CN116904914A - 渗碳钢20Cr2Ni4奥氏体晶粒度固体渗碳工艺方法 - Google Patents

渗碳钢20Cr2Ni4奥氏体晶粒度固体渗碳工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于金属热处理技术领域,具体涉及一种渗碳钢20Cr2Ni4A奥氏体晶粒度固体渗碳工艺方法,包括:(1)对金相试样表面进行处理;(2)将金相试样放入含有渗碳剂的渗碳容器中;(3)将渗碳容器放入加热炉进行加热,随炉升温至800±10℃保温2‑3h后,继续升温至930±10℃保温6.5±0.5h,然后按照50~60℃/h的速率降温至800±10℃,最后随炉冷却至室温。本发明的渗碳钢20Cr2Ni4A奥氏体晶粒度固体渗碳工艺方法,满足了晶粒度检验标准要求,确保了钢材奥氏体晶粒度的评级判定,同时为其它类似钢种固体渗碳工艺指导了方向。

Description

渗碳钢20Cr2Ni4奥氏体晶粒度固体渗碳工艺方法
技术领域
本发明属于金属热处理技术领域,具体涉及一种渗碳钢20Cr2Ni4A奥氏体晶粒度固体渗碳工艺方法。
背景技术
按照GB/T6394-2017中规定,对渗碳钢和碳含量≤0.25%的碳素钢和合金钢,采用渗碳法来显示奥氏体晶粒度,要求经过渗碳热处理后需获得1mm以上的渗碳层,以及在过共析区形成渗碳体网,从而显示奥氏体晶粒形貌。
固体渗碳工艺方法采用的热处理工艺温度为随炉升温到930±10℃保温6h,然后随炉冷却至室温。在试验过程中发现,渗碳钢20Cr2Ni4A使用该热处理工艺方法,渗碳效果很差,渗碳层不能满足1mm以上的标准要求,且晶界上析出的渗碳体网无法清晰显示奥氏体晶粒度,因此需要开发一种新的固体渗碳工艺方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷,提供了一种渗碳钢20Cr2Ni4A奥氏体晶粒度固体渗碳工艺方法。
具体的,本发明提供的渗碳钢20Cr2Ni4A金相试样固体渗碳工艺方法,包括:
(1)对金相试样表面进行处理;
(2)将金相试样放入含有渗碳剂的渗碳容器中;
(3)将渗碳容器放入加热炉进行加热,随炉升温至800±10℃保温2-3h后,继续升温至930±10℃保温6.5±0.5h,然后按照50~60℃/h的速率降温至800±10℃,最后随炉冷却至室温。
上述的渗碳钢20Cr2Ni4A金相试样固体渗碳工艺方法,步骤(3)中,随炉升温到800℃保温2小时,升温到940℃保温6小时后以50℃/小时降温到800℃,再随炉冷却至室温。
上述的渗碳钢20Cr2Ni4A金相试样固体渗碳工艺方法,步骤(1)中,对金相试样表面进行金相磨削抛光处理。
上述的渗碳钢20Cr2Ni4A金相试样固体渗碳工艺方法,按重量百分比计,所述渗碳剂包括BaCO3:20%-30%,CaCO3:5%-10%,木炭:60%-75%。
上述的渗碳钢20Cr2Ni4A金相试样固体渗碳工艺方法,按重量百分比计,所述渗碳剂包括BaCO3:20%,CaCO3:5%,木炭:75%。
上述的渗碳钢20Cr2Ni4A金相试样固体渗碳工艺方法,所述渗碳容器采用耐热不锈钢钢管347H制作。
上述的渗碳钢20Cr2Ni4A金相试样固体渗碳工艺方法,所述渗碳容器包括排气口。
上述的渗碳钢20Cr2Ni4A金相试样固体渗碳工艺方法,所述金相试样与所述渗碳容器的外壁及所述金相试样与所述金相试样之间的间隔>30mm。
上述的渗碳钢20Cr2Ni4A金相试样固体渗碳工艺方法,所述加热炉为SRX-8-13箱式电阻炉。
本发明的技术方案具有如下的有益效果:
本发明通过试验研究了影响固体渗碳效果的因素,开发了渗碳钢20Cr2Ni4A奥氏体晶粒度固体渗碳工艺方法,满足了晶粒度检验标准要求,确保了钢材奥氏体晶粒度的评级判定,同时为其它类似钢种固体渗碳工艺指导了方向。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述,各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本发明的限制。
图1为渗碳剂A的渗碳效果图;
图2为渗碳剂B的渗碳效果图;
图3为渗碳剂C的渗碳效果图;
图4为渗碳剂D的渗碳效果图;
图5为工艺1对金相试样进行处理后的渗碳效果图;
图6为工艺2对金相试样进行处理后的渗碳效果图;
图7为工艺3对金相试样进行处理后的渗碳效果图;
图8为工艺4对金相试样进行处理后的渗碳效果图;
图9为工艺5对金相试样进行处理后的渗碳效果图;
