專利名稱：2Cr13熱處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于往復(fù)式壓縮機(jī)用2Cr13材料熱處理工藝領(lǐng)域，適用于所有往復(fù)式壓縮機(jī)采用2Cr13活塞桿熱處理工藝；也可應(yīng)用于要求韌性高、畸變要求嚴(yán)格的機(jī)械設(shè)備零部件。

背景技術(shù)：
目前，往復(fù)式壓縮機(jī)用2Cr13活塞桿熱處理工藝包含鍛壓成型、退火、調(diào)質(zhì)、消應(yīng)力、高頻淬火及低溫回火等熱處理工藝，經(jīng)傳統(tǒng)熱處理的2Cr13材料，沖擊韌性低，經(jīng)常達(dá)不到技術(shù)要求。原消應(yīng)力溫度為350℃保溫6小時(shí)，不能完全消除應(yīng)力，使后序高頻或中頻處理時(shí)產(chǎn)生很大的畸變，導(dǎo)致工件熔化而報(bào)廢。在采用水冷表面淬火時(shí)，容易淬裂。而采用空冷時(shí)，存在硬度不足的問(wèn)題，一般只能達(dá)到HRC45左右。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述傳統(tǒng)技術(shù)的不足，提供一種往復(fù)式壓縮機(jī)用2Cr 13熱處理工藝，解決2Cr13活塞桿采用傳統(tǒng)表面熱處理所產(chǎn)生的裂紋、表面硬化硬度低、韌性差等問(wèn)題。本發(fā)明工藝能提高2Cr13活塞桿表面硬度達(dá)到HRC50以上，耐磨性提高15％，韌性提高10％以上。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的 將2Cr 13材料鍛壓成型、退火、調(diào)質(zhì)、消應(yīng)力、中頻或高頻淬火及低溫回火熱處理。主要步驟如下 (1)將2Cr13材料鍛壓成型。
(2)退火將2Cr13材料置于電阻爐內(nèi)加熱到860℃±10℃保溫2～4小時(shí)，爐冷至350℃出爐或爐冷至750℃±10℃，出爐空冷至室溫。
(3)機(jī)械粗加工后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，電阻爐內(nèi)加熱到960℃～980℃保溫2～5小時(shí)，出爐油冷至150℃～200℃，出油空冷至室溫；再轉(zhuǎn)入回火爐內(nèi)加熱到660℃～690℃保溫2.5～6.5小時(shí)，出爐空冷至室溫。
(4)半精加工后進(jìn)行580℃～590℃保溫3～5小時(shí)的消應(yīng)力處理，爐冷或空冷至室溫；粗磨留量0.60～0.90毫米。
(5)粗磨加工后進(jìn)行中頻或高頻淬火處理，感應(yīng)加熱到1000℃～1020℃，采用0.05～0.6MPa壓縮空氣噴射進(jìn)行冷卻，淬硬層深1.5～2.5毫米，淬火后進(jìn)行校直處理；然后，在200℃～220℃回火，保溫時(shí)間1～2小時(shí)，出爐空冷至室溫，硬度HRC50以上。
所述壓縮空氣為空氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后的高壓氣體，也可采用高壓氮?dú)鈬娚淅鋮s；壓縮空氣的壓力為0.05～0.6MPa。
本發(fā)明工藝與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果 1、提高表面硬度和耐磨性，降低產(chǎn)生淬火裂紋。用本發(fā)明工藝處理的2Cr 13材料，表面硬度值達(dá)到HRC50以上，表面層深達(dá)1.5毫米以上。傳統(tǒng)高頻淬火表面硬度值僅在HRC45左右；傳統(tǒng)高頻淬火表面形成的是淬火馬氏體組織，經(jīng)過(guò)低溫回火使用；若采用空冷淬火，硬化層金相組織存在15％左右的鐵素體，所以硬度低；若加熱到1000℃～1020℃采用噴液冷卻，加熱溫度高存在隱形淬火裂紋危險(xiǎn)或是直接產(chǎn)生裂紋；由于本發(fā)明采用了壓縮空氣進(jìn)行表面淬火，可以避免隱形淬火裂紋或是直接裂紋的產(chǎn)生，并且可以把硬度提高到HRC50以上；由于提高了表面的硬化層硬度，因此也提高了耐磨性15％以上(表1)。
