CN117418187A - 一种液压破碎锤用20CrMo中缸体的渗碳淬火强化工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液压破碎锤用20CrMo中缸体的渗碳淬火强化工艺，包括以下步骤：步骤1，预氧化处理，将液压破碎锤用20CrMo中缸体置于预热炉中，加热，保温，然后出炉；步骤2，真空渗碳处理，将中缸体置于真空渗碳炉中，抽真空，采用渗碳脉冲方式进行渗碳；步骤3，淬火处理，渗碳结束后通入氮气，快速降温，保温后，进行真空气淬；步骤4，低温回火处理，将中缸体置于回火炉中，保温，然后空冷。本发明通过对20CrMo中缸体进行真空低压渗碳淬火处理，在满足渗碳层的厚度、表面硬度、心部硬度等性能指标的前提下，提高渗碳效率，改善渗碳层深不均匀和表面内氧化问题，提高产品质量，缩短生产周期。
Description
技术领域
本发明涉及低碳合金结构钢的热处理技术领域，特别涉及液压破碎锤用20CrMo中缸体的渗碳淬火强化工艺。
背景技术
液压破碎锤中缸体复杂的服役条件以及失效形式要求中缸体表面要具有高硬度、高耐磨性能特性，同时心部要求良好的塑性和韧性。目前国内外常用作制造液压破碎锤中缸体的材料主要为低碳合金钢，如20CrMo钢，其渗碳后表面硬度可达HRC58以上，具有极好的耐磨性，同时其心部经过淬火后强韧性较好，具有良好的综合力学性能。因此热处理工艺是影响中缸体产品质量的关键因素。20CrMo的常用热处理工艺主要包括气氛渗碳、淬火、低温回火等工序。但是传统气氛渗碳处理工艺存在渗碳效率低、渗碳层深不均匀、内氧化严重等问题，使20CrMo中缸体使役性能下降。因此，必须改进液压破碎锤用20CrMo中缸体的渗碳淬火强化工艺，提高其使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种液压破碎锤用20CrMo中缸体的渗碳淬火强化工艺，以解决现有技术中存在的液压破碎锤用20CrMo中缸体渗碳效率低、渗碳层深不均匀、内氧化严重的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种液压破碎锤用20CrMo中缸体的渗碳淬火强化工艺，包括以下步骤：
步骤1，预氧化处理，将液压破碎锤用20CrMo中缸体置于预热炉中，加热，保温，然后出炉；
步骤2，真空渗碳处理，将中缸体置于真空渗碳炉中，抽真空，采用渗碳脉冲方式进行渗碳；
步骤3，淬火处理，渗碳结束后通入氮气，快速降温，保温后，进行真空气淬；
步骤4，低温回火处理，将中缸体置于回火炉中，保温，然后空冷。
进一步地，所述步骤1中，在空气气氛中加热，加热温度为500℃，保温时间为60分钟。
进一步地，所述步骤2中，抽真空至炉内气压小于10Pa，加热至650℃，保温60分钟，再加热至930-980℃，之后进行渗碳。
进一步地，所述步骤2中，采用渗碳脉冲方式进行渗碳时，一个脉冲渗碳包括强渗脉冲和扩散脉冲两个阶段，即在强渗脉冲阶段，向炉膛内充入渗碳气氛，压力稳定在300Pa，时间2分钟，在扩散脉冲阶段，将炉内气体快速抽出并充入氮气，调节至稳定压力70Pa，时间(0.7-2.8)*n分钟，n为第n次脉冲，然后快速抽气后充入渗碳气氛，执行下一个渗碳脉冲，总脉冲次数为16-41次。
进一步地，所述步骤2中，渗碳气氛为高纯乙炔。
进一步地，所述步骤3中，快速降温至淬火温度830℃，保温60min后，进行真空气淬。
进一步地，所述步骤3中，真空气淬所用气氛为氦气和氮气混合气体，压强15bar。
进一步地，所述步骤4中，将中缸体置于回火炉中，温度190℃，保温8小时。
进一步地，所述20CrMo中缸体的材料的化学成分满足GB/T3077-2015标准的规定；所述20CrMo中缸体的材料的冶炼方法是电炉冶炼，锻造采用自由锻造，锻造比≥3，880-920℃正火。
