CN117448833A - 一种液压破碎锤用20Cr2Ni4活塞的渗碳淬火强化工艺 - Google Patents

一种液压破碎锤用20Cr2Ni4活塞的渗碳淬火强化工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种液压破碎锤用20Cr2Ni4活塞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20Cr2Ni4活塞置于预热炉中，加热保温，然后出炉进行渗碳；步骤2，渗碳处理，包括升温、强渗、扩散三个阶段；步骤3，缓冷处理，将活塞置于渗碳炉前室，缓冷；步骤4，淬火处理，将活塞升温保温，然后油冷；步骤5，冷处理，将活塞置于冷处理炉中，降温保温后，置于室温下，待其恢复到室温；步骤6，低温回火处理，将活塞置于回火炉中，保温，然后空冷；步骤7，重复步骤5和步骤6，重复次数为0‑2次。本发明降低了液压破碎锤用20Cr2Ni4活塞的变形并缩短生产周期。

Description

一种液压破碎锤用20Cr2Ni4活塞的渗碳淬火强化工艺
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20Cr2Ni4活塞的渗碳淬火强化工艺。
背景技术
液压破碎锤活塞复杂的服役条件以及失效形式决定了其要具有较高的表面耐磨性能和足够的耐冲击疲劳性能。选择低碳合金钢，如20Cr2Ni4，作为制造活塞的材料，通过表面渗碳处理，可以满足心部高韧性和表面耐磨的要求。目前国内外对20Cr2Ni4活塞的渗碳淬火强化处理，工艺过程包括：渗碳、空冷、高温回火、淬火、低温回火等工序。由于该渗碳淬火工艺工序繁琐，需要两次加热过程，生产周期长，因此不仅造成了消耗成本高，还会造成活塞的变形大等问题。对于圆柱形活塞，经常由于变形大，活塞后期磨削量大，会造成磨削后的活塞渗层严重不均、硬度不均且降低以及使役性能下降等问题。因此，必须改进液压破碎锤用20Cr2Ni4活塞的渗碳淬火强化工艺，简化工艺过程，优化工艺过程中的工艺参数，以降低活塞工件的变形。
发明内容
本发明的目的是提供一种液压破碎锤用20Cr2Ni4活塞的渗碳淬火强化工艺，以降低液压破碎锤用20Cr2Ni4活塞的变形并缩短生产周期。
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20Cr2Ni4活塞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20Cr2Ni4活塞置于预热炉中，加热保温，然后出炉进行渗碳；
步骤2，渗碳处理，包括升温、强渗、扩散三个阶段；
步骤3，缓冷处理，将活塞置于渗碳炉前室，缓冷；
步骤4，淬火处理，将活塞升温保温，然后油冷；
步骤5，冷处理，将活塞置于冷处理炉中，降温保温后，置于室温下，待其恢复到室温；
步骤6，低温回火处理，将活塞置于回火炉中，保温，然后空冷；
步骤7，重复步骤5和步骤6，重复次数为0-2次。
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，所述升温阶段为活塞进入渗碳炉后750℃保温，保温时间按照“活塞直径/1.5mm”分钟计算，然后850℃保温，保温时间按照“活塞直径/1.5mm”分钟计算，控制渗碳气氛将升温阶段碳势维持在0.6％；所述强渗和扩散阶段的温度为935℃～950℃，强渗阶段保温时间为630-1000分钟，碳势为1.1～1.25％，扩散阶段保温时间为670～800分钟，碳势为0.75％；然后将活塞在850±10℃温度下保温，保温时间按“活塞直径/1.5mm”分钟计算，碳势为0.75％。
进一步地，所述步骤2中，渗碳气氛为氮气、甲醇和丙烷。
进一步地，所述步骤3中，在氮气气氛保护下缓冷至400℃。
