專利名稱：鉻錳硅系低合金結(jié)構(gòu)鋼熱處理上貝氏體淬火強化工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼鐵材料低合金結(jié)構(gòu)鋼的熱處理技術(shù)。
背景技術(shù)：
鋼鐵材料30CrMnSiA、35CrMnSiA、20CrMnSiA、25CrMnSiA等鉻錳硅系鋼種目前傳 統(tǒng)的熱處理強化工藝方法是首先將鉻錳硅系鋼通過熱處理加熱設(shè)備升溫加熱， 一般加熱 至880°C 士1(TC保溫一段時間，鉻錳硅系鋼在88(TC下發(fā)生奧氏體晶粒形核、長大，最后完 全轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體晶粒，隨著保溫時間的推移，奧氏體晶粒內(nèi)合金元素得到均勻化，奧氏體晶 粒長大。在隨后的常規(guī)熱處理淬火工藝方法有兩種第一種是介質(zhì)冷卻淬火，介質(zhì)一般是 熱處理淬火油或水，以及一些有機淬火介質(zhì)。奧氏體化后的鉻錳硅系鋼經(jīng)介質(zhì)淬火冷卻后， 奧氏體直接轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。材料得到強化，再按照對材料的硬度、機械性能要求選擇不同的 回火溫度和回火時間進行回火處理。第二種是下貝氏體等溫淬火，奧氏體化后的鉻錳硅系 鋼，在溫度為16(TC至28(TC之間的某一溫度段，在等溫硝鹽槽中冷卻并保溫一段時間后得 到一定量的下貝氏體組織，隨后出槽水冷或空冷得到淬火馬氏體、下貝氏體、殘余奧氏體的 混合組織，再根據(jù)材料的硬度和機械性能要求進行回火溫度和回火時間的選擇并完成回火 處理。以上兩種常規(guī)的鉻錳硅系鋼種淬火工藝對沖擊韌性的提高有限，也是目前最常見的 淬火工藝強化方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了進一步大幅度提高鉻錳硅系鋼種的沖擊韌性，同時也維持高的抗拉伸強度和 屈服強度。本發(fā)明提出一種全新的鉻錳硅系低合金結(jié)構(gòu)鋼上貝氏體淬火強化工藝方法，該 工藝方法是在鉻錳硅系鋼種材料奧氏體化后，奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變前，在某一等溫溫度段 孕育生核生成的上貝氏體，上貝氏體呈細片狀，形成一片上貝氏體， 一片奧氏體，又一片上 貝氏體，又一片奧氏體，交替排列而組成的雙相組織，等溫結(jié)束后， 一片一片的奧氏體區(qū)域 發(fā)生奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變，得到馬氏體和上貝氏體復相組織。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)工藝方案是 將材料為30CrMnSiA、35CrMnSiA、20CrMnSiA、25CrMnSiA等鉻錳硅系鋼種制成的 零件通過熱處理加熱設(shè)備(如鹽浴爐、箱式電阻爐、真空爐等)升溫至88(TC，根據(jù)零件最大 截面積大小保溫一定時間后，將零件迅速淬入溫度為360°C 士1(TC硝鹽槽中，保溫60分鐘 結(jié)束后，又將零件從硝鹽槽中取出，快速轉(zhuǎn)移至水中淬火冷卻，冷卻時間視零件大小、厚薄 而定， 一般小而薄的零件水中冷卻1-2分鐘，形狀大而厚的零件水中冷卻達2-5分鐘，然后， 將零件放入硝鹽回火爐中(或井式電阻爐、真空回火爐等)回火，回火溫度視零件所需要的 硬度而決定，一般采用中溫回火，即回火溫度在36(TC 42(TC范圍內(nèi)，回火保溫時間為60 分鐘至90分鐘。零件回火結(jié)束后采用水冷，冷卻時間2-5分鐘，整個上貝氏體淬火強化工 藝結(jié)束。 本發(fā)明的上貝氏體淬火強化機理是將鉻錳硅系鋼種制成的零件通過熱處理加熱