图10为工艺6对金相试样进行处理后的渗碳效果图;
图11为工艺7对金相试样进行处理后的渗碳效果图;
图12为工艺8对金相试样进行处理后的渗碳效果图;
图13为对未抛光的金相试样进行渗碳处理后的渗碳效果图;
图14为对抛光的金相试样进行渗碳处理后的渗碳效果图。
具体实施方式
为了充分了解本发明的目的、特征及功效,通过下述具体实施方式,对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外,其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明,否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。
当本发明中公开一个数值范围时,上述范围视为连续,且包括该范围的最小值及最大值,以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地,当范围是指整数时,包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外,当提供多个范围描述特征或特征时,可以合并该范围。换言之,除非另有指明,否则本发明中所公开的所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
具体的,本发明提供的渗碳钢20Cr2Ni4A奥氏体晶粒度固体渗碳工艺方法,包括:
(1)对金相试样表面进行磨削抛光处理;
(2)将金相试样放入含有渗碳剂的渗碳容器中;
(3)将渗碳容器放入加热炉进行加热,随炉升温至800±10℃保温2-3h后,继续升温至930±10℃保温6.5±0.5h,然后按照50~60℃/h的速率降温至800±10℃,最后随炉冷却至室温。
本发明通过研究发现,升温速度对渗碳层深度无影响,升温过程进行等温可以明显提升渗碳效果,而降温过程进行等温对渗碳层影响不大。降温速度是渗碳层深度大小的重要因素之一,当降温速度太慢会导致钢材原始晶粒度长大,但降温速度太快导致渗碳层深度不足。高温下保温时间太短渗碳效果差,保温时间太长造成奥氏体晶粒度长大。结合试验结果和工作效率,本发明确定最佳渗碳热处理工艺为:随炉升温到800℃保温2小时,升温到940℃保温6小时后以50℃/小时降温到800℃,再随炉冷却至室温。
其中,本发明通过对金相试样表面进行磨削抛光处理,可以提高试样的渗碳效果。
在一些优选的实施方式中,按重量百分比计,所述渗碳剂包括BaCO3:20%-30%,CaCO3:5%-10%,木炭:60%-75%,进一步优选的,所述渗碳剂包括BaCO3:20%,CaCO3:5%,木炭:75%。
为了确保金相试样的渗碳效果需要将试样装入一种特制的有排气口渗碳容器内。根据大量试验结果验证,排气口不得太大,也不可太小,保持在0.3~0.5mm之间,必须确保有良好的间隙配合,排气口太小,会造成加热过程中由于压力过大导致爆炸的发生,排气口太大则造成渗碳工艺失效。
可选的,所述渗碳容器包括筒体和筒盖,筒盖设置在筒体的上方,筒体为上开口的圆柱形筒子,筒盖为下开口的圆柱形筒子,筒盖上开设有通气孔,筒盖内的上部中间设置有圆形凸起。
其中,由于渗碳容器长时间处于高温加热状态,为了防止变形所述渗碳容器采用耐热不锈钢钢管347H制作。
优选的,样品与渗碳容器的外壁、样品与样品之间的间隔需大于30mm,从而确保渗碳效果,
可选的,所述加热炉可以为任何形式的加热炉,优选为SRX-8-13箱式电阻炉。
实施例
下面通过实施例的方式进一步说明本发明,但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,按照常规方法和条件。
1.渗碳剂原料的选择
为了选取有良好效果的渗碳剂原料,选择4种渗碳剂组成配方进行渗碳效果试验对比,具体配方组成见表1。
表1渗碳剂配方组成
代码 渗碳剂成分及其含量
A BaCO3:5%,木炭:95%
B BaCO3:4%,Na2CO3:1%,木炭:95%
C BaCO3:20%,CaCO3:5%,木炭:75%
D BaCO3:10%,CaCO3:1%,Na2CO3:3%,木炭:86%