进一步地，所述步骤4中，将活塞在850±10℃温度下保温，保温时间按“活塞直径/0.75mm”分钟计算，碳势为0.75％，然后油冷，淬火油温60℃，在淬火油中保温时间按“活塞直径/1.5mm”分钟计算。
进一步地，所述步骤4中，淬火处理中使用的淬火油要提前搅拌，在活塞进行淬火前10分钟停止搅拌，在活塞进入淬火油进行淬火后20秒开始继续对淬火油进行搅拌，搅拌频率为20-30Hz。
进一步地，所述步骤5中，将活塞置于冷处理炉中，将温度降至-100℃，保温“活塞直径/1.5mm”分钟后，置于室温下，待其恢复到室温。
进一步地，所述步骤6中，将活塞置于回火炉中，温度为190℃，保温时间按“活塞直径/0.6mm”分钟计算，然后空冷。
进一步地，所述20Cr2Ni4活塞的材料的化学成分满足GB/T3077-2015标准的规定；所述20Cr2Ni4活塞的材料的冶炼方法是电炉冶炼，电渣重熔精炼，锻造采用自由锻造，锻造比≥3，880-940℃正火。
有益效果：本发明提供的一种液压破碎锤用20Cr2Ni4活塞的渗碳淬火强化工艺，不仅适用于液压破碎锤大直径渗碳淬火20Cr2Ni4活塞，也可用于其它液压破碎锤渗碳淬火20Cr2Ni4活塞，还适用于其它所有需要进行渗碳淬火热处理的20Cr2Ni4材料的工件。本发明提供的液压破碎锤用20Cr2Ni4活塞的渗碳淬火强化工艺，通过优化20Cr2Ni4活塞的渗碳淬火工艺参数，以及简化20Cr2Ni4活塞的渗碳淬火工艺过程，即省去了渗碳空冷后的“高温回火”工序，改为渗碳缓冷后淬火，结合循环冷处理工序，使得20Cr2Ni4活塞的变形大幅度降低，20Cr2Ni4活塞的表面硬度、渗碳层的厚度、马氏体级别、残余奥氏体级别、心部硬度、心部冲击吸收功等性能指标也都能满足活塞的要求。解决了因渗碳淬火工艺变形量大，而造成的活塞磨削尺寸过大造成的渗层严重不均、硬度不均且下降、使役性能下降等问题，使20Cr2Ni4活塞的质量、表面硬度、耐磨性能等得到提高；减少了二次加热过程，缩短了生产周期，提高了生产效率，降低了生产成本，从而提高了经济效益。
附图说明
图1为实施例1所得20Cr2Ni4活塞的表层金相照片；
图2为实施例1所得20Cr2Ni4活塞的心部金相照片；
图3为实施例2所得20Cr2Ni4活塞的表层金相照片；
图4为实施例2所得20Cr2Ni4活塞的心部金相照片；
图5为实施例3所得20Cr2Ni4活塞的表层金相照片；
图6为实施例3所得20Cr2Ni4活塞的心部金相照片；
图7为实施例4所得20Cr2Ni4活塞的表层金相照片；
图8为实施例4所得20Cr2Ni4活塞的心部金相照片；
图9为实施例5所得20Cr2Ni4活塞的表层金相照片；
图10为实施例5所得20Cr2Ni4活塞的心部金相照片；
图11为实施例6所得20Cr2Ni4活塞的表层金相照片；
图12为实施例6所得20Cr2Ni4活塞的心部金相照片；
图13为实施例7所得20Cr2Ni4活塞的表层金相照片；
图14为实施例7所得20Cr2Ni4活塞的心部金相照片；
图15为实施例8所得20Cr2Ni4活塞的表层金相照片；
图16为实施例8所得20Cr2Ni4活塞的心部金相照片；
图17为实施例9所得20Cr2Ni4活塞的表层金相照片；
图18为实施例9所得20Cr2Ni4活塞的心部金相照片；
图19为实施例10所得20Cr2Ni4活塞的表层金相照片；
图20为实施例10所得20Cr2Ni4活塞的心部金相照片；
图21为对比例所得20Cr2Ni4活塞的表层金相照片；
图22为对比例所得20Cr2Ni4活塞的心部金相照片。
具体实施方式
本发明提供了一种液压破碎锤用20Cr2Ni4活塞的渗碳淬火强化工艺，20Cr2Ni4活塞的材料的化学成分满足满足GB/T3077-2015标准的规定。20Cr2Ni4活塞的材料的冶炼方法是电炉冶炼，电渣重熔精炼，锻造采用自由锻造，锻造比锻造比≥3，880-940℃正火。
本发明的一种液压破碎锤用20Cr2Ni4活塞的渗碳淬火强化工艺工艺包括以下步骤：