2、采用580℃～590℃保溫3～5小時(shí)空冷或爐冷的穩(wěn)定化工藝，2Cr13鋼并沒(méi)有明顯的韌性下降趨勢(shì)(表3)；穩(wěn)定化工藝采用空冷或爐冷，一個(gè)重要的原因在于調(diào)質(zhì)序時(shí)，本發(fā)明采用960℃～980℃保溫2～5小時(shí)淬火工藝，這一溫度在2Cr13鋼的亞溫淬火區(qū)內(nèi)；亞溫淬火的一個(gè)明顯特點(diǎn)即是提高各種鋼的低溫沖擊韌性。亞溫淬火后得到了少量游離鐵素體+馬氏體+彌散分布的極細(xì)小的殘余奧氏體組織；P、Sn、Sb、As等有害雜質(zhì)集中在鐵素體晶內(nèi)，而不能在原奧氏體晶界上析出，極細(xì)小的奧氏體使裂紋擴(kuò)展變得困難，從而使2Cr13鋼的沖擊韌性沒(méi)有明顯降低(表3)；采用580℃～590℃保溫3～5小時(shí)空冷或爐冷的穩(wěn)定化工藝，充分消除了加工應(yīng)力等各種應(yīng)力，因此在高頻或中頻淬火時(shí)能保證工件的畸變量。(表4) 3、對(duì)2Cr13活塞桿采用亞溫?zé)崽幚砑夹g(shù)后，工件韌性指標(biāo)沖擊功提高10％以上(表2)；由于采用了亞溫淬火，產(chǎn)生了少量細(xì)小針狀鐵素體，分布于殘余奧氏體晶粒內(nèi)，這樣，P、Sn、Sb、As等有害雜質(zhì)集中在鐵素體晶內(nèi)，在奧氏體晶粒內(nèi)部的細(xì)小針狀鐵素體和針狀?yuàn)W氏體相間分布形成“晶粒邊界效應(yīng)”，減弱了有害的促進(jìn)脆性的雜質(zhì)元素在原奧氏體晶界的分布，從而減低了脆性傾向；亞溫淬火的溫度較常規(guī)淬火溫度低很多，這樣就抑制了晶粒的長(zhǎng)大，淬火后不能形成粗大的殘余奧氏體晶粒，增加了晶界的表面積，界面能也就有了很大的提高，并且單位面積內(nèi)的雜質(zhì)含量也就自然降低；在脆斷時(shí)，就需要很高的能量，脆性表現(xiàn)也就不明顯；由機(jī)理可知，回火脆性是一個(gè)受擴(kuò)散控制的過(guò)程，這就是說(shuō)產(chǎn)生第二類回火脆性必須在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間保溫情況下才能表現(xiàn)出來(lái)；從圖1中可以看出，在室溫下韌性指標(biāo)最低值需要在脆化溫度區(qū)間內(nèi)保溫近100個(gè)小時(shí)，而本發(fā)明采用580℃～590℃保溫3～5小時(shí)空冷或是爐冷的穩(wěn)定化工藝，是不能使AKu值有明顯的下降的(如表3)。



圖1為Cr鋼在回火脆性溫度內(nèi)的AKu值與回火時(shí)間的關(guān)系示意圖； 圖2為亞溫淬火、670℃回火后金相照片； 圖3為0.2MPa壓縮空氣淬火后金相照片。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明熱處理工藝是將2Cr13活塞桿置于電阻爐內(nèi)加熱到860℃±10℃保溫2～4小時(shí)，爐冷至350℃出爐或爐冷至750±10℃出爐空冷至室溫。機(jī)械加工后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，電阻爐內(nèi)加熱到960℃～980℃保溫2～5小時(shí)，出爐油冷至150℃～200℃，出油空冷至室溫；再轉(zhuǎn)入回火爐內(nèi)加熱到660℃～690℃保溫2.5～6.5小時(shí)，出爐空冷至室溫；半精加工后進(jìn)行580℃～590℃保溫3～5小時(shí)的消應(yīng)力處理，爐冷或空冷至室溫；粗磨留量0.60～0.90毫米；進(jìn)行中頻或高頻淬火處理，感應(yīng)加熱到1000℃～1020℃，采用壓力在0.05～0.6MPa壓縮空氣噴射冷卻，淬硬層深1.5～2.5毫米，淬火后進(jìn)行校直處理；然后，在200℃～220℃回火，保溫時(shí)間1～2小時(shí)，出爐空冷至室溫，硬度HRC50以上。
