專利名稱：：熱處理正火工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于金屬熱處理范疇，尤其涉及一種適用于40CrH鋼及類似合金結(jié)構(gòu)鋼小尺寸零件高正火硬度技術(shù)要求的熱處理正火工藝。
背景技術(shù)：
：40CrH鋼及類似合金結(jié)構(gòu)鋼廣泛應(yīng)用于齒輪、軸、傳動軸、轉(zhuǎn)向節(jié)等零件的制造。其作為傳動件時表面熱處理后的機(jī)械服役，對心部的強(qiáng)度性能要求較高。某公司渦輪軸材料為40CrH鋼，毛坯尺寸為①24X270(mm)，材料技術(shù)要求為冷拉后正火，正火硬度為2026HRC(洛氏硬度)。40CrH的Aq臨界溫度(加熱時鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的終了溫度)為78『C，若按正常的正火工藝加熱到Ac3+305(TC保溫后強(qiáng)迫空冷得到的硬度范圍為195220HB(布氏硬度)，換算成洛氏硬度或?qū)嶋H洛氏測量，其硬度均小于20HRC，不符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。若采用等溫正火工藝，在理論上，如圖1的C曲線(過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)曲線，溫度-時間曲線)，零件在奧氏體化后，冷卻曲線通過68055(TC之間，可以實(shí)現(xiàn)正火硬度2026HRC。但正火在實(shí)際生產(chǎn)中，空氣的比熱容為1.3KJ/M^C，熱傳導(dǎo)系數(shù)為0.024W/M°C，鋼鐵的比熱容約4290KJ/M3°C，熱傳導(dǎo)系數(shù)為50W/M°C，兩者差距巨大，要將lOOKg鋼鐵從90(TC冷卻到650°C，需55(TC熱空氣大約6080m3/s流速，顯然，此工藝參數(shù)在目前技術(shù)狀況下難以控制和實(shí)現(xiàn)，并且目前熱處理設(shè)備制造商不可能制造出生產(chǎn)實(shí)用型的等溫正火設(shè)備。所以將40CrH直接正火至2026HRC硬度要求實(shí)際生產(chǎn)中無法操作。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是通過對40CrH及類似合金結(jié)構(gòu)鋼小尺寸零件采用熱處理正火的復(fù)合熱處理工藝，實(shí)現(xiàn)將正火硬度控制到2026HRC范圍的正火硬度要求。本發(fā)明主要采用以下技術(shù)方案—種熱處理正火工藝，所述工藝包括第一步，通過正火使材料硬度大于等于26HRC，材料組織中出現(xiàn)珠光體和上貝氏體；其中將材料加熱到第一溫度，所述第一溫度至少大于材料的臨界溫度Ac3以上50°C;第二步，通過回火分解正火組織中的部分珠光體和上貝氏體，使材料硬度調(diào)至2026HRC內(nèi)，其中回火溫度為第二溫度；第三步，回火出爐后通過水冷冷卻。優(yōu)選地，所述第一步正火中進(jìn)行強(qiáng)迫風(fēng)冷。進(jìn)一步地，所述強(qiáng)迫風(fēng)冷為快速冷卻，冷卻時間在2分鐘內(nèi)，材料出冷卻后表面溫度低于20(TC。優(yōu)選地，所述第一溫度范圍為900920°C。優(yōu)選地，所述第二步中，第二溫度根據(jù)第一步正火后的硬度按下表選取3正火后硬度(服c)回火溫度范圍CC)26305705903133590610》34620630進(jìn)一步地，所述第三步中冷卻為快速冷卻，冷卻時間為1分鐘，材料出水溫度為250°C。本發(fā)明以40CrH鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)曲線，溫度-時間曲線(見圖1)及臨界溫度Ac3=788°C，A巧=665t:為理論依據(jù)，采用較高溫度90092(TC加熱保溫。加熱溫度提高，合金元素更多溶入奧氏體中，奧氏體成分愈加均勻，增加了過冷奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線右移，以適當(dāng)?shù)娘L(fēng)冷速度實(shí)現(xiàn)過冷奧氏體轉(zhuǎn)變。當(dāng)增大強(qiáng)迫風(fēng)冷速度時，材料硬度達(dá)到了2635HRC，離散性大，并且組織中出現(xiàn)了上貝氏體。上貝氏體具有明顯的方向性，硬度較高。