CN108277449B - 一种对低碳合金钢工件进行渗碳淬火的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对低碳合金钢工件进行渗碳淬火的热处理方法，包括如下步骤：(1)对工件表面清洗后，对工件非工作面的表面进行防渗处理；(2)加热到温之后，保温一段时间，然后在该温度下对工件进行渗碳处理和扩散处理；(3)随后降温，淬火保持；(4)将零件直接出炉空冷；(5)在进行了车碳层及去应力回火后，对工件进行淬火；(6)将工件下油淬火；(7)最后进行二次低温回火。本工艺是通过对低碳合金钢所加工制造的工件进行表面渗碳处理，从而提高工件的表面硬度，降低产品的碳化物，增加产品的使用寿命。并且通过对产品渗碳以及淬火工艺的改善，提高产品的使用性能。本发明克服了一般传统热处理工艺所造成碳化物过多、过大而影响产品寿命及使用性能的难题，在保证产品的性能的前提下尽量降低产品表面的残奥，控制产品的变形。
Description
技术领域
本发明涉及低碳合金钢工件的热处理方法，具体涉及一种对低碳合金钢工件进行渗碳淬火的热处理方法。
背景技术
众所周知，内齿环是机械设备中关键的零部件，它具有传动准确、结构紧凑、使用寿命长等优点，并且对于机械同步起到关键作用。这就使得内齿环的精度要求极高，内齿环精度的细微偏差对机械设备的影响巨大。
对于大型的内齿环而言，其在工作的时候，表面载荷较大，所以对其表面硬度要求很高，硬化层深度要求较深。而在工件工作时，对其芯部的韧性要求很高，并且产品芯部也要有足够的强度。所以一般会采用低碳合金钢，因为其淬透性相比高中碳钢而言较低，但是其淬火后的表面硬度不会很高，故会对其先进行表面渗碳，然后进行淬火，如此在提高表面硬度的同时，芯部硬度也可以达到所理想的水平。这样一来，既保证表面使用强度，也保证了工件的使用韧性。这是现在对此类内齿环的主流处理方法。
整个大型内齿环一般的工艺路线为，锻造、正火、粗加工、渗碳(防渗)、渗碳、高温回火、车碳层、去应力回火、淬火、低温回火、精加工等一系列工艺流程。对于大型内齿环而言，由于精度要求极高，这对于产品尺寸控制的难度就很大。而其加工工艺中，热处理工艺过程对于产品的使用性能，变形尺寸控制难度最大。
目前热处理的主要工艺为：对低碳合金钢进行表面渗碳处理，在通过高温回火、车碳层后，去应力回火、再进行淬火。在渗碳段产品一般会低于500℃出炉，强渗碳势1.2±0.05％，扩散碳势0.8±0.05％。并且在车碳层及去应力回火后820-830℃淬火。
此工艺有以下不足：1.低碳合金钢在渗碳后低于500℃出炉时，产品容易生成大量碳化物，产品有大量碳化物的情况下工作容易发生断裂。2.渗碳碳势较高时同样会带来，碳化物过于粗大的危险。3.淬火以及其保温时的温度过低，难以提高产品的芯部硬度，降低了产品的使用寿命，而温度过高又将提高产品表面的残奥，降低了产品的表面硬度，并且会增大产品的变形。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种对低碳合金钢工件进行渗碳淬火的热处理方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种对低碳合金钢工件进行渗碳淬火的热处理方法，包括如下步骤：
(1)对工件表面清洗后，对工件非工作面的表面进行防渗处理；对工件非工作面的表面进行防渗处理是因为非工作面不需要太高强度，要保持一定的韧性。
(2)加热到设定温度之后，保温一段时间，然后在该温度下对工件进行渗碳处理和扩散处理；对产品表面进行渗碳。
(3)随后降温至淬火温度进行保温；
(4)将工件直接出炉空冷；将零件直接出炉空冷是因为在炉内降温缓慢，容易形成大量碳化物。
(5)对工件进行车碳层及去应力回火；
(6)对工件进行淬火处理；
(7)将工件下油淬火；
(8)最后进行二次低温回火，充分消除产品残余应力。
