轮采用碳氮共渗在可控气氛条件下进行热处理，包括碳氮共渗、淬火、回火工艺，其是将合金钢齿轮经清洗烘干后，置于可控气氛装置中按如下方法处理：1)排气加热升温，2)强渗处理，3)扩散阶段，4)降温处理，5)均温处理，6)油淬处理，7)回火加热处理，8)最后空冷至室温，得到产品。该热处理方法属于深冷处理，是将渗碳淬火后的零件放置液氮中，低温使得残余奥氏体进一步转变成马氏体，然后再进行低温回火，但深冷处理不适于批量生产，并且深冷处理存在零件开裂的风险。此外，渗碳正火+二次加热淬火有细化晶粒作用，但是二次加热淬火过于耗费电能，并且需要调用两次工艺，工艺较为复杂。
发明内容
本发明的目的是解决深冷处理不适于批量生产，并且存在零件开裂的风险，以及渗碳正火+二次加热淬火耗费电能、工艺较为复杂的不足之处，而提供一种获得低残余奥氏体高淬透性钢零件的热处理方法。
为了解决上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供了如下技术解决方案：
一种获得低残余奥氏体高淬透性钢零件的热处理方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：
步骤1、将待处理零件清洗干净后，平放或挂放在耐热钢工装上；
步骤2、设置渗碳设备的工艺参数，将待处理零件及耐热钢工装放入渗碳设备内进行淬火；
步骤2.1、渗碳工艺起始时，温度为915～935℃，碳势为0.60～0.70％；
步骤2.2、进行第一阶段，耗时10～30分钟，温度不变，碳势上升至0.95～1.05％；
步骤2.3、进行第二阶段，耗时270～290分钟，温度、碳势不变；
步骤2.4、进行第三阶段，耗时20～40分钟，温度下降至5～10℃，碳势下降至0.45％；
步骤2.5、进行第四阶段，耗时230～250分钟，温度、碳势不变；
步骤2.6、进行第五阶段，耗时50～70分钟，温度下降至860～880℃，碳势不变；
步骤2.7、进行第六阶段，耗时10～30分钟，温度下降至820～840℃，碳势上升至0.60～0.70％；
步骤2.8、进行第七阶段，耗时50～70分钟，温度、碳势不变；
步骤3、对零件进行淬火，淬火后采用清洗机清洗零件上的淬火油；
步骤4、清洗完成后对零件进行低温回火，温度为155～175℃，耗时170～190分钟；
步骤5、回火完成后，将零件放置在室温环境下自然冷却。
进一步地，所述步骤2.2具体为：
步骤2.2.1、将碳势上升至0.85～0.94％；
步骤2.2.2、将碳势上升至0.95～1.05％；
步骤2.2.1与步骤2.2.2的时间相等；
目的在于避免因渗碳剂量过大，造成碳黑增多。
进一步地，所述步骤2具体为：
步骤2.1、起始时，温度为925℃，碳势为0.65％；
步骤2.2、进行第一阶段，耗时20分钟，温度不变，碳势上升至1.00％；
步骤2.3、进行第二阶段，耗时280分钟，温度、碳势不变；
步骤2.4、进行第三阶段，耗时30分钟，温度下降至920℃，碳势下降至0.45％；
步骤2.5、进行第四阶段，耗时240分钟，温度、碳势不变；
步骤2.6、进行第五阶段，耗时60分钟，温度下降至870℃，碳势不变；
步骤2.7、进行第六阶段，耗时20分钟，温度下降至830℃，碳势上升至0.65％；
步骤2.8、进行第七阶段，耗时60分钟，温度、碳势不变。
进一步地，步骤4、清洗完成后对零件进行低温回火，温度为165℃，耗时180分钟。
进一步地，步骤2中，所述渗碳设备为箱式多用炉，所使用的辅料为氮气、甲醇，渗碳剂为丙酮。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明一种获得低残余奥氏体高淬透性钢零件的热处理方法中，第四阶段(高温扩散阶段)的碳势采用了0.45％，并且在第五阶段降温时仍维持碳势不变，最后淬火前的第六阶段将碳势升高至0.60～0.70％，以避免零件因表面碳势低造成脱碳，使得17NiCrMo6-4、20MnCr5HHA等高淬透性钢零件经过一次加热淬火也能将残余奥氏体体积百分比维持在≤15％。