(1)预氧化处理，将活塞置于预热炉中，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，升温阶段为活塞进入渗碳炉后750℃保温，保温时间按照“活塞直径/1.5mm”分钟计算，然后850℃保温，保温时间按照“活塞直径/1.5mm”分钟计算，在渗碳炉中通入氮气、甲醇和丙烷将升温阶段碳势维持在0.6％，强渗和扩散阶段的温度为935℃～950℃，强渗阶段保温时间为630-1000分钟，碳势为1.1～1.25％，扩散阶段保温时间为670～800分钟，碳势为0.75％，然后将活塞在850±10℃温度下保温，保温时间按“活塞直径/1.5mm”分钟计算，碳势为0.75％；
(3)缓冷处理，将活塞置于渗碳炉前室，氮气气氛保护下缓冷至400℃；
(4)淬火处理，缓冷阶段结束后，将活塞在850±10℃温度下保温，保温时间按“活塞直径/0.75mm”分钟计算，碳势为0.75％，然后没入淬火油中进行冷却，淬火油温60℃，在淬火油中保温时间按“活塞直径/1.5mm”分钟计算；
淬火处理中使用的淬火油要提前搅拌，在活塞进行淬火前10分钟停止搅拌，在活塞进入淬火油进行淬火后20秒开始继续对淬火油进行搅拌，搅拌频率为20-30Hz；
(5)冷处理，将活塞置于冷处理炉中，将温度降至-100℃，保温“活塞直径/1.5mm”分钟后，置于室温下，待其恢复到室温；
(6)低温回火处理，将活塞置于回火炉中，温度为190℃，保温时间按“活塞直径/0.6mm”分钟计算，然后空冷到室温；
(7)重复步骤5和步骤6，重复次数为0-2次。
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
破碎锤用20Cr2Ni4活塞材料，其化学成分：C：0.194wt.％；Mn：0.531wt.％；Si：0.271wt.％；P：0.005wt.％；S：0.001wt.％；Cr：1.631wt.％；Ni：3.579wt.％；Cu：0.028wt.％。对直径为180mm的活塞进行渗碳淬火强化处理，包括以下步骤：
(1)预氧化处理，将活塞置于预热炉中，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，升温阶段为活塞进入渗碳炉后750℃保温120分钟，然后850℃保温120分钟，升温阶段碳势为0.6％，强渗和扩散阶段的温度为935℃，强渗阶段保温时间为1000分钟，碳势为1.1％，扩散阶段保温时间为800分钟，碳势为0.75％，将活塞在850温度下保温，保温120分钟，碳势为0.75％；
(3)缓冷处理，将活塞置于渗碳炉前室，氮气气氛保护下缓冷至400℃；
(4)淬火处理，在850℃保温240分钟，碳势为0.75％，然后没入淬火油中进行冷却，淬火油温60℃，在淬火油中保温120分钟，淬火油搅拌频率为25Hz；
(5)冷处理，将活塞置于冷处理炉中，将温度降至-100℃，保温120分钟后，置于室温下，待其恢复到室温；
(6)低温回火处理，将活塞置于回火炉中，温度为190℃，保温300分钟，然后空冷到室温。
对实施例1渗碳淬火热处理后得到的20Cr2Ni4活塞的性能指标进行测试，其性能测试结果如表1所示，表层金相照片和心部金相照片如图1和图2所示，其性能指标符合要求，直径增大5-9μm。
表1实施例1性能指标
实施例2
破碎锤用20Cr2Ni4活塞材料，其化学成分：C：0.194wt.％；Mn：0.531wt.％；Si：0.271wt.％；P：0.005wt.％；S：0.001wt.％；Cr：1.631wt.％；Ni：3.579wt.％；Cu：0.028wt.％。对直径为180mm的活塞进行渗碳淬火强化处理，包括以下步骤：