有益效果：本发明提供的一种液压破碎锤用20CrMo中缸体的渗碳淬火强化工艺，不仅适用于液压破碎锤用渗碳淬火20CrMo中缸体，还适用于其它所有需要进行渗碳淬火热处理的20CrMo材料的工件。本发明提供的液压破碎锤用20CrMo中缸体的渗碳淬火强化工艺，通过采用真空渗碳淬火工艺，替代传统气氛渗碳淬火，在满足表面硬度、渗碳层的厚度、心部硬度等性能指标的前提下，提高渗碳效率，改善渗碳层深不均匀和表面内氧化问题，提高产品质量，缩短生产周期。
附图说明
图1硬度测试取样点示意图；
图2为实施例1所得20CrMo中缸体的表面金相照片；
图3为实施例1所得20CrMo中缸体的心部金相照片；
图4为实施例1所得20CrMo中缸体的表面内氧化层深度照片；
图5为实施例2所得20CrMo中缸体的表面金相照片；
图6为实施例2所得20CrMo中缸体的心部金相照片；
图7为实施例2所得20CrMo中缸体的表面内氧化层深度照片；
图8为实施例3所得20CrMo中缸体的表面金相照片；
图9为实施例3所得20CrMo中缸体的心部金相照片；
图10为实施例3所得20CrMo中缸体的表面内氧化层深度照片；
图11为对比例所得20CrMo中缸体的表面金相照片；
图12为对比例所得20CrMo中缸体的心部金相照片；
图13为对比例所得20CrMo中缸体的表面内氧化层深度照片。
具体实施方式
本发明提供了一种液压破碎锤用20CrMo中缸体的渗碳淬火强化工艺，20CrMo中缸体的材料的化学成分满足GB/T3077-2015标准的规定；所述20CrMo中缸体的材料的冶炼方法是电炉冶炼，锻造采用自由锻造，锻造比≥3，880-920℃正火。该工艺包括以下步骤：
(1)预氧化处理，将中缸体置于预热炉中，在空气气氛中加热，加热温度为500℃，保温时间为60分钟，然后出炉；
(2)真空渗碳处理，将中缸体置于真空渗碳炉中，抽真空至炉内气压小于10Pa，加热至650℃，保温60分钟，进一步加热至930-980℃，采用渗碳脉冲方式进行渗碳，一个脉冲渗碳包括强渗脉冲和扩散脉冲两个阶段，即在强渗脉冲阶段，向炉膛内充入高纯乙炔，压力稳定在300Pa，时间2分钟，在扩散脉冲阶段，将炉内气体快速抽出并充入氮气，调节至稳定压力70Pa，时间(0.7-2.8)*n分钟，n为第n次脉冲，然后快速抽气后充入渗碳气氛，执行下一个渗碳脉冲，总脉冲次数为16-41次；
(3)淬火处理，渗碳结束后通入氮气，快速降温至淬火温度830℃，保温60min后，进行真空气淬，真空气淬所用气氛为氦气和氮气混合气体，压强15bar；
(4)低温回火处理，将中缸体置于回火炉中，温度为190℃，保温8小时，然后空冷。
下面结合实施例对本发明提供的液压破碎锤用20CrMo中缸体的渗碳淬火强化工艺做详细说明。
实施例1
破碎锤用20CrMo中缸体材料，其化学成分：C：0.226wt.％；Mn：0.593wt.％；Si：0.266wt.％；P：0.014wt.％；S：0.004wt.％；Cr：0.987wt.％；Mo：0.175wt.％。对20CrMo中缸体进行渗碳淬火强化处理，包括以下步骤：
(1)预氧化处理，将中缸体置于预热炉中，在空气气氛中加热，加热温度为500℃，保温时间为60分钟，然后出炉进行渗碳；
(2)真空渗碳处理，将中缸体置于真空渗碳炉中，抽真空至炉内气压小于10Pa，加热至650℃，保温60分钟，进一步加热至930℃，采用渗碳脉冲方式进行渗碳，一个脉冲渗碳包括强渗脉冲和扩散脉冲两个阶段，即在强渗脉冲阶段，向炉膛内充入高纯乙炔，压力稳定在300Pa，时间2分钟，在扩散脉冲阶段，将炉内气体快速抽出并充入氮气，调节至稳定压力70Pa，时间0.7*n分钟，n为第n次脉冲，然后快速抽气后充入渗碳气氛，执行下一个渗碳脉冲，总脉冲次数为41次；
(3)淬火处理，渗碳结束后通入氮气，快速降温至淬火温度830℃，保温60min后，进行真空气淬，真空气淬所用气氛为氦气和氮气混合气体，压强15bar；
(4)低温回火处理，将中缸体置于回火炉中，温度为190℃，保温8小时，然后空冷。