试样表面进行磨削后抛光处理,采用加热设备为SRX-8-13箱式电阻炉,按照标准渗碳热处理工艺:随炉升温到940℃,保温6小时后随炉冷却,采用表1中不同渗碳剂进行渗碳,渗碳效果如图1-图4所示,A、B、C、D四种渗碳剂得到的渗碳层深度分别为159μm(图1)、218μm(图2)、306μm(图3)、231μm(图4),均不能满足渗碳层达到1mm以上的标准要求。同时通过试验结果可以看出,采用C(BaCO3:20%,CaCO3:5%,木炭:75%)渗碳剂得到的渗碳层最大,渗碳效果最佳,所以选该配方作为渗碳剂原料进行渗碳热处理工艺研究。
2.制定渗碳热处理工艺试验方案
1)为了提升渗碳效果在升温或冷却过程中增加等温阶段,经过查询有关资料,渗碳钢20Cr2Ni4A的Ac3为765℃,选择等温温度为800℃。
2)为了获得满足标准要求的渗碳层对热处理渗碳工艺开展研究,对试样表面进行磨削抛光处理,采用的渗碳剂为:BaCO3:20%,CaCO3:5%,木炭:75%,渗碳工艺和相应的渗碳层析出渗碳体网的深度观察结果见表2。金相组织观察结果如图5-12所示。
表2渗碳热处理工艺及渗碳层析出渗碳体网的深度
经过上表8种工艺渗碳处理后,对处理后的样品进行抛光腐蚀,渗碳层观察结果见图5-12。结合表2和图5-12可以得出以下结论:(1)升温速度对渗碳层深度无影响。(2)升温过程进行等温可以明显提升渗碳效果,降温过程进行等温对渗碳层影响不大。(3)降温速度是渗碳层深度大小的重要因素之一,降温速度太慢(<50℃/小时)会导致钢材原始晶粒度长大,但降温速度太快导致渗碳层深度不足。(4)结合试验结果和工作效率,可以得出表2中的工艺7为最佳渗碳热处理工艺,得到的渗碳层满足标准要求。
3.渗碳试样表面状态对渗碳效果的影响
对机加工磨床磨光和金相磨制抛光两种表面金相试样进行渗碳热处理,采用的渗碳剂为:BaCO3:20%,CaCO3:5%,木炭:75%,处理工艺为:随炉升温到800℃保温2小时后,升温到940℃保温6小时后以50℃/小时降温到800℃,再随炉冷却至室温。对处理后的样品进行抛光腐蚀,处理后的样品金相组织观察如图13和图14所示,由图可以看出金相抛光试样的渗碳效果更优。
本发明在上文中已以优选实施例公开,但是本领域的技术人员应理解的是,这些实施例仅用于描绘本发明,而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是,凡是与这些实施例等效的变化与置换,均应视为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此,本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种渗碳钢20Cr2Ni4A金相试样固体渗碳工艺方法,其特征在于,包括:
(1)对金相试样表面进行处理;
(2)将金相试样放入含有渗碳剂的渗碳容器中;
(3)将渗碳容器放入加热炉进行加热,随炉升温至800±10℃保温2-3h后,继续升温至930±10℃保温6.5±0.5h,然后按照50~60℃/h的速率降温至800±10℃,最后随炉冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的渗碳钢20Cr2Ni4A金相试样固体渗碳工艺方法,其特征在于,步骤(3)中,随炉升温到800℃保温2小时,升温到940℃保温6小时后以50℃/小时降温到800℃,再随炉冷却至室温。
3.根据权利要求1所述的渗碳钢20Cr2Ni4A金相试样固体渗碳工艺方法,其特征在于,步骤(1)中,对金相试样表面进行金相磨削抛光处理。
4.根据权利要求1所述的渗碳钢20Cr2Ni4A金相试样固体渗碳工艺方法,其特征在于,按重量百分比计,所述渗碳剂包括BaCO3:20%-30%,CaCO3:5%-10%,木炭:60%-75%。
5.根据权利要求4所述的渗碳钢20Cr2Ni4A金相试样固体渗碳工艺方法,其特征在于,按重量百分比计,所述渗碳剂包括BaCO3:20%,CaCO3:5%,木炭:75%。
6.根据权利要求1所述的渗碳钢20Cr2Ni4A金相试样固体渗碳工艺方法,其特征在于,所述渗碳容器采用耐热不锈钢钢管347H制作。
7.根据权利要求1所述的渗碳钢20Cr2Ni4A金相试样固体渗碳工艺方法,其特征在于,所述渗碳容器包括排气口。
8.根据权利要求1所述的渗碳钢20Cr2Ni4A金相试样固体渗碳工艺方法,其特征在于,所述金相试样与所述渗碳容器的外壁及所述金相试样与所述金相试样之间的间隔>30mm。
9.根据权利要求1所述的渗碳钢20Cr2Ni4A金相试样固体渗碳工艺方法,其特征在于,所述加热炉为SRX-8-13箱式电阻炉。
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