(1)预氧化处理，将活塞置于预热炉中，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，升温阶段为活塞进入渗碳炉后750℃保温120分钟，然后850℃保温120分钟，升温阶段碳势为0.6％，强渗和扩散阶段的温度为935℃，强渗阶段保温时间为1000分钟，碳势为1.1％，扩散阶段保温时间为800分钟，碳势为0.75％，将活塞在850温度下保温，保温120分钟，碳势为0.75％；
(3)缓冷处理，将活塞置于渗碳炉前室，氮气气氛保护下缓冷至400℃；
(4)淬火处理，在840℃保温240分钟，碳势为0.75％，然后没入淬火油中进行冷却，淬火油温60℃，在淬火油中保温120分钟，淬火油搅拌频率为20Hz。
(5)冷处理，将活塞置于冷处理炉中，将温度降至-100℃，保温120分钟后，置于室温下，待其恢复到室温；
(6)低温回火处理，将活塞置于回火炉中，温度为190℃，保温300分钟，然后空冷到室温。
对实施例2渗碳淬火热处理后得到的20Cr2Ni4活塞的性能指标进行测试，其性能测试结果如表2所示，表层金相照片和心部金相照片如图3和图4所示，其性能指标符合要求，直径增大5-9μm。
表2实施例2性能指标
实施例3
破碎锤用20Cr2Ni4活塞材料，其化学成分：C：0.194wt.％；Mn：0.531wt.％；Si：0.271wt.％；P：0.005wt.％；S：0.001wt.％；Cr：1.631wt.％；Ni：3.579wt.％；Cu：0.028wt.％。对直径为180mm的活塞进行渗碳淬火强化处理，包括以下步骤：
(1)预氧化处理，将活塞置于预热炉中，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，升温阶段为活塞进入渗碳炉后750℃保温120分钟，然后850℃保温120分钟，升温阶段碳势为0.6％，强渗和扩散阶段的温度为935℃，强渗阶段保温时间为1000分钟，碳势为1.1％，扩散阶段保温时间为800分钟，碳势为0.75％，将活塞在850温度下保温，保温120分钟，碳势为0.75％；
(3)缓冷处理，将活塞置于渗碳炉前室，氮气气氛保护下缓冷至400℃；
(4)淬火处理，在860℃保温240分钟，碳势为0.75％，然后没入淬火油中进行冷却，淬火油温60℃，在淬火油中保温120分钟，淬火油搅拌频率为30Hz。
(5)冷处理，将活塞置于冷处理炉中，将温度降至-100℃，保温120分钟后，置于室温下，待其恢复到室温；
(6)低温回火处理，将活塞置于回火炉中，温度为190℃，保温300分钟，然后空冷到室温。
对实施例3渗碳淬火热处理后得到的20Cr2Ni4活塞的性能指标进行测试，其性能测试结果如表3所示，表层金相照片和心部金相照片如图5和图6所示，其性能指标符合要求，直径增大5-9μm。
表3实施例3性能指标
实施例4
破碎锤用20Cr2Ni4活塞材料，其化学成分：C：0.194wt.％；Mn：0.531wt.％；Si：0.271wt.％；P：0.005wt.％；S：0.001wt.％；Cr：1.631wt.％；Ni：3.579wt.％；Cu：0.028wt.％。对直径为180mm的活塞进行渗碳淬火强化处理，包括以下步骤：
(1)预氧化处理，将活塞置于预热炉中，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，升温阶段为活塞进入渗碳炉后750℃保温120分钟，然后850℃保温120分钟，升温阶段碳势为0.6％，强渗和扩散阶段的温度为935℃，强渗阶段保温时间为900分钟，碳势为1.15％，扩散阶段保温时间为800分钟，碳势为0.75％，将活塞在850温度下保温，保温时间120分钟，碳势为0.75％；
(3)缓冷处理，将活塞置于渗碳炉前室，氮气气氛保护下缓冷至400℃；
(4)淬火处理，在850℃保温240分钟，碳势为0.75％，然后没入淬火油中进行冷却，淬火油温60℃，在淬火油中保温120分钟，淬火油搅拌频率为25Hz。