所述步骤(2)中和所述步骤(3)中，全程通入甲醇和液化气。甲醇在渗碳工艺中起到稀释剂的作用，液化气作为渗碳过程中的渗碳剂。
上述的方法，优选的，所述渗碳处理的碳势为1.0±0.05％；所述扩散处理的碳势为0.7±0.05％。所述渗碳处理的碳势和扩散处理的碳势均低于此类工艺的一般碳势，目的是为了控制产品碳化物。
上述的方法，优选的，所述渗碳和扩散温度为920±5℃。温度过高造成产品晶粒粗大，降低产品的机械性能；温度过低会使渗碳速率降低，增加生产成本。
上述的方法，优选的，所述渗碳与扩散处理前的保温时间为40±5分钟；所述渗碳与扩散处理的时间比为3∶2。扩散时间过长会使产品表面碳浓度降低，达不到技术要求，时间过短，碳元素得不到扩散，会使产品表面形成碳化物，故渗碳与扩散处理的时间比为3∶2最佳。保温时间可根据产品大小作出调整，目的是使产品整体温度均匀。
上述的方法，优选的，所述淬火温度为860±5℃，淬火保持60±5分钟。此温度根据材料而定，温度过低，产品不能完全奥氏体化，难以在淬火后达到所需硬度，温度过高产品晶粒粗大影响产品的机械性能。而保温时间是根据产品大小而决定的。
上述的方法，优选的，所述步骤(2)中和所述步骤(3)中，甲醇的通入流量为3.5±0.5L/h。
上述的方法，优选的，所述步骤(6)中，所述淬火处理过程，首先采用一次均热600±5℃，保温60±5分钟，起到预热作用，使得工件在奥氏体化温度下热透；然后采用二次均热820±5℃，保温150±5分钟，使产品奥氏体化；最后采用三次均热840±5℃，保温5±1分钟，使得产品表面淬火温度提高，而芯部不到温，控制产品的芯部硬度。
上述的方法，优选的，所述在一次均热600±5℃过程中，由氮气保护；所述在二次均热820±5℃及三次均热840±5℃过程中，全程通入甲醇和液化气，甲醇的通入流量为3.5±0.5L/h；所述在二次均热820±5℃及三次均热840±5℃过程中，碳势为0.7±0.05％，防止产品脱碳。
上述的方法，优选的，所述步骤(7)中，所述淬火油温为60±5℃，所述油中保持时间为30±5min。油温过高，降低了产品的淬透性，芯部难以达到技术要求，而油温过低，冷速过快，会使得产品在淬火时有淬裂的风险。
上述的方法，优选的，所述步骤(8)中，所述二次低温回火的参数分别为：温度190±5℃，时间360±5min；温度170±5℃，时间240±5min。低温回火，保证产品的使用硬度，消除产品在淬火时产生的应力。
本工艺是通过对低碳合金钢所加工制造的工件进行表面渗碳处理，从而提高工件的表面硬度，降低产品的碳化物，增加产品的使用寿命。并且通过对产品渗碳以及淬火工艺的改善，提高产品的使用性能。本发明克服了一般传统热处理工艺所造成碳化物过多、过大而影响产品寿命及使用性能的难题，在保证产品的性能的前提下尽量降低产品表面的残奥，控制产品的变形。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.本发明可以有效的降低产品的碳化物。
2.本发明通过对淬火温度及淬火保温温度的控制，尽可能减小产品的变形并且保证产品的性能要求。
3.本发明可以有效的提高产品的使用性能，以及产品的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1本发明工艺的第一阶段，渗碳过程。
图2本发明工艺的第二阶段，淬火过程。
图3本发明工艺处理过的产品的表面金相组织图片。(表面组织无明显碳化物，放大200倍观察)
图4本发明工艺处理过的产品的表面金相组织图片。(表面组织无明显碳化物，放大500倍观察)
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