附图说明
图1为本发明一种获得低残余奥氏体高淬透性钢零件的热处理方法实施例一获得的零件的金相组织放大图。
具体实施方式
下面结合附图和示例性实施例对本发明作进一步地说明。
实施例一
一种获得低残余奥氏体高淬透性钢零件的热处理方法，包括如下步骤：
步骤1、将待处理零件清洗干净后，平放或挂放在耐热钢工装上；
步骤2、设置渗碳设备的工艺参数，将待处理零件及耐热钢工装放入渗碳设备内进行淬火；所述渗碳设备为箱式多用炉，所使用的辅料为氮气、甲醇，渗碳剂为丙酮；
步骤2.1、起始时，温度为925℃，碳势为0.65％；
步骤2.2、进行第一阶段，耗时20分钟，温度不变；
步骤2.2.1、将碳势上升至0.90％，耗时10分钟；
步骤2.2.2、将碳势上升至1.00％，耗时10分钟；
步骤2.3、进行第二阶段，耗时280分钟，温度、碳势不变；
步骤2.4、进行第三阶段，耗时30分钟，温度下降至920℃，碳势下降至0.45％；
步骤2.5、进行第四阶段，耗时240分钟，温度、碳势不变；
步骤2.6、进行第五阶段，耗时60分钟，温度下降至870℃，碳势不变；
步骤2.7、进行第六阶段，耗时20分钟，温度下降至830℃，碳势上升至0.65％；
步骤2.8、进行第七阶段，耗时60分钟，温度、碳势不变；
步骤3、对零件进行淬火，淬火后采用清洗机清洗零件上的淬火油；
步骤4、清洗完成后对零件进行低温回火，温度为165℃，耗时180分钟；
步骤5、回火完成后，将零件放置在室温环境下自然冷却。
本实施例中，待处理零件为齿轮。
将本实施例步骤5获得的零件进行剖切，齿廓位置的金相组织500倍放大后如图1所示，检测齿廓位置的金相组织中残余奥氏体体积百分比约10％，其他热处理指标如层深、表面硬度等也都符合技术要求。
实施例二
一种获得低残余奥氏体高淬透性钢零件的热处理方法，包括如下步骤：
步骤1、将待处理零件清洗干净后，平放或挂放在耐热钢工装上；
步骤2、设置渗碳设备的工艺参数，将待处理零件及耐热钢工装放入渗碳设备内进行淬火；
步骤2.1、起始时，温度为915℃，碳势为0.60％；
步骤2.2、进行第一阶段，耗时10分钟，温度不变；
步骤2.2.1、将碳势上升至0.85％，耗时5分钟；
步骤2.2.2、将碳势上升至0.95％，耗时5分钟；
步骤2.3、进行第二阶段，耗时270分钟，温度、碳势不变；
步骤2.4、进行第三阶段，耗时20分钟，温度下降至910℃，碳势下降至0.45％；
步骤2.5、进行第四阶段，耗时230分钟，温度、碳势不变；
步骤2.6、进行第五阶段，耗时50分钟，温度下降至860℃，碳势不变；
步骤2.7、进行第六阶段，耗时10分钟，温度下降至820℃，碳势上升至0.60％；
步骤2.8、进行第七阶段，耗时50分钟，温度、碳势不变；
步骤3、对零件进行淬火，淬火后采用清洗机清洗零件上的淬火油；
步骤4、清洗完成后对零件进行低温回火，温度为155℃，耗时170分钟；
步骤5、回火完成后，将零件放置在室温环境下自然冷却。
将本实施例步骤5获得的零件进行剖切，检测齿廓位置的金相组织中残余奥氏体体积百分比不大于15％。
实施例三
一种获得低残余奥氏体高淬透性钢零件的热处理方法，包括如下步骤：
步骤1、将待处理零件清洗干净后，平放或挂放在耐热钢工装上；
步骤2、设置渗碳设备的工艺参数，将待处理零件及耐热钢工装放入渗碳设备内进行淬火；
步骤2.1、起始时，温度为935℃，碳势为0.70％；
步骤2.2、进行第一阶段，耗时30分钟，温度不变；
步骤2.2.1、将碳势上升至0.94％，耗时15分钟；
步骤2.2.2、将碳势上升至1.05％，耗时15分钟；
