CN116855879A - 一种高耐磨性渗碳钎具的热处理工艺控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种高耐磨性渗碳钎具的热处理工艺控制方法，属于钢材生产技术领域，本申请要解决的技术问题是现有技术中钎具由于磨损失效而导致寿命降低的问题，本申请解决上述技术问题所提供的技术方案是：通过渗碳工艺保证表面组织为回火马氏体组织镶嵌细小弥散的球状碳化物，以保证足够的硬度提高钎具耐磨性，同时采用淬回火工艺，抑制表面脱碳造成的硬度降低现象，基体为强韧性良好的贝氏体组织，从而实现钎具产品凿岩过程中耐磨性良好，不易发生断裂，凿岩寿命大幅提高的效果。
Description
技术领域
本申请涉及钢材生产技术领域，尤其涉及一种高耐磨性渗碳钎具的热处理工艺控制方法。
背景技术
钎具广泛应用于各种矿产资源的开采以及铁路、公路、水利、水电、核电等各类采掘施工中，在实际工作中不仅要承受拉、压、弯、扭的高频剧烈冲击，还要承受与岩石摩擦的磨损和高压水冲刷的腐蚀，使用条件非常苛刻。在行业研究中，往往更为关注钎具的疲劳断裂失效，忽略了钎具的磨损失效，而在实际使用中，磨损失效往往决定了一套钎具产品的凿岩寿命。
发明内容
本申请提供了一种高耐磨性渗碳钎具的热处理工艺控制方法，以解决现有技术中钎具由于磨损失效而导致寿命降低的技术问题。
第一方面，本申请提供了一种高耐磨性渗碳钎具的热处理工艺控制方法，所述方法包括：
在第一设定渗碳温度﹑第一设定渗碳碳势以及第一设定渗碳时间下，对工件进行第一渗碳；
在第二设定渗碳碳势和第二设定渗碳时间下，对第一渗碳后的所述工件进行第二渗碳；
在第一设定冷却速度下，对第二渗碳后的所述工件进行第一冷却，至第一设定温度；
在第二设定冷却速度下，对冷却至第一设定温度的工件进行第二冷却，至室温；
在设定回火温度下，对第二冷却后的所述工件进行回火；
得到渗碳钎具。
可选的，所述第一设定渗碳温度取值为920℃-950℃，和/或
所述第一设定渗碳碳势取值为1.1％-1.3％，和/或
所述第一设定渗碳时间取值为300min-420min。
可选的，所述第二设定渗碳碳势取值为0.8％-1.0％，和/或
所述第二设定渗碳时间取值为120min-150min。
可选的，所述第一设定冷却速度取值大于0.4℃/s，所述第一设定温度取值为400℃-450℃。
可选的，所述第二设定冷却速度取值小于0.25℃/s。
可选的，所述设定回火温度取值为200℃-250℃。
可选的，所述渗碳钎具的表面金相组织为回火马氏体组织，心部组织为贝氏体组织。
可选的，所述表面金相组织中包含球状碳化物。
可选的，所述渗碳钎具的表面碳含量大于0.6％。
可选的，所述渗碳钎具的渗碳层厚度大于1.0mm。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本申请实施例提供的该方法，在提高钎具产品的表面耐磨性方面进行热处理工艺改进，通过高温渗碳工艺控制钎具表面足够的硬度，同时渗碳层组织控制为回火马氏体组织镶嵌细小弥散的球状碳化物，较高的硬度抑制了切削磨损对钢材表面的破坏，而基体中分布细小弥散碳化物对耐磨性有利。同时在淬火工艺过程中，高温段采用高冷速风冷，降低钢材在空气中的暴露时间，减少了钎具表面脱碳，保证了钎具渗碳层的硬度不会脱碳降低，基体组织控制为韧性良好的贝氏体组织，达到了表面高硬度、心部高韧性的良好的强韧性匹配效果，有效解决了现有技术中钎具产品耐磨性不足而导致寿命降低的技术问题。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种高耐磨性渗碳钎具的热处理工艺控制方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另有特别说明，本申请中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”具体为附图中的图面方向。另外，在本申请说明书的描述中，术语“包括”“包括”等是指“包括但不限于”。
在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本文中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a、b、或c中的至少一项(个)”，或，“a、b、和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a、b、c、a-b(即a和b)、a-c、b-c、或a-b-c，其中a、b、c分别可以是单个，也可以是多个。