对实施例1渗碳淬火热处理后得到的20CrMo中缸体的性能指标进行测试，其性能测试结果如表1所示，表层金相照片、心部金相照片以及内氧化照片如图2、图3、图4所示。可以看出，表面金相组织为针状马氏体和少量残余奥氏体，心部组织为板条马氏体组织，无内氧化，渗碳层深最深为1.71mm、最浅为1.57mm，深度差0.14mm，
表1实施例1性能指标
实施例2
破碎锤用20CrMo中缸体材料，其化学成分：C：0.226wt.％；Mn：0.593wt.％；Si：0.266wt.％；P：0.014wt.％；S：0.004wt.％；Cr：0.987wt.％；Mo：0.175wt.％。对20CrMo中缸体进行渗碳淬火强化处理，包括以下步骤：
(1)预氧化处理，将中缸体置于预热炉中，在空气气氛中加热，加热温度为500℃，保温时间为60分钟，然后出炉进行渗碳；
(2)真空渗碳处理，将中缸体置于真空渗碳炉中，抽真空至炉内气压小于10Pa，加热至650℃，保温60分钟，进一步加热至950℃，采用渗碳脉冲方式进行渗碳，一个脉冲渗碳包括强渗脉冲和扩散脉冲两个阶段，即在强渗脉冲阶段，向炉膛内充入高纯乙炔，压力稳定在300Pa，时间2分钟，在扩散脉冲阶段，将炉内气体快速抽出并充入氮气，调节至稳定压力70Pa，时间1.4*n分钟，n为第n次脉冲，然后快速抽气后充入渗碳气氛，执行下一个渗碳脉冲，总脉冲次数为26次；
(3)淬火处理，渗碳结束后通入氮气，快速降温至淬火温度830℃，保温60min后，进行真空气淬，真空气淬所用气氛为氦气和氮气混合气体，压强15bar；
(4)低温回火处理，将中缸体置于回火炉中，温度为190℃，保温8小时，然后空冷。
对实施例2渗碳淬火热处理后得到的20CrMo中缸体的性能指标进行测试，其性能测试结果如表2所示，表层金相照片、心部金相照片以及内氧化照片如图5、图6、图7所示。可以看出，表面金相组织为针状马氏体和少量残余奥氏体，心部组织为板条马氏体组织，无内氧化，渗碳层深最深为1.72mm、最浅为1.59mm，深度差0.13mm，
表2实施例2性能指标
实施例3
破碎锤用20CrMo中缸体材料，其化学成分：C：0.226wt.％；Mn：0.593wt.％；Si：0.266wt.％；P：0.014wt.％；S：0.004wt.％；Cr：0.987wt.％；Mo：0.175wt.％。对20CrMo中缸体进行渗碳淬火强化处理，包括以下步骤：
(1)预氧化处理，将中缸体置于预热炉中，在空气气氛中加热，加热温度为500℃，保温时间为60分钟，然后出炉进行渗碳；
(2)真空渗碳处理，将中缸体置于真空渗碳炉中，抽真空至炉内气压小于10Pa，加热至650℃，保温60分钟，进一步加热至980℃，采用渗碳脉冲方式进行渗碳，一个脉冲渗碳包括强渗脉冲和扩散脉冲两个阶段，即在强渗脉冲阶段，向炉膛内充入高纯乙炔，压力稳定在300Pa，时间2分钟，在扩散脉冲阶段，将炉内气体快速抽出并充入氮气，调节至稳定压力70Pa，时间2.8*n分钟，n为第n次脉冲，然后快速抽气后充入渗碳气氛，执行下一个渗碳脉冲，总脉冲次数为16次；
(3)淬火处理，渗碳结束后通入氮气，快速降温至淬火温度830℃，保温60min后，进行真空气淬，真空气淬所用气氛为氦气和氮气混合气体，压强15bar；
(4)低温回火处理，将中缸体置于回火炉中，温度为190℃，保温8小时，然后空冷。
对实施例3渗碳淬火热处理后得到的20CrMo中缸体的性能指标进行测试，其性能测试结果如表3所示，表层金相照片、心部金相照片以及内氧化照片如图8、图9、图10所示。可以看出，表面金相组织为针状马氏体和少量残余奥氏体，心部组织为板条马氏体组织，无内氧化，渗碳层深最深为1.69mm、最浅为1.58mm，深度差0.11mm，
表3实施例3性能指标
对比例
破碎锤用20CrMo中缸体材料，其化学成分：C：0.226wt.％；Mn：0.593wt.％；Si：0.266wt.％；P：0.014wt.％；S：0.004wt.％；Cr：0.987wt.％；Mo：0.175wt.％。对20CrMo中缸体进行渗碳淬火强化处理，包括以下步骤：