本發(fā)明的工藝路線 鍛壓-退火-粗加工-調(diào)質(zhì)-半精加工-消應(yīng)力-粗磨-中頻或高頻淬火-回火-精加工 實(shí)施例1 本實(shí)施例具體步驟如下 (1)常規(guī)鍛壓； (2)退火860℃±10℃保溫2小時(shí)，爐冷至350℃出爐空冷至室溫； (3)常規(guī)機(jī)加工； (4)調(diào)質(zhì)處理960℃保溫2.5小時(shí)，出爐油冷至150℃，出油空冷至室溫，轉(zhuǎn)入回火爐內(nèi)加熱到660℃保溫3小時(shí)，出爐空冷至室溫； (5)常規(guī)半精加工一般用于零件幾何公差要求比較高時(shí)，為了給精加工留下較小的加工余量的切削，可根據(jù)零件公差要求及加工材料特點(diǎn)靈活使用； (6)消應(yīng)力處理580℃～590℃保溫3小時(shí)的消應(yīng)力處理，爐冷至室溫； (7)常規(guī)粗磨； (8)高頻淬火處理感應(yīng)加熱到1000℃噴射壓縮空氣淬火； (10)回火處理200℃回火，保溫時(shí)間1小時(shí)； (11)常規(guī)精加工。
經(jīng)過(guò)淬火處理的淬硬層深1.5～2毫米，復(fù)合處理后的硬度HRC50以上。
表1.樣品在具體試驗(yàn)條件下測(cè)得的摩擦磨損數(shù)據(jù)
表2.經(jīng)不同溫度淬火及回火的沖擊功(單位J) 表2中的數(shù)值均為室溫下測(cè)得。
表3.經(jīng)調(diào)質(zhì)及不同穩(wěn)定處理的沖擊功(單位J)
表3中的沖擊功均為室溫下數(shù)值。
表4.采用不同穩(wěn)定處理高中頻淬火后的變形量(單位mm)
圖1為Cr鋼在回火脆性溫度內(nèi)的AKu值與回火時(shí)間的關(guān)系示意圖；其中，橫坐標(biāo)為小時(shí)，縱坐標(biāo)為沖擊功(J)。圖2為亞溫淬火、670℃回火后金相照片(500倍)；圖3為0.2MPa壓縮空氣淬火后金相照片(500倍)。
實(shí)施例2 與實(shí)施例1不同之處在于 (1)常規(guī)鍛壓； (2)退火860℃±10℃保溫3小時(shí)，爐冷至750℃±10℃，出爐空冷至室溫； (3)常規(guī)機(jī)加工； (4)調(diào)質(zhì)處理970℃保溫3.5小時(shí)，出爐油冷至175℃，出油空冷至室溫，轉(zhuǎn)入回火爐內(nèi)加熱到675℃保溫4.5小時(shí)，出爐空冷至室溫； (5)常規(guī)半精加工一般用于零件幾何公差要求比較高時(shí)，為了給精加工留下較小的加工余量的切削，可根據(jù)零件公差要求及加工材料特點(diǎn)靈活使用； (6)消應(yīng)力處理580℃～590℃保溫4小時(shí)的消應(yīng)力處理，爐冷至室溫； (7)常規(guī)粗磨； (8)高頻淬火處理感應(yīng)加熱到1010℃噴射壓縮空氣淬火； (10)回火處理210℃回火，保溫時(shí)間1.5小時(shí)； (11)常規(guī)精加工。
經(jīng)過(guò)淬火處理的淬硬層深2～2.5毫米，復(fù)合處理后的硬度HRC50以上。
實(shí)施例3 (1)常規(guī)鍛壓； (2)退火860℃±10℃保溫4小時(shí)，爐冷至750℃±10℃，出爐空冷至室溫； (3)常規(guī)機(jī)加工； (4)調(diào)質(zhì)處理980℃保溫5小時(shí)，出爐油冷至200℃，出油空冷至室溫，轉(zhuǎn)入回火爐內(nèi)加熱到690℃保溫6.5小時(shí)，出爐空冷至室溫； (5)常規(guī)半精加工一般用于零件幾何公差要求比較高時(shí)，為了給精加工留下較小的加工余量的切削，可根據(jù)零件公差要求及加工材料特點(diǎn)靈活使用； (6)消應(yīng)力處理580℃～590℃保溫5小時(shí)的消應(yīng)力處理，爐冷至室溫； (7)常規(guī)粗磨； (8)高頻淬火處理感應(yīng)加熱到1020℃噴射壓縮空氣淬火； (10)回火處理220℃回火，保溫時(shí)間2小時(shí)； (11)常規(guī)精加工。