本申请实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，提供的整体思路如下：
第一方面，本申请提供了一种高耐磨性渗碳钎具的热处理工艺控制方法，所述方法包括：
在第一设定渗碳温度﹑第一设定渗碳碳势以及第一设定渗碳时间下，对工件进行第一渗碳；
在第二设定渗碳碳势和第二设定渗碳时间下，对第一渗碳后的所述工件进行第二渗碳；
在第一设定冷却速度下，对第二渗碳后的所述工件进行第一冷却，至第一设定温度；
在第二设定冷却速度下，对冷却至第一设定温度的工件进行第二冷却，至室温；
在设定回火温度下，对第二冷却后的所述工件进行回火；
得到渗碳钎具。
在本实施例中，工件是指渗碳钎具在渗碳前的名称，渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。渗碳工件的材料一般为低碳钢或低碳合金钢(含碳量小于0.25％)。渗碳后，钢件表面的化学成分可接近高碳钢。工件渗碳后还要经过淬火，以得到高的表面硬度、高的耐磨性和疲劳强度，并保持心部有低碳钢淬火后的强韧性，使工件能承受冲击载荷。本申请的方法主要针对低碳渗碳钎具用钢，其代表钢种为23CrNi3Mo，其它类似低碳钎具用钢也可适用。此外，本申请的室温是指10℃～35℃区间内的温度。
在一些实施例中，所述第一设定渗碳温度取值为920℃-950℃，和/或
所述第一设定渗碳碳势取值为1.1％-1.3％，和/或
所述第一设定渗碳时间取值为300min-420min。
在本实施例中，控制渗碳温度、碳势及渗碳时间的原因在于：渗碳温度、渗碳碳势及渗碳时间上需要综合考虑。渗碳温度提高，可加快渗碳速度、缩短生产周期。但过高的温度会影响奥氏体钢的晶粒粗大，增加零件变形，渗层中的残余奥氏体较多，一般钢种在950℃以上晶粒长大速度较快，因此将渗碳温度设定为920℃-950℃。渗碳时间主要取决于要求获得的渗碳层深度，渗碳时间短，渗层厚度达不到要求；渗碳时间过长，渗层变厚，而且易于导致晶粒粗大。由于不同钎具产品对渗碳层要求不一致，渗碳时间可以按工艺要求进行调整。若渗碳碳势太大，分解的活性碳原子来不及被吸附，将形成碳黑沉积在工件表面上，或被吸附后来不及扩散，使渗层表面碳浓度太高，造成表面有网状渗碳体和残余奥氏体增多；碳势太小，表面浓度小，渗碳速度低，影响渗碳质量和生产效率。为保证表面渗层足够的硬度值，设定碳势为1.1％-1.3％。
在一些实施例中，所述第二设定渗碳碳势取值为0.8％-1.0％，和/或
所述第二设定渗碳时间取值为120min-150min。
在本实施例中，渗碳工艺后期调整渗碳碳势为0.8-1.0％及第二设定渗碳时间取值为120min-150min是为保证渗碳层平缓过渡。
在一些实施例中，所述第一设定冷却速度取值大于0.4℃/s，所述第一设定温度取值为400℃-450℃。
在本实施例中，控制淬火风冷冷速的原因在于：在淬火过程前期温度较高，由于钎具表面暴露在空气中易于发生表面脱碳，造成表面硬度降低的现象发生，影响钎具表面耐磨性，因此冷却速度取值需要大于0.4℃/s；第一设定温度取值为400℃-450℃的原因是：350℃-450℃为23CrNi3Mo钢种的贝氏体转变区间，此区间需要降低风冷冷速保证有足够的贝氏体转变时间。
在一些实施例中，所述第二设定冷却速度取值小于0.25℃/s。
在本实施例中，冷速大于0.25℃/s，有可能基体在贝氏体组织转变过程中不完全，产生贝氏体+马氏体组织，降低了基体韧性，因此，设定冷却速度取值小于0.25℃/s，以保证足够的贝氏体转变时间，防止基体马氏体组织的形成，提高基体韧性。
在一些实施例中，所述设定回火温度取值为200℃-250℃。
在本实施例中，设定回火温度取值为200℃-250℃，具体的可以为200℃﹑201℃﹑202℃﹑203℃﹑204℃﹑205℃﹑206℃﹑207℃﹑208℃﹑209℃﹑210℃﹑211℃﹑212℃﹑213℃﹑214℃﹑215℃﹑216℃﹑217℃﹑218℃﹑219℃﹑220℃﹑221℃﹑222℃﹑223℃﹑224℃﹑225℃﹑226℃﹑227℃﹑228℃﹑229℃﹑230℃﹑231℃﹑232℃﹑233℃﹑234℃﹑235℃﹑236℃﹑237℃﹑238℃﹑239℃﹑240℃﹑241℃﹑242℃﹑243℃﹑244℃﹑245℃﹑246℃﹑247℃﹑248℃﹑249℃﹑250℃，钎具钢在淬火后低温回火是一种常规控制工艺，目的是不降低零件硬度，消除淬火应力，避免变形、开裂，保持使用过程中的尺寸稳定。
在一些实施例中，所述渗碳钎具的表面金相组织为回火马氏体组织，心部组织为贝氏体组织。
