CN1304624C - 机械零件表面补碳的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机械零件表面补碳的工艺方法，其特征在于包括对待补碳的零件的材质，结构特点及其截面原始碳浓度差别的分析和设计补碳工艺的步骤；根据工艺要求进行装炉，加热、加碳势和进行补碳的步骤，其工艺参数为780～900℃，0.3%～1.05%CP，5～20h；根据工艺要求进行风机快冷或炉冷，降温后进行一次淬火+低温回火处理和/或中频淬火的步骤以及对上述工件进行硬度检验和/或试棒剥皮检验的步骤。本法具有简单、经济、适用范围广的特点，对不同材质和不同脱碳程度的重型和大型零件均能成功补碳，为大型设备零件的质量修复开辟了新的途径。
Description
技术领域
本发明涉及使用气体的黑色金属渗碳，尤其涉及机械零件表面补碳(补充渗碳)的工艺方法。
背景技术
机械零件常常会因各种原因导致工件表面脱碳，脱碳会造成硬度不足而使零件面临报废。对于小型零件尚可考虑报废另作，但对于重大型机械零件则必须采取补救措施，加以挽救。挽救的方法因脱碳和加工进程的不同而异。对于脱碳层超过加工余量的工件，可在渗碳气氛中增碳，这称之为表面补碳。采用表面补碳工艺可成功挽救这类工件，利用气体渗碳工艺对工件补碳及补碳后的复合热处理，是返修不合格产品的一种简便经济的办法。这种工艺引起了业界同行的广泛关注。
发明内容
本发明的提出，目的在于设计一种适用于重大型机械零件的满足其机械性能、金相组织和变形控制要求的补碳及其后处理的工艺方法。
本发明的技术解决方案是这样实现的：一种机械零件表面补碳的工艺方法，其特征在于包括：
(1)对待补碳零件的材质、结构特点及其截面原始碳浓度差别的分析和设计补碳工艺的步骤；
(2)根据工艺要求进行装炉、加热、加碳势和进行补碳的步骤，其工艺参数为：780～900℃，0.3％～1.05％CP，5～20h；
(3)根据工艺要求进行风机快冷或炉冷，降温后进行一次淬火+低温回火处理和/或中频淬火的步骤；所述的降温后一次淬火+低温回火的工艺参数为830～860℃，油冷后转空冷，再在160～400℃低温回火；
(4)对上述零件进行硬度检验和/或试样剥皮检验的步骤。
与现有技术相比较，本发明的优点是显而易见的，主要表现在：
(1)对不同材质的表面脱碳的机械零件均可采用此法成功补碳，使因脱碳而硬度不足的大型零件得到挽救，避免造成经济损失。
(2)对不同含碳量的钢制零件，均可使脱碳后的表面层恢复到原来成分，脱掉几毫米，能补几毫米。
(3)通过本法形成的渗碳层浓度梯度正好过渡衔接，使其溶为一体，补碳与脱碳层结合良好，无重皮现象。
附图说明
图1是本发明的20CrNi2MoA，齿轮轴补碳及其热处理工艺曲线图。
图2是本发明的45#碳结钢导辊的补碳及其热处理工艺曲线图。
具体实施方式
实施例1 20CrNi2MoA钢制渗碳齿轮轴(规格∮589X2422)，经渗碳后降温直接一次淬火+高温回火+二次淬火，低温回火后，因硬度不合格，又进行一次淬火。发现质量仍不合格，不能达到技术要求，主要是齿面硬度偏低。技术要求齿面硬度HRC57～62，而实测硬度值为HRC48～55。这批齿轮轴成品重达5.5吨，已经两次淬火，如果再处理不好，即使硬度达到要求，变形超差也只能报废。
因此，要挽救这些齿轮轴，仅允许有一次的淬火机会，如再不成功，只有报废了。如何抓住最后一次机会处理成功，就作为关键问题提出来了。经过分析，我们认为经两次淬火后的齿轮轴，已造成齿面脱碳，致使表面因含碳量不足而引起硬度偏低。所以，必须对该齿轮轴进行补碳后再进行淬火，以达到零件的质量要求。
发明人考虑将以往的渗碳后的两次淬火改为一次淬火，并相应选取了补碳工艺。将渗碳温度调整为900℃，这是考虑减少淬火加热冷却造成的变形。采用风机启动快冷至840℃，且安排在扩散降碳势1小时后进行淬火，扩散期碳势控制在(0.85±0.1)％，有利于避免形成网状碳化物，降温淬火可减少残余奥氏体量和获得渗层细针马氏体组织，并保证硬度合格。
经检测，最终结果是：
变形量：测公法线最大变形量0.18MM，最小变形量0.04MM，满足图纸要求。
齿面硬度：三支齿轮轴分别为：HRC59、HRC57、HRC55.6
该批三支齿轮轴被从报废的边缘成功挽救了。
实施例2 45#碳结钢12支导辊，规格∮220X462，调质硬度为HB260～280，因工序安排不当，造成表面脱碳，故中频淬火后硬度过低，技术要求硬度HRC40～45，而实测只能达到HRC20～30。鉴于生产周期，该批导辊只能挽救回用，不能报废。
由于加工留量仅剩0.1MM左右，采用表面补碳淬火，则变形量大，有可能导致报废。为此，必须提出既能防变形和过热，又能达到补碳目的的热处理工艺，以达到挽救此批零件之目的。
补碳工艺过程及参数为：
a、渗碳温度：打破常规920～930℃渗碳，修改为860℃渗碳，目的是减少变形，也避免晶粒长大。
b、淬火介质：因该工件材质不是渗碳钢，为保证导辊在调质后的性能，采用油淬。
c、碳势控制：45#钢的平均碳含量约为0.45％，补碳时也应控制在45#钢的成份范围，不能超标，不能改变原材质成份。鉴于渗碳后期还需扩散，故设定渗碳时碳势为0.5％。处理时，炉内带35#钢试棒检查碳势及渗层深度，要求渗碳层达到1.0MM，表面碳浓度为0.5％。分析检验结果：做剥皮实验：试棒表面0～0.2MM，C％＝0.44％；试棒表面0.2～0.5MM，C％＝0.47％均在合格范围。
渗碳层深度：1.3MM。
渗碳后油淬，表面硬度实测HB280～300，用400℃回火，然后转中频表面淬火。采用500KW中频淬火设备，选f＝2000Hz，功率为200KW连续加热表淬。回火后硬度为HRC40～45。
Claims (1)
1、一种机械零件表面补碳的工艺方法，其特征在于包括：
(1)对待补碳零件的材质、结构特点及其截面原始碳浓度差别的分析和设计补碳工艺的步骤；
(2)根据工艺要求进行装炉、加热、加碳势和进行补碳的步骤，其工艺参数为：780～900℃，0.3％～1.05％CP，5～20h；
(3)根据工艺要求进行风机快冷或炉冷，降温后进行一次淬火+低温回火处理和/或中频淬火的步骤；所述的降温后一次淬火+低温回火的工艺参数为830～860℃，油冷后转空冷，再在160～400℃低温回火；
(4)对上述零件进行硬度检验和/或试样剥皮检验的步骤。
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