步骤2.3、进行第二阶段，耗时290分钟，温度、碳势不变；
步骤2.4、进行第三阶段，耗时40分钟，温度下降至925℃，碳势下降至0.45％；
步骤2.5、进行第四阶段，耗时250分钟，温度、碳势不变；
步骤2.6、进行第五阶段，耗时70分钟，温度下降至880℃，碳势不变；
步骤2.7、进行第六阶段，耗时30分钟，温度下降至840℃，碳势上升至0.70％；
步骤2.8、进行第七阶段，耗时70分钟，温度、碳势不变；
步骤3、对零件进行淬火，淬火后采用清洗机清洗零件上的淬火油；
步骤4、清洗完成后对零件进行低温回火，温度为175℃，耗时190分钟；
步骤5、回火完成后，将零件放置在室温环境下自然冷却。
将本实施例步骤5获得的零件进行剖切，检测齿廓位置的金相组织中残余奥氏体体积百分比不大于15％。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。
Claims (5)
1.一种获得低残余奥氏体高淬透性钢零件的热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、将待处理零件清洗干净后，平放或挂放在耐热钢工装上；
步骤2、设置渗碳设备的工艺参数，将待处理零件及耐热钢工装放入渗碳设备内进行淬火；
步骤2.1、渗碳工艺起始时，温度为915～935℃，碳势为0.60～0.70％；
步骤2.2、进行第一阶段，耗时10～30分钟，温度不变，碳势上升至0.95～1.05％；
步骤2.3、进行第二阶段，耗时270～290分钟，温度、碳势不变；
步骤2.4、进行第三阶段，耗时20～40分钟，温度下降至5～10℃，碳势下降至0.45％；
步骤2.5、进行第四阶段，耗时230～250分钟，温度、碳势不变；
步骤2.6、进行第五阶段，耗时50～70分钟，温度下降至860～880℃，碳势不变；
步骤2.7、进行第六阶段，耗时10～30分钟，温度下降至820～840℃，碳势上升至0.60～0.70％；
步骤2.8、进行第七阶段，耗时50～70分钟，温度、碳势不变；
步骤3、对零件进行淬火，淬火后采用清洗机清洗零件上的淬火油；
步骤4、清洗完成后对零件进行低温回火，温度为155～175℃，耗时170～190分钟；
步骤5、回火完成后，将零件放置在室温环境下自然冷却。
2.根据权利要求1所述的一种获得低残余奥氏体高淬透性钢零件的热处理方法，其特征在于，所述步骤2.2具体为：
步骤2.2.1、将碳势上升至0.85～0.94％；
步骤2.2.2、将碳势上升至0.95～1.05％；
步骤2.2.1与步骤2.2.2的时间相等。
3.根据权利要求1或2所述的一种获得低残余奥氏体高淬透性钢零件的热处理方法，其特征在于，所述步骤2具体为：
步骤2.1、起始时，温度为925℃，碳势为0.65％；
步骤2.2、进行第一阶段，耗时20分钟，温度不变，碳势上升至1.00％；
步骤2.3、进行第二阶段，耗时280分钟，温度、碳势不变；
步骤2.4、进行第三阶段，耗时30分钟，温度下降至920℃，碳势下降至0.45％；
步骤2.5、进行第四阶段，耗时240分钟，温度、碳势不变；
步骤2.6、进行第五阶段，耗时60分钟，温度下降至870℃，碳势不变；
步骤2.7、进行第六阶段，耗时20分钟，温度下降至830℃，碳势上升至0.65％；
步骤2.8、进行第七阶段，耗时60分钟，温度、碳势不变。
4.根据权利要求3所述的一种获得低残余奥氏体高淬透性钢零件的热处理方法，其特征在于：步骤4、清洗完成后对零件进行低温回火，温度为165℃，耗时180分钟。
5.根据权利要求4所述的一种获得低残余奥氏体高淬透性钢零件的热处理方法，其特征在于：步骤2中，所述渗碳设备为箱式多用炉，所使用的辅料为氮气、甲醇，渗碳剂为丙酮。
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