在本实施例中，表面是马氏体、心部为贝氏体组织，可以保证表面具有较高的硬度、心部有较好的韧性，使心表强韧性匹配良好，有利于钎具凿岩寿命的提高。碳化物形态的改善，可进一步提高零件的耐磨性，当碳化物呈球状、均匀分布时，其表面耐磨性优于颗粒状碳化物，更优于网状碳化物。
在一些实施例中，所述表面金相组织中包含球状碳化物。
在一些实施例中，所述渗碳钎具的表面碳含量大于0.6％。
在本实施例中，渗碳钎具的表面碳含量大于0.6％，目地是保证钎具表面为马氏体组织，达到足够的硬度，提高钎具表面耐磨性。
在一些实施例中，所述渗碳钎具的渗碳层厚度大于1.0mm。
在本实施例中，渗碳钎具的渗碳层厚度大于1.0mm，目地是保证钎具表面为马氏体组织，达到足够的硬度，提高钎具表面耐磨性。
下面结合具体的实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。
实施例1：
采用中空钢轧制的23CrNi3Mo钢种制作钎具产品，前期加工后进行如下热处理控制：
钎具采用井式炉气体渗碳，渗碳剂为丙烷，渗碳过程分两段进行，渗碳工艺在高温段的渗碳温度为930℃，渗碳碳势为1.2％，渗碳时间为330min。扩散期的渗碳碳势调整为0.8％，渗碳时间为120min。
将经渗碳完成后的钎具在860℃淬火，先采用强风冷冷却到400-450℃，然后降低风冷冷却速度直至室温。
然后进行低温回火工艺，回火温度220℃，回火时间2.5h。
经实物检测分析，渗碳钎具表面硬度60HRC，渗碳深度1.1mm，表面组织为回火马氏体，无大颗粒网状碳化物，基体为贝氏体组织，V型冲击功60J，表面耐磨性良好，用户凿岩使用凿岩寿命达到1400m以上。
实施例2：
采用中空钢轧制的23CrNi3Mo钢种制作钎具产品，前期加工后进行如下热处理控制：
(1)钎具采用井式炉气体渗碳，渗碳剂为丙烷，渗碳过程分两段进行，渗碳工艺在高温段的渗碳温度为920℃，渗碳碳势为1.1％，渗碳时间为300min。扩散期的渗碳碳势调整为0.8％，渗碳时间为120min。
(2)将经渗碳完成后的钎具在860℃淬火，先采用强风冷冷却到400-450℃，然后降低风冷冷却速度直至室温。
(3)然后进行低温回火工艺，回火温度230℃，回火时间2.5h。
(4)经实物检测分析，渗碳钎具表面硬度58HRC，渗碳深度1.05mm，表面组织为回火马氏体，无大颗粒网状碳化物，基体为贝氏体组织，V型冲击功66J，表面耐磨性良好，用户凿岩使用凿岩寿命达到1400m以上。
对比例1
采用中空钢轧制的23CrNi3Mo钢种制作钎具产品，前期加工后进行如下热处理控制：
(1)钎具采用井式炉气体渗碳，渗碳剂为丙烷，渗碳过程分两段进行，渗碳工艺在高温段的渗碳温度为920℃，渗碳碳势为1.1％，渗碳时间为450min。扩散期的渗碳碳势调整为0.7％，渗碳时间为120min。
(2)将经渗碳完成后的钎具在860℃淬火，先采用弱风冷却，然后增加风量冷却到室温，冷速达0.5℃/s以上。
(3)然后进行低温回火工艺，回火温度230℃，回火时间2.5h。
(4)经实物检测分析，渗碳钎具表面硬度56HRC，渗碳深度1.0mm，表面组织为回火马氏体+少量大颗粒碳化物，基体为贝氏体+少量马氏体组织，V型冲击功38J，凿岩过程中杆体易于疲劳断裂，凿岩寿命在500-1200m之间，表面耐磨性差。
综上所述，与现有技术相比，本发明主要在提高钎具产品的表面耐磨性方面进行热处理工艺改进，在相关文献研究中较少见到。通过高温渗碳工艺控制钎具表面足够的硬度，同时渗碳层组织控制为回火马氏体组织镶嵌细小弥散的球状碳化物。较高的硬度可以抑制切削磨损对钢材表面的破坏，而基体中分布细小弥散碳化物对耐磨性有利，因为在硬基体中分布大块未溶碳化物，在高应力较大冲击下碳化物作为裂纹源易于引起脆性断裂剥落，对耐磨性不利。同时在淬火工艺过程中，高温段采用高冷速风冷，降低钢材在空气中的暴露时间，减少了钎具表面脱碳，保证了钎具渗碳层的硬度不会脱碳降低。基体组织控制为韧性良好的贝氏体组织，达到了表面高硬度、心部高韧性的良好的强韧性匹配效果。
本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”具体为附图中的图面方向。另外，在本申请说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。
在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本文中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种高耐磨性渗碳钎具的热处理工艺控制方法，其特征在于，所述方法包括：