(1)预氧化处理，将中缸体置于预热炉中，在空气气氛中加热，加热温度为500℃，保温时间为60分钟，然后出炉进行渗碳；
(2)渗碳处理，包括升温、强渗、扩散三个阶段，渗碳气氛为氮气、甲醇和丙烷。升温阶段为中缸体进入渗碳炉后850℃保温60分钟，升温阶段碳势为0.6％，强渗和扩散阶段的温度为930℃，强渗阶段保温时间为600分钟，碳势为1.2％，扩散阶段保温时间为540分钟，碳势为0.85％；
(4)淬火处理，先在830℃下保温60分钟，碳势为0.8％，然后没入淬火油中进行冷却，淬火油温60℃，在淬火油中保温60分钟，淬火油搅拌频率为30Hz；
(6)低温回火处理，将中缸体置于回火炉中，温度为190℃，保温480分钟，然后空冷到室温。
对对比例渗碳淬火热处理后得到的20CrMo中缸体的性能指标进行测试，其性能测试结果如表4所示，表层金相照片、心部金相照片以及内氧化照片如图11、图12、图13所示。可以看出，表面金相组织为针状马氏体和少量残余奥氏体，心部组织为板条马氏体组织，内氧化层深超过20μm，内氧化层深度和渗碳时长远高于实施例，渗碳层深最深为1.84mm、最浅为1.40mm，深度差0.44mm，渗碳层深度差也远大于实施例。
表4对比例性能指标
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种液压破碎锤用20CrMo中缸体的渗碳淬火强化工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，预氧化处理，将液压破碎锤用20CrMo中缸体置于预热炉中，加热，保温，然后出炉；
步骤2，真空渗碳处理，将中缸体置于真空渗碳炉中，抽真空，采用渗碳脉冲方式进行渗碳；
步骤3，淬火处理，渗碳结束后通入氮气，快速降温，保温后，进行真空气淬；
步骤4，低温回火处理，将中缸体置于回火炉中，保温，然后空冷。
2.根据权利要求1所述的一种液压破碎锤用20CrMo中缸体的渗碳淬火强化工艺，其特征在于：所述步骤1中，在空气气氛中加热，加热温度为500℃，保温时间为60分钟。
3.根据权利要求1所述的一种液压破碎锤用20CrMo中缸体的渗碳淬火强化工艺，其特征在于：所述步骤2中，抽真空至炉内气压小于10Pa，加热至650℃，保温60分钟，再加热至930-980℃，之后进行渗碳。
4.根据权利要求1所述的一种液压破碎锤用20CrMo中缸体的渗碳淬火强化工艺，其特征在于：所述步骤2中，采用渗碳脉冲方式进行渗碳时，一个脉冲渗碳包括强渗脉冲和扩散脉冲两个阶段，即在强渗脉冲阶段，向炉膛内充入渗碳气氛，压力稳定在300Pa，时间2分钟，在扩散脉冲阶段，将炉内气体快速抽出并充入氮气，调节至稳定压力70Pa，时间(0.7-2.8)*n分钟，n为第n次脉冲，然后快速抽气后充入渗碳气氛，执行下一个渗碳脉冲，总脉冲次数为16-41次。
5.根据权利要求2-4任一所述的一种液压破碎锤用20CrMo中缸体的渗碳淬火强化工艺，其特征在于：所述步骤2中，渗碳气氛为高纯乙炔。
6.根据权利要求1所述的一种液压破碎锤用20CrMo中缸体的渗碳淬火强化工艺，其特征在于：所述步骤3中，快速降温至淬火温度830℃，保温60min后，进行真空气淬。
7.根据权利要求1或6所述的一种液压破碎锤用20CrMo中缸体的渗碳淬火强化工艺，其特征在于：所述步骤3中，真空气淬所用气氛为氦气和氮气混合气体，压强15bar。
8.根据权利要求1或6所述的一种液压破碎锤用20CrMo中缸体的渗碳淬火强化工艺，其特征在于：所述步骤4中，将中缸体置于回火炉中，温度190℃，保温8小时。
9.根据权利要求1所述的一种液压破碎锤用20CrMo中缸体的渗碳淬火强化工艺，其特征在于：所述20CrMo中缸体的材料的化学成分满足GB/T3077-2015标准的规定；所述20CrMo中缸体的材料的冶炼方法是电炉冶炼，锻造采用自由锻造，锻造比≥3，880-920℃正火。
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