(5)冷处理，将活塞置于冷处理炉中，将温度降至-100℃，保温120分钟后，置于室温下，待其恢复到室温；
(6)低温回火处理，将活塞置于回火炉中，温度为190℃，保温300分钟，然后空冷到室温。
对实施例4渗碳淬火热处理后得到的20Cr2Ni4活塞的性能指标进行测试，其性能测试结果如表4所示，表层金相照片和心部金相照片如图7和图8所示，其性能指标符合要求，直径增大5-9μm。
表4实施例4性能指标
实施例5
破碎锤用20Cr2Ni4活塞材料，其化学成分：C：0.194wt.％；Mn：0.531wt.％；Si：0.271wt.％；P：0.005wt.％；S：0.001wt.％；Cr：1.631wt.％；Ni：3.579wt.％；Cu：0.028wt.％。对直径为180mm的活塞进行渗碳淬火强化处理，包括以下步骤：
(1)预氧化处理，将活塞置于预热炉中，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，升温阶段为活塞进入渗碳炉后750℃保温120分钟，然后850℃保温120分钟，升温阶段碳势为0.6％，强渗和扩散阶段的温度为935℃，强渗阶段保温时间为760分钟，碳势为1.25％，扩散阶段保温时间为800分钟，碳势为0.75％，将活塞在850温度下保温，保温时间120分钟，碳势为0.75％；
(3)缓冷处理，将活塞置于渗碳炉前室，氮气气氛保护下缓冷至400℃；
(4)淬火处理，在850℃保温240分钟，碳势为0.75％，然后没入淬火油中进行冷却，淬火油温60℃，在淬火油中保温120分钟，淬火油搅拌频率为25Hz。
(5)冷处理，将活塞置于冷处理炉中，将温度降至-100℃，保温120分钟后，置于室温下，待其恢复到室温；
(6)低温回火处理，将活塞置于回火炉中，温度为190℃，保温300分钟，然后空冷到室温。
对实施例5渗碳淬火热处理后得到的20Cr2Ni4活塞的性能指标进行测试，其性能测试结果如表5所示，表层金相照片和心部金相照片如图9和图10所示，其性能指标符合要求，直径增大5-9μm。
表5实施例5性能指标
实施例6
破碎锤用20Cr2Ni4活塞材料，其化学成分：C：0.194wt.％；Mn：0.531wt.％；Si：0.271wt.％；P：0.005wt.％；S：0.001wt.％；Cr：1.631wt.％；Ni：3.579wt.％；Cu：0.028wt.％。对直径为180mm的活塞进行渗碳淬火强化处理，包括以下步骤：
(1)预氧化处理，将活塞置于预热炉中，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，升温阶段为活塞进入渗碳炉后750℃保温120分钟，然后850℃保温120分钟，升温阶段碳势为0.6％，强渗和扩散阶段的温度为940℃，强渗阶段保温时间为860分钟，碳势为1.15％，扩散阶段保温时间为760分钟，碳势为0.75％，将活塞在850温度下保温，保温时间120分钟，碳势为0.75％；
(3)缓冷处理，将活塞置于渗碳炉前室，氮气气氛保护下缓冷至400℃；
(4)淬火处理，在850℃保温240分钟，碳势为0.75％，然后没入淬火油中进行冷却，淬火油温60℃，在淬火油中保温120分钟，淬火油搅拌频率为25Hz。
(5)冷处理，将活塞置于冷处理炉中，将温度降至-100℃，保温120分钟后，置于室温下，待其恢复到室温；
(6)低温回火处理，将活塞置于回火炉中，温度为190℃，保温300分钟，然后空冷到室温。
对实施例6渗碳淬火热处理后得到的20Cr2Ni4活塞的性能指标进行测试，其性能测试结果如表6所示，表层金相照片和心部金相照片如图11和图12所示，其性能指标符合要求，直径增大7-12μm。
表6实施例6性能指标
实施例7