对某公司所生产的大型内齿环进行渗碳并且淬火的加工，材质为18CrNiMo，在该公司进行了预备热处理以及粗加工后，首先对产品进行表面清洗，在对产品清洗后，对于产品非工作面的表面进行防渗处理。进行渗碳过程，如图1所示，设备采用井式渗碳炉进行加工，在渗碳温度为920±5℃，首先在加热到温之后，保温40分钟，使产品整体温度均匀。然后在920℃±5℃进行渗碳处理，时间设置为1200分钟，碳势需要调整至1.0±0.05％，再在同样温度下进行扩散处理，设置时间为800分钟(渗碳与扩散的时间比为3∶2)，碳势需要调整至0.7±0.05％，在结束渗碳扩散阶段后降低温度至860℃保温60分钟，此时需要在860℃直接出炉空冷。在渗碳和扩散阶段，全程通入甲醇和液化气。
在客户公司进行了车碳层及去应力回火后，对产品进行淬火处理，如图2所示，首先对产品均热600±5℃，保温60分钟，此阶段由氮气保护，然后均热820±5℃，保温150分钟，最后均热840±5℃，保温5分钟，这两个阶段全程通入甲醇和液化气，在820±5℃及840±5℃过程中碳势为0.7±0.05％，淬火油温60℃，油中保持30分钟，并且油中高速搅拌。最后进行二次低温回火，温度190℃，时间360min；温度170℃，时间240min。
本发明工艺处理过的产品的表面金相组织，如图3和图4所示。
最终检测结果表面硬度HRC61，硬化层深2.55mm，残奥马氏体4级，芯部铁素体2级，碳化物1级，产品热后变形符合客户要求。
Claims (7)
1.一种对低碳合金钢工件进行渗碳淬火的热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）对工件表面清洗后，对工件非工作面的表面进行防渗处理；
（2）加热到设定温度之后，保温一段时间，然后在该温度下对工件进行渗碳处理和扩散处理；所述渗碳处理的碳势为1.0±0.05%；所述扩散处理的碳势为0.7±0.05%；所述渗碳与扩散处理前的保温时间为40±5分钟；所述渗碳与扩散处理的时间比为3∶2；
（3）随后降温至淬火温度进行保温；
（4）将工件直接出炉空冷；
（5）对工件进行车碳层及去应力回火；
（6）对工件进行淬火处理；所述淬火处理过程，首先一次均热600±5℃，保温60±5分钟，然后二次均热820±5℃，保温150±5分钟，最后三次均热 840±5℃，保温5±1分钟；
（7）将工件下油淬火；
（8）最后进行二次低温回火；
所述步骤（2）中和所述步骤（3）中，全程通入甲醇和液化气。
2.根据权利要求1所述的对低碳合金钢工件进行渗碳淬火的热处理方法，其特征在于，所述步骤（2）中，所述渗碳和扩散温度为920±5℃。
3.根据权利要求1或2所述的对低碳合金钢工件进行渗碳淬火的热处理方法，其特征在于，所述步骤（3）中，所述淬火温度为860±5℃，淬火保持60±5分钟。
4.根据权利要求1或2所述的对低碳合金钢工件进行渗碳淬火的热处理方法，其特征在于，所述步骤（2）中和所述步骤（3）中，甲醇的通入流量为3.5±0.5 L/h。
5.根据权利要求1所述的对低碳合金钢工件进行渗碳淬火的热处理方法，其特征在于，所述在一次均热600±5℃过程中，由氮气保护；所述在二次均热820±5℃及三次均热840±5℃过程中，全程通入甲醇和液化气，甲醇的通入流量为3.5±0.5L/h；所述在二次均热820±5℃及三次均热840±5℃过程中，碳势为0.7±0.05%。
6.根据权利要求1或2所述的对低碳合金钢工件进行渗碳淬火的热处理方法，其特征在于，所述步骤（7）中，所述淬火油温为60±5℃，所述油中保持时间为30±5min。
7.根据权利要求1或2所述的对低碳合金钢工件进行渗碳淬火的热处理方法，其特征在于，所述步骤（8）中，所述二次低温回火的参数分别为：温度190±5℃，时间360±5min；温度170±5℃，时间240±5min。
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