CN117187504A - 一种提升钢热疲劳性能的热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
一种提升钢热疲劳性能的热处理工艺，属于材料热处理工艺技术领域。选用实验的样品其化学成分按重量百分比计如下：C：0.32％～0.45％，Si：0.80％～1.20％，Mn：0.20％～0.50％，Cr：4.75％～5.50，Mo：1.10％～1.75％，V：0.80％～1.20％，P≤0.03％，S≤0.03％，余量为铁和其他不可避免杂质元素。对金属热处理的工艺进行了改进，有效提高合金的强度和硬度，成本低，工艺简单，具有较好实用价值。
Description
技术领域
一种提升钢热疲劳性能的热处理工艺，属于材料热处理工艺技术领域。
背景技术
金属材料长期受交变应力的作用，在最大应力远低于材料的强度极限时就会发生断裂，这种现象就是金属材料的疲劳破坏。热疲劳是指金属在交变热应力的反复作用下最终产生裂纹或破坏的现象。
在材料加工领域，部分用于模具、承载器件等的金属材料长期处于一个严苛的工作环境，比如热挤压模、压铸模、热锻模等领域，材料部件在服役过程中长期处于高温、高强度弯折等工作环境，这些环境对金属材料的变化影响十分巨大，因此，对于这些使用环境，对金属材料针对这些特殊环境的适应能力提升研究尤为重要。
发明内容
本发明提供一种提升钢热疲劳性能的热处理工艺，通过热处理工艺上的改进，可有效提高合金的强度和硬度，成本低，工艺简单，具有较好实用价值。
本发明采用的技术方案是：一种提升钢热疲劳性能的热处理工艺，选用实验的样品其化学成分按重量百分比计如下：C：0.32％～0.45％，Si：0.80％～1.20％，Mn：0.20％～0.50％，Cr：4.75％～5.50，Mo：1.10％～1.75％，V：0.80％～1.20％，P≤0.03％，S≤0.03％，余量为铁和其他不可避免杂质元素，还包括以下步骤：
步骤一、合金表面处理，使用清水将表面清洗干净，再酸洗掉表面的氧化膜；
步骤二、样品固溶，将准备好的热作模具钢置于箱式电阻炉内，进行高温固溶，让其合金元素充分溶解及大部分碳化物溶解，使合金元素溶解在晶格中，淬火来固定合金元素的分布，消除合金材料中的析出相及偏析，使合金元素分布更均匀，提高合金材料的强度和塑性；
步骤二、样品淬冷，经过步骤二固溶之后的样品，在淬冷介质中冷却至80～140℃；
步骤三、样品保温处理，将上述步骤处理好的样品放在保温箱中，以10～20℃/min的速率随炉升温至720～800℃保温40～60分钟；
步骤四、经过保温的样品，空冷至40～80℃；
步骤五、将样品再次置于箱式电阻炉中，逐步升温至1040～1120℃，在达到最大温度下，保温2h；
步骤五、经过加温之后的样品，在淬冷介质中冷却至80～140℃；
步骤六、冷却后的样品，进行预回火处理；
步骤七、对样品再进行回火处理。
进一步的，淬冷介质为聚丙烯酰胺淬火液，其浓度为10.5％-12.5％。
进一步的，空冷时导入惰性气体，优选为氮气。
进一步的，步骤一中酸洗的溶剂为：硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、氢氟酸或他们的混合酸。
进一步的，预回火具体工艺是：以20～30℃/min的速率升温至420～480℃，保温时间40～60分钟。
进一步的，回火处理的具体工艺是：升温至480～540℃保温3h，进行回火处理，然后空冷至40～100℃，再次重复升温至相同温度保温相同时间进行回火处理，重复2～3次。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明进行高温固溶处理，1、可以消除高温固溶对晶粒度的影响，以此为奥氏体化形核提供附着点；2、据实验验证，处理后的样品冲击功得到提升；3、据实验验证，样品硬度提升，具有良好的热疲劳性能。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本发明作进一步说明。应该理解，这些描述只是实例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明提供一种提升钢热疲劳性能的热处理工艺，通过热处理工艺上的改进，可有效提高合金的强度和硬度，成本低，工艺简单，具有较好实用价值。
本发明采用的技术方案是：一种提升钢热疲劳性能的热处理工艺，选用实验的样品其化学成分按重量百分比计如下：C：0.32％～0.45％，Si：0.80％～1.20％，Mn：0.20％～0.50％，Cr：4.75％～5.50，Mo：1.10％～1.75％，V：0.80％～1.20％，P≤0.03％，S≤0.03％，余量为铁和其他不可避免杂质元素，还包括以下步骤：
步骤一、合金表面处理，使用清水将表面清洗干净，再使用硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、氢氟酸或他们的混合酸酸洗掉表面的氧化膜；
步骤二、样品固溶，将准备好的热作模具钢置于箱式电阻炉内，进行高温固溶，让其合金元素充分溶解及大部分碳化物溶解，使合金元素溶解在晶格中，淬火来固定合金元素的分布，消除合金材料中的析出相及偏析，使合金元素分布更均匀，提高合金材料的强度和塑性；
步骤二、样品淬冷，经过步骤二固溶之后的样品，在浓度为10.5％-12.5％的聚丙烯酰胺淬火液冷却至80～140℃；
步骤三、样品保温处理，将上述步骤处理好的样品放在保温箱中，以10～20℃/min的速率随炉升温至720～800℃保温40～60分钟；