破碎锤用20Cr2Ni4活塞材料，其化学成分：C：0.194wt.％；Mn：0.531wt.％；Si：0.271wt.％；P：0.005wt.％；S：0.001wt.％；Cr：1.631wt.％；Ni：3.579wt.％；Cu：0.028wt.％。对直径为180mm的活塞进行渗碳淬火强化处理，包括以下步骤：
(1)预氧化处理，将活塞置于预热炉中，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，升温阶段为活塞进入渗碳炉后750℃保温120分钟，然后850℃保温120分钟，升温阶段碳势为0.6％，强渗和扩散阶段的温度为950℃，强渗阶段保温时间为630分钟，碳势为1.25％，扩散阶段保温时间为680分钟，碳势为0.75％，将活塞在850温度下保温，保温时间120分钟，碳势为0.75％；
(3)缓冷处理，将活塞置于渗碳炉前室，氮气气氛保护下缓冷至400℃；
(4)淬火处理，在850℃保温240分钟，碳势为0.75％，然后没入淬火油中进行冷却，淬火油温60℃，在淬火油中保温120分钟，淬火油搅拌频率为25Hz。
(5)冷处理，将活塞置于冷处理炉中，将温度降至-100℃，保温120分钟后，置于室温下，待其恢复到室温；
(6)低温回火处理，将活塞置于回火炉中，温度为190℃，保温300分钟，然后空冷到室温。
对实施例7渗碳淬火热处理后得到的20Cr2Ni4活塞的性能指标进行测试，其性能测试结果如表7所示，表层金相照片和心部金相照片如图13和图14所示，其性能指标符合要求，直径增大7-13μm。
表7实施例7性能指标
实施例8
破碎锤用20Cr2Ni4活塞材料，其化学成分：C：0.194wt.％；Mn：0.531wt.％；Si：0.271wt.％；P：0.005wt.％；S：0.001wt.％；Cr：1.631wt.％；Ni：3.579wt.％；Cu：0.028wt.％。对直径为180mm的活塞进行渗碳淬火强化处理，包括以下步骤：
(1)预氧化处理，将活塞置于预热炉中，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，升温阶段为活塞进入渗碳炉后750℃保温120分钟，然后850℃保温120分钟，升温阶段碳势为0.6％，强渗和扩散阶段的温度为935℃，强渗阶段保温时间为900分钟，碳势为1.15％，扩散阶段保温时间为800分钟，碳势为0.75％，将活塞在850温度下保温，保温时间120分钟，碳势为0.75％；
(3)缓冷处理，将活塞置于渗碳炉前室，氮气气氛保护下缓冷至400℃；
(4)淬火处理，在850℃保温240分钟，碳势为0.75％，然后没入淬火油中进行冷却，淬火油温60℃，在淬火油中保温120分钟，淬火油搅拌频率为25Hz。
(5)冷处理，将活塞置于冷处理炉中，将温度降至-100℃，保温120分钟后，置于室温下，待其恢复到室温；
(6)低温回火处理，将活塞置于回火炉中，温度为190℃，保温300分钟，然后空冷到室温；
(8)重复步骤4和步骤5。
对实施例8渗碳淬火热处理后得到的20Cr2Ni4活塞的性能指标进行测试，其性能测试结果如表8所示，表层金相照片和心部金相照片如图15和图16所示，其性能指标符合要求，直径增大5-9μm。
表8实施例8性能指标
实施例9
破碎锤用20Cr2Ni4活塞材料，其化学成分：C：0.194wt.％；Mn：0.531wt.％；Si：0.271wt.％；P：0.005wt.％；S：0.001wt.％；Cr：1.631wt.％；Ni：3.579wt.％；Cu：0.028wt.％。对直径为180mm的活塞进行渗碳淬火强化处理，包括以下步骤：
(1)预氧化处理，将活塞置于预热炉中，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，升温阶段为活塞进入渗碳炉后750℃保温120分钟，然后850℃保温120分钟，升温阶段碳势为0.6％，强渗和扩散阶段的温度为935℃，强渗阶段保温时间为900分钟，碳势为1.15％，扩散阶段保温时间为800分钟，碳势为0.75％，将活塞在850温度下保温，保温时间120分钟，碳势为0.75％；