在第一设定渗碳温度﹑第一设定渗碳碳势以及第一设定渗碳时间下，对工件进行第一渗碳；
在第二设定渗碳碳势和第二设定渗碳时间下，对第一渗碳后的所述工件进行第二渗碳；
在第一设定冷却速度下，对第二渗碳后的所述工件进行第一冷却，至第一设定温度；
在第二设定冷却速度下，对冷却至第一设定温度的工件进行第二冷却，至室温；
在设定回火温度下，对第二冷却后的所述工件进行回火；
得到渗碳钎具。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一设定渗碳温度取值为920℃-950℃，和/或
所述第一设定渗碳碳势取值为1.1％-1.3％，和/或
所述第一设定渗碳时间取值为300min-420min。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二设定渗碳碳势取值为0.8％-1.0％，和/或
所述第二设定渗碳时间取值为120min-150min。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一设定冷却速度取值大于0.4℃/s，所述第一设定温度取值为400℃-450℃。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二设定冷却速度取值小于0.25℃/s。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设定回火温度取值为200℃-250℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述渗碳钎具的表面金相组织为回火马氏体组织，心部组织为贝氏体组织。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述表面金相组织中包含球状碳化物。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述渗碳钎具的表面碳含量大于0.6％。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述渗碳钎具的渗碳层厚度大于1.0mm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310758825.9A CN116855879A (zh) | 2023-06-26 | 2023-06-26 | 一种高耐磨性渗碳钎具的热处理工艺控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310758825.9A CN116855879A (zh) | 2023-06-26 | 2023-06-26 | 一种高耐磨性渗碳钎具的热处理工艺控制方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116855879A true CN116855879A (zh) | 2023-10-10 |
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ID=88222596
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310758825.9A Pending CN116855879A (zh) | 2023-06-26 | 2023-06-26 | 一种高耐磨性渗碳钎具的热处理工艺控制方法 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN116855879A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117448833A (zh) * | 2023-10-26 | 2024-01-26 | 徐州巴特工程机械股份有限公司 | 一种液压破碎锤用20Cr2Ni4活塞的渗碳淬火强化工艺 |
-
2023
- 2023-06-26 CN CN202310758825.9A patent/CN116855879A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN117448833A (zh) * | 2023-10-26 | 2024-01-26 | 徐州巴特工程机械股份有限公司 | 一种液压破碎锤用20Cr2Ni4活塞的渗碳淬火强化工艺 |
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