步骤四、经过保温的样品，空冷至40～80℃；
步骤五、将样品再次置于箱式电阻炉中，逐步升温至1040～1120℃，在达到最大温度下，保温2h；
步骤五、经过加温之后的样品，在浓度为10.5％-12.5％的聚丙烯酰胺淬火液中冷却至80～140℃；
步骤六、冷却后的样品，进行预回火处理，以20～30℃/min的速率升温至420～480℃，保温时间40～60分钟；
步骤七、样品升温至480～540℃保温3h，进行回火处理，然后空冷至40～100℃，再次重复升温至相同温度保温相同时间进行回火处理，重复2～3次。
进一步的，空冷时导入惰性气体，优选为氮气。
实施例1
使用清水将表面清洗干净，再使用硫酸表面的氧化膜，将准备好的热作模具钢置于箱式电阻炉内，以80℃/min的速率升温至1080℃，进行高温固溶，让其合金元素充分溶解及大部分碳化物溶解，使合金元素溶解在晶格中，淬火来固定合金元素的分布，消除合金材料中的析出相及偏析，使合金元素分布更均匀，提高合金材料的强度和塑性，保温时间为20分钟；经过固溶之后的样品，在浓度为12％的聚丙烯酰胺淬火液冷却至i00℃，随后放在保温箱中，以20℃/min的速率随炉升温至760℃保温60分钟，经过保温的样品，空冷至40℃，将样品再次置于箱式电阻炉中，以以80℃/min的速率升温至1080℃，在达到最大温度下，保温2h，经过加温之后的样品，在浓度为12％的聚丙烯酰胺淬火液冷却至80℃，冷却后的样品，以20℃/min的速率升温至460℃，保温时间60分钟，样品再次升温至500℃保温3h，进行回火处理，然后空冷至60℃，再次重复升温至相同温度保温相同时间进行回火处理，重复2～3次。
实施例2
使用清水将表面清洗干净，再使用硫酸表面的氧化膜，将准备好的热作模具钢置于箱式电阻炉内，以100℃/min的速率升温至1040℃，进行高温固溶，让其合金元素充分溶解及大部分碳化物溶解，使合金元素溶解在晶格中，淬火来固定合金元素的分布，消除合金材料中的析出相及偏析，使合金元素分布更均匀，提高合金材料的强度和塑性，保温时间为30分钟；经过固溶之后的样品，在浓度为12％的聚丙烯酰胺淬火液冷却至120℃，随后放在保温箱中，以10℃/min的速率随炉升温至780℃保温50分钟，经过保温的样品，空冷至60℃，将样品再次置于箱式电阻炉中，以100℃/min的速率升温至1060℃，在达到最大温度下，保温2h，经过加温之后的样品，在浓度为12％的聚丙烯酰胺淬火液冷却至80℃，冷却后的样品，以30℃/min的速率升温至480℃，保温时间60分钟，样品再次升温至540℃保温3h，进行回火处理，然后空冷至60℃，再次重复升温至相同温度保温相同时间进行回火处理，重复2～3次。
经过对比，较常规热处理后的钢相比，实施例1得到的样品冲击功提升了100～120J，硬度提升14～16HRC，1000次热疲劳循环后主裂纹长度减少了140～160μm，宽度减少了16～22μm；实施例2得到的样品冲击功提升了140～160J；硬度提升12～14HRC，1000次热疲劳循环后主裂纹长度减少了220～240μm，宽度减少了110～12μm。
Claims (6)
1.一种提升钢热疲劳性能的热处理工艺，其特征在于：选用实验的样品其化学成分按重量百分比计如下：C：0.32％～0.45％，Si：0.80％～1.20％，Mn：0.20％～0.50％，Cr：4.75％～5.50，Mo：1.10％～1.75％，V：0.80％～1.20％，P≤0.03％，S≤0.03％，余量为铁和其他不可避免杂质元素，还包括以下步骤：
步骤一、合金表面处理，使用清水将表面清洗干净，再酸洗掉表面的氧化膜；
步骤二、样品固溶，将准备好的样品置于箱式电阻炉内，进行高温固溶，让其合金元素充分溶解及大部分碳化物溶解，使合金元素溶解在晶格中，淬火来固定合金元素的分布，消除合金材料中的析出相及偏析，使合金元素分布更均匀，提高合金材料的强度和塑性；
步骤二、样品淬冷，经过步骤二固溶之后的样品，在淬冷介质中冷却至80～140℃；
步骤三、样品保温处理，将上述步骤处理好的样品放在保温箱中，以10～20℃/min的速率随炉升温至720～800℃保温40～60分钟；
步骤四、经过保温的样品，空冷至40～80℃；
步骤五、将样品再次置于箱式电阻炉中，逐步升温至1040～1120℃，在达到最大温度下，保温2h；
步骤五、经过加温之后的样品，在淬冷介质中冷却至80～140℃；
步骤六、冷却后的样品，进行预回火处理；
步骤七、对样品再进行回火处理。
2.根据权利要求1所述的一种提升钢热疲劳性能的热处理工艺，其特征在于：淬冷介质为聚丙烯酰胺淬火液，其浓度为10.5％-12.5％。
3.根据权利要求1所述的一种提升钢热疲劳性能的热处理工艺，其特征在于：空冷时导入惰性气体，优选为氮气。
4.根据权利要求1所述的一种提升钢热疲劳性能的热处理工艺，其特征在于：步骤一中酸洗的溶剂为：硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、氢氟酸或他们的混合酸。
5.根据权利要求1或2所述的一种提升钢热疲劳性能的热处理工艺，其特征在于：预回火具体工艺是：以20～30℃/min的速率升温至420～480℃，保温时间40～60分钟。
6.根据权利要求1或5所述的一种提升钢热疲劳性能的热处理工艺，其特征在于：回火处理的具体工艺是：升温至480～540℃保温3h，进行回火处理，然后空冷至40～100℃，再次重复升温至相同温度保温相同时间进行回火处理，重复2～3次。
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