(3)缓冷处理，将活塞置于渗碳炉前室，氮气气氛保护下缓冷至400℃；
(4)淬火处理，在850℃保温240分钟，碳势为0.75％，然后没入淬火油中进行冷却，淬火油温60℃，在淬火油中保温120分钟，淬火油搅拌频率为25Hz。
(5)冷处理，将活塞置于冷处理炉中，将温度降至-100℃，保温120分钟后，置于室温下，待其恢复到室温；
(6)低温回火处理，将活塞置于回火炉中，温度为190℃，保温300分钟，然后空冷到室温；
(7)再重复2次步骤4和步骤5。
对实施例9渗碳淬火热处理后得到的20Cr2Ni4活塞的性能指标进行测试，其性能测试结果如表9所示，表层金相照片和心部金相照片如图17和图18所示，其性能指标符合要求，直径增大5-9μm。
表9实施例9性能指标
实施例10
破碎锤用20Cr2Ni4活塞材料，其化学成分：C：0.194wt.％；Mn：0.531wt.％；Si：0.271wt.％；P：0.005wt.％；S：0.001wt.％；Cr：1.631wt.％；Ni：3.579wt.％；Cu：0.028wt.％。对直径为210mm的活塞进行渗碳淬火强化处理，包括以下步骤：
(1)预氧化处理，将活塞置于预热炉中，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，升温阶段为活塞进入渗碳炉后750℃保温140分钟，然后850℃保温140分钟，升温阶段碳势为0.6％，强渗和扩散阶段的温度为935℃，强渗阶段保温时间为900分钟，碳势为1.15％，扩散阶段保温时间为800分钟，碳势为0.75％，将活塞在850温度下保温，保温时间140分钟，碳势为0.75％；
(3)缓冷处理，将活塞置于渗碳炉前室，氮气气氛保护下缓冷至400℃；
(4)淬火处理，在850℃保温280分钟，碳势为0.75％，然后没入淬火油中进行冷却，淬火油温60℃，在淬火油中保温140分钟，淬火油搅拌频率为25Hz；
(5)冷处理，将活塞置于冷处理炉中，将温度降至-100℃，保温140分钟后，置于室温下，待其恢复到室温；
(6)低温回火处理，将活塞置于回火炉中，温度为190℃，保温350分钟，然后空冷到室温；
(7)重复步骤4和步骤5。
对实施例10渗碳淬火热处理后得到的20Cr2Ni4活塞的性能指标进行测试，其性能测试结果如表10所示，表层金相照片和心部金相照片如图19和图20所示，其性能指标符合要求，直径增大5-9μm。
表10实施例10性能指标
对比例
破碎锤用20Cr2Ni4活塞材料，其化学成分：C：0.194wt.％；Mn：0.531wt.％；Si：0.271wt.％；P：0.005wt.％；S：0.001wt.％；Cr：1.631wt.％；Ni：3.579wt.％；Cu：0.028wt.％。对直径为180mm的活塞进行渗碳淬火强化处理，包括以下步骤：
(1)预氧化处理，将活塞置于预热炉中，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，升温阶段为活塞进入渗碳炉后750℃保温120分钟，然后850℃保温120分钟，升温阶段碳势为0.6％，强渗和扩散阶段的温度为935℃，强渗阶段保温时间为1000分钟，碳势为1.1％，扩散阶段保温时间为800分钟，碳势为0.75％；
(3)冷却处理，先在860℃下保温2h，然后吹氮气冷却到500℃，出炉空冷至室温；
(4)高温回火处理，630℃保温300分钟，吹氮气冷却至500℃后，出炉空冷；
(5)淬火处理，先在750℃下保温120分钟，然后在850℃保温120分钟，碳势为0.6％，然后没入淬火油中进行冷却，淬火油温60℃，在淬火油中保温120分钟，淬火油搅拌频率为25Hz。