3設(shè)備(如鹽浴爐、箱式電阻爐、網(wǎng)帶式加熱爐、真空爐等)升溫加熱至88(TC后，保溫一段時 間，使零件金相組織完全奧氏體化，在保溫過程中，碳原子和合金元素在奧氏體晶粒內(nèi)充分 擴散，使鉻錳硅系鋼的奧氏體得到均勻化，88(TC奧氏體均勻化結(jié)束，鉻錳硅系鋼零件迅速 淬火等溫硝鹽槽中，硝鹽槽溫度360°C ± l(TC ，零件在硝鹽槽中保溫60分鐘，在這一溫度段 36(TC，等溫60分鐘過程中，奧氏體晶粒中部分發(fā)生奧氏體向上貝氏體轉(zhuǎn)變，這種轉(zhuǎn)變不是 均勻的轉(zhuǎn)變，而是局部的轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變得到的上貝氏體極薄，它形貌呈片狀，在奧氏體晶粒內(nèi) 形成一層上貝氏體， 一層奧氏體，又一層上貝氏體，又一層奧氏體，上貝氏體與奧氏體層層 相疊，在一個奧氏體晶粒中，有很多個不同生長方向的上貝氏體——奧氏體混合層。鉻錳硅 系鋼零件在36(TC等溫60分鐘完成后，零件從等溫硝鹽槽出爐轉(zhuǎn)而進入水槽中急冷，在奧 氏體晶粒內(nèi)的層狀奧氏體迅速轉(zhuǎn)變成為馬氏體，原來的一層上貝氏體一層奧氏體，又一層 上貝氏體，又一層奧氏體變?yōu)橐粚由县愂象w一層馬氏體，又一層上貝氏體，又一層馬氏體， 再加上一些殘余奧氏體.隨后的中溫回火(36(TC 42(TC范圍)又將這些片狀馬氏體區(qū) 域轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹎象w區(qū)，但是片狀馬氏體區(qū)域的特征被遺留或繼承下來。在零件受到大的 沖擊載荷作用下，裂紋通過傳統(tǒng)熱處理工藝淬火加回火得到的奧氏體晶粒內(nèi)兩個回火屈氏 體區(qū)域遠比穿越數(shù)個片狀回火屈氏體區(qū)和上貝氏體區(qū)容易得多，這一微觀裂紋擴展機理使 回火屈氏體與上貝氏體混合組織具有高強度時，也具有高的沖擊韌性，提高沖擊韌性78 % 以上。參見圖1A和圖IB，圖中，I是裂紋，2是回火屈氏體區(qū)，3是奧氏體晶界，4是上貝氏 體。本發(fā)明的有益效果是在同一種材質(zhì)同一種形狀規(guī)格的零件上，在零件經(jīng)歷不同熱處理 工藝后得到相同的硬度水平下，通過本工藝方法在保持相同的屈服強度和拉伸強度的前提 下，可極大地提高30CrMnSiA、35CrMnSiA、20CrMnSiA、25CrMnSiA等鉻錳硅系鋼種的沖擊韌 性和塑性，由其是沖擊韌性可高于傳統(tǒng)工藝二倍。


圖1A是普通及傳統(tǒng)熱處理零件淬火回火后，零件內(nèi)部微裂紋擴散機理圖。
圖1B是本發(fā)明采用的上貝氏體淬火后零件內(nèi)部微裂紋擴散機理圖。
圖2是本發(fā)明的熱處理工藝曲線圖； 圖3是普通及傳統(tǒng)熱處理，30CrMnSiA于88(TC奧氏體化、油冷淬火，500°C回火90 分鐘水冷處理后的金相組織圖(500 X 5 %硝酸酒精腐蝕)。 圖4是30CrMnSiA于880。C奧氏體化，280。C等溫30分鐘水冷，300。C回火90分鐘 水冷處理后的金相組織圖(500 X 5 %硝酸酒精腐蝕)。 圖5是本發(fā)明上貝氏體淬火強化熱處理，30CrMnSiA于88(TC奧氏體化，硝鹽槽 360 °C等溫60分鐘水冷，380 °C回火60分鐘水冷后的金相組織圖(500 X 5 %硝酸酒精腐 蝕)；
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明進一步說明。 以熱處理零件"導引"為例，零件材料30CrMnSiA，技術(shù)要求熱處理后硬度 34HRC-40HRC ;底平面平面度《0. 30毫米；在兩端尺寸100毫米處，底平面平面度《0. 50毫 米；尺寸95. 5+°'87。，27. 2+°'28。