經(jīng)過(guò)淬火處理的淬硬層深1.5～2.5毫米，復(fù)合處理后的硬度HRC50以上。
實(shí)例結(jié)果表明，采用本發(fā)明熱處理工藝，可以解決2Cr13活塞桿采用傳統(tǒng)表面熱處理所產(chǎn)生的裂紋、硬化硬度低、沖擊韌性差等問(wèn)題。本發(fā)明能夠完全防止傳統(tǒng)高頻淬火產(chǎn)生淬火裂紋，提高表面硬度達(dá)到HRC50以上，提高耐磨性15％，韌性提高10％以上。
實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明不但可用在活塞桿上，而且可以用在所有采用2Cr13材料，要求硬度高、沖擊韌性高、畸變要求嚴(yán)格的機(jī)械零件上。
權(quán)利要求
1.一種2Cr13熱處理工藝，其特征在于該工藝包括以下步驟
(1)2Cr13材料的鍛壓成型；
(2)2Cr13材料的調(diào)質(zhì)處理，在960℃～980℃保溫2～5小時(shí)，出爐油冷至150℃～200℃，出油空冷至室溫；再進(jìn)行660℃～690℃回火2.5～6.5小時(shí)，出爐空冷至室溫；
(3)機(jī)械加工后將2Cr13材料進(jìn)行表面中頻或高頻淬火，感應(yīng)加熱到1000℃～1020℃，采用壓縮空氣進(jìn)行噴射冷卻。
2.按權(quán)利要求1所述的2Cr13熱處理工藝，其特征在于經(jīng)過(guò)淬火處理的淬硬層深1.5～2.5毫米，復(fù)合處理后的硬度HRC50以上。
3.按權(quán)利要求1所述的2Cr13熱處理工藝，其特征在于在步驟(2)中，調(diào)質(zhì)處理之前，進(jìn)行退火處理，在860℃±10℃保溫2～4小時(shí)，爐冷至750℃±10℃，出爐空冷至室溫。
4.按權(quán)利要求1所述的2Cr13熱處理工藝，其特征在于在步驟(3)中，機(jī)械加工后，可進(jìn)行消應(yīng)力處理580℃～590℃保溫3～5小時(shí)，爐冷或空冷至室溫。
5.按權(quán)利要求1所述的2Cr13熱處理工藝，其特征在于在步驟(3)中，中頻或高頻淬火后進(jìn)行校直，再進(jìn)行200℃～220℃回火處理，保溫時(shí)間1～2小時(shí)，出爐空冷至室溫。
6.按權(quán)利要求1所述的2Cr13活塞桿熱處理工藝，其特征在于，在步驟(3)中，淬火冷卻介質(zhì)為0.05～0.6MPa壓縮空氣進(jìn)行噴射冷卻。
全文摘要
本發(fā)明屬于往復(fù)式壓縮機(jī)用2Cr13活塞桿熱處理工藝領(lǐng)域，適用于所有往復(fù)式壓縮機(jī)采用2Cr13活塞桿熱處理工藝，也可應(yīng)用于要求韌性高、需要后序表面熱處理的機(jī)械設(shè)備。本發(fā)明可以解決2Cr13活塞桿采用傳統(tǒng)熱處理所產(chǎn)生沖擊韌性低、長(zhǎng)軸類零件高頻淬火變形大、淬裂及工件殘余應(yīng)力大等問(wèn)題。本發(fā)明包括2Cr13活塞桿的鍛壓成型、退伙、調(diào)質(zhì)、穩(wěn)定化、中頻或高頻淬火及低溫回火；采用本工藝，能完全防止傳統(tǒng)熱處理工藝存在的殘余應(yīng)力無(wú)法消除、高頻淬火工件畸變嚴(yán)重等缺點(diǎn)，是長(zhǎng)軸類工件的理想熱處理工藝。
文檔編號(hào)C21D1/56GK101608252SQ20081001190
公開(kāi)日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2008年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月18日
發(fā)明者曲德毅 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)(集團(tuán))有限公司