(6)低温回火处理，将活塞置于回火炉中，温度为190℃，保温300分钟，然后空冷到室温后重复一次低温回火过程。
对对比例渗碳淬火热处理后得到的20Cr2Ni4活塞的性能指标进行测试，其性能测试结果如表11所示，表层金相照片和心部金相照片如图21和图22所示，其碳化物级别偏高，直径增大7-22μm，变形量远大于实施例所得活塞。
表11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 (10)

1.一种液压破碎锤用20Cr2Ni4活塞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20Cr2Ni4活塞置于预热炉中，加热保温，然后出炉进行渗碳；
步骤2，渗碳处理，包括升温、强渗、扩散三个阶段；
步骤3，缓冷处理，将活塞置于渗碳炉前室，缓冷；
步骤4，淬火处理，将活塞升温保温，然后油冷；
步骤5，冷处理，将活塞置于冷处理炉中，降温保温后，置于室温下，待其恢复到室温；
步骤6，低温回火处理，将活塞置于回火炉中，保温，然后空冷；
步骤7，重复步骤5和步骤6，重复次数为0-2次。
2.根据权利要求1所述的一种液压破碎锤用20Cr2Ni4活塞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20Cr2Ni4活塞的渗碳淬火强化工艺，其特征在于：所述步骤2中，所述升温阶段为活塞进入渗碳炉后750℃保温，保温时间按照“活塞直径/1.5mm”分钟计算，然后850℃保温，保温时间按照“活塞直径/1.5mm”分钟计算，控制渗碳气氛将升温阶段碳势维持在0.6％；所述强渗和扩散阶段的温度为935℃～950℃，强渗阶段保温时间为630-1000分钟，碳势为1.1～1.25％，扩散阶段保温时间为670～800分钟，碳势为0.75％；然后将活塞在850±10℃温度下保温，保温时间按“活塞直径/1.5mm”分钟计算，碳势为0.75％。
4.根据权利要求3所述的一种液压破碎锤用20Cr2Ni4活塞的渗碳淬火强化工艺，其特征在于：所述步骤2中，渗碳气氛为氮气、甲醇和丙烷。
5.根据权利要求1所述的一种液压破碎锤用20Cr2Ni4活塞的渗碳淬火强化工艺，其特征在于：所述步骤3中，在氮气气氛保护下缓冷至400℃。
6.根据权利要求1所述的一种液压破碎锤用20Cr2Ni4活塞的渗碳淬火强化工艺，其特征在于：所述步骤4中，将活塞在850±10℃温度下保温，保温时间按“活塞直径/0.75mm”分钟计算，碳势为0.75％，然后油冷，淬火油温60℃，在淬火油中保温时间按“活塞直径/1.5mm”分钟计算。
7.根据权利要求1或6所述的一种液压破碎锤用20Cr2Ni4活塞的渗碳淬火强化工艺，其特征在于：所述步骤4中，淬火处理中使用的淬火油要提前搅拌，在活塞进行淬火前10分钟停止搅拌，在活塞进入淬火油进行淬火后20秒开始继续对淬火油进行搅拌，搅拌频率为20-30Hz。
8.根据权利要求1所述的一种液压破碎锤用20Cr2Ni4活塞的渗碳淬火强化工艺，其特征在于：所述步骤5中，将活塞置于冷处理炉中，将温度降至-100℃，保温“活塞直径/1.5mm”分钟后，置于室温下，待其恢复到室温。
9.根据权利要求1所述的一种液压破碎锤用20Cr2Ni4活塞的渗碳淬火强化工艺，其特征在于：所述步骤6中，将活塞置于回火炉中，温度为190℃，保温时间按“活塞直径/0.6mm”分钟计算，然后空冷。
10.根据权利要求1所述的一种液压破碎锤用20Cr2Ni4活塞的渗碳淬火强化工艺，其特征在于：所述20Cr2Ni4活塞的材料的化学成分满足GB/T3077-2015标准的规定；所述20Cr2Ni4活塞的材料的冶炼方法是电炉冶炼，电渣重熔精炼，锻造采用自由锻造，锻造比≥3，880-940℃正火。
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