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結(jié)合工藝圖2，將零件用鐵絲捆綁好后，垂直放入鹽浴爐中，鹽浴爐控制溫度為 88(TC，零件保溫時間為12分鐘，保溫結(jié)束后立即將導引淬入等溫硝鹽槽中，硝鹽槽溫度控 制在36(TC，零件在硝鹽槽中保溫時間在60分鐘，保溫結(jié)束，將結(jié)構(gòu)件迅速轉(zhuǎn)入水槽中水冷 卻，水冷卻時間為2分鐘，水溫控制在0°C _301:，然后將零件放入硝鹽回火爐中進行回火， 硝鹽回火爐溫度控制在380°C 士1(TC范圍內(nèi)，零件回火時間為60分鐘至90分鐘，回火結(jié)束 后，零件進入冷水槽中水冷卻，水冷卻時間為1至2分鐘，水溫控制在0°C -30°C。
30CrMnSiA采用常用傳統(tǒng)熱處理淬火回火工藝和本發(fā)明上貝氏體強化工藝性能對 比見表1 ，金相組織比較見圖3、圖4、圖5。 表1 :30CrMnSiA兩種傳統(tǒng)淬火工藝與本發(fā)明工藝上貝氏體等溫淬火力學性能對 比。
工藝類別o s (Mpa)o b (Mpa)6(% )V (% )Akv (MJ/M2)洛氏硬度
傳統(tǒng)熱處理 油淬火工藝 ①11801290145176. 339HRC
傳統(tǒng)熱處理 28(TC等溫 淬火工藝②1310147013515745HRC
本專利上貝 氏體強化工 藝③1040124085513639HRC 注①傳統(tǒng)熱處理油淬火工藝為88(TC加熱，油冷卻淬火，回火50(TC，60分鐘至 90分鐘，回火結(jié)束后水冷卻。 ②傳統(tǒng)熱處理28(TC等溫淬火工藝為88(TC加熱，28(TC等溫40分鐘，等溫結(jié)束后 水冷，回火300°C ， 60分鐘至90分鐘，回火結(jié)束后水冷卻。 ③本發(fā)明上貝氏體強化工藝為88(TC加熱，36(TC等溫60分鐘，等溫結(jié)束后水冷 卻，回火380°C ±10°C，回火時間60分鐘至90分鐘，回火結(jié)束后水冷卻。
權(quán)利要求
鉻錳硅系低合金結(jié)構(gòu)鋼熱處理上貝氏體淬火強化工藝，其特征在于將鉻錳硅系鋼零件在880℃奧氏體化后淬入360℃±10℃的等溫硝鹽爐中保溫60分鐘，保溫結(jié)束后，又將零件轉(zhuǎn)入水中淬火冷卻，然后，零件轉(zhuǎn)入硝鹽回火爐中或其它熱處理電爐中回火，回火溫度380℃±10℃，回火保溫時間為60分鐘至90分鐘，回火結(jié)束后零件水冷，整個熱處理工序結(jié)束；所述鉻錳硅系鋼為30CrMnSiA、35CrMnSiA、20CrMnSiA或25CrMnSiA。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉻錳硅系低合金結(jié)構(gòu)熱處理上貝氏體淬火強化工藝，其特征 在于所述零件在水中淬火冷卻的冷卻時間視零件大小、厚薄而定，在l-5分鐘，對于小而 薄的零件水中冷卻1-2分鐘，形狀大而厚的零件水中冷卻2-5分鐘。
全文摘要
本發(fā)明提出一種鉻錳硅系低合金結(jié)構(gòu)鋼的上貝氏體淬火強化工藝，它是將材料30CrMnSiA在880℃奧氏體化后淬入上貝氏體形成區(qū)的某一特定溫度段，保溫一定的特定時間后，材料轉(zhuǎn)入水中冷卻淬火，然后，再轉(zhuǎn)入硝鹽回火爐中或其它熱處理電爐進行某一特定溫度回火，回火時間為60分鐘至90分鐘，回火結(jié)束后材料水冷。本發(fā)明在保持相同硬度、相同的屈服強度、相同的拉伸強度下，提高沖擊韌性78％以上。
文檔編號C21D1/18GK101724736SQ200910191929
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者付在再 申請人:重慶長安工業(yè)(集團)有限責任公司