在機(jī)加工過程中，因其和珠光體的硬度差異，形成被加工性能的不同，所以在后道加工幾何尺寸精度的離散性很大，造成搓齒加工累積誤差不合格。同時，因上貝氏體和珠光體體積密度不同，感應(yīng)淬火加熱時相變溫度不一致，相變時體積熱膨漲不同，導(dǎo)致中頻感應(yīng)淬火裂紋傾向性增加。針對正火后不同的硬度范圍(即不同上貝氏體含量)，制定對應(yīng)的不同的去應(yīng)力回火溫度，分解不平衡相上貝氏體和高密度珠光體，將硬度調(diào)整至2026HRC?；鼗鸪鰻t后零件采用快速水冷，避免了回火脆性。圖1為40CrH的冷卻特性C曲線。具體實(shí)施例方式本發(fā)明通過以下步驟實(shí)施1.采用網(wǎng)帶式正火爐在90092(TC的范圍內(nèi)加熱，保溫6080分鐘；2.冷卻履帶上采用三個特制風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫風(fēng)冷，單個風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量為40006000m3/h;3.調(diào)整冷卻履帶走速，使材料出水冷卻后表面溫度低于200°C，冷卻時間控制在2分鐘內(nèi)；4.用洛氏硬度檢驗(yàn)正火硬度，根據(jù)正火硬度選擇步驟5中的回火工藝；5.回火溫度根據(jù)正火硬度從下表中選擇，保溫時間6090分鐘；正火后硬度(服c)回火溫度范圍CC)26305705904<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>6.回火出爐后，材料快速水冷至250°C出水，冷卻時間大約為1分鐘；7.用洛氏硬度計(jì)檢驗(yàn)硬度。本發(fā)明所涉及的正火+去應(yīng)力回火的復(fù)合工藝與一般正火工藝相比，正火溫度從86(TC提高至91(TC，并增加了回火及回火后的快速水冷道序。實(shí)際生產(chǎn)中若按正常的正火工藝將40CrH及類似合金結(jié)構(gòu)鋼直接正火至硬度2026HRC是無法實(shí)現(xiàn)的(曾用連續(xù)式推盤正火爐、連續(xù)網(wǎng)帶正火爐，真空氣淬爐、實(shí)驗(yàn)室小箱室爐作過多次正火實(shí)驗(yàn)，無法將正火硬度穩(wěn)定的控制在2026HRC范圍內(nèi))。眾所周知，熱處理正火定義為，將金屬加熱到金屬材料的Ac3+305(TC后在空氣中冷卻。因?yàn)榭諝獾谋葻崛莺蜔醾鲗?dǎo)系數(shù)與鋼鐵相差甚遠(yuǎn)。在實(shí)際生產(chǎn)中，不能在C曲線要求時間段和溫度段中將零件的溫度從90(TC快速冷到650°C，并在65055(TC溫度里保持相變轉(zhuǎn)變時間，所以得不到零件正火硬度為2026HRC的范圍。主要原因是40CrH是一種淬透性比較好的低合金鋼，表面冷速快，出現(xiàn)上貝氏體等非平衡組織，中間出現(xiàn)上貝氏體索氏+體珠光體混合組織，組織上的不均勻?qū)е掠捕壬想x散性大，造成搓齒不合格和中頻感應(yīng)淬火裂紋傾向。本發(fā)明所采用的熱處理正火工藝提高了正火溫度，提高了奧氏體合金元化程度，增加了過冷奧氏體的穩(wěn)定性，推遲了過冷奧氏體向珠光體及上貝氏體的轉(zhuǎn)變，得到細(xì)片狀珠光體(索氏體)+鐵素體+上貝氏體相混合的正火組織。材料正火后硬度穩(wěn)定在2635HRC。經(jīng)過工藝試驗(yàn)驗(yàn)證，根據(jù)正火后的硬度對回火溫度作了分段處理，不同的正火后硬度按不同的回火溫度進(jìn)行回火。經(jīng)過回火，分解了組織中的不平衡相上貝氏體，等軸化鐵素體，可以將硬度調(diào)整至2026HRC范圍內(nèi)，為后期的機(jī)加工和感應(yīng)熱處理提供了良好的組織和硬度，有效地避免了因不平衡組織快速加熱產(chǎn)生的裂紋；提高材料的綜合機(jī)械性能。快速水冷則抑止了第二相的析出，防止了回火脆性。需要指出的是，目前的專業(yè)的等溫正火爐，等溫正火工藝，即使對等溫前的冷速、等溫溫度、裝爐量、熱交換量、冷卻風(fēng)量及介質(zhì)溫度等參數(shù)進(jìn)行精確控制，也不能批量化生產(chǎn)40CrH及類似合金結(jié)構(gòu)鋼零件正火硬度至2026HRC范圍內(nèi)。與目前等溫正火技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢是將40CrH及類似合金結(jié)構(gòu)鋼零件，通過上述工藝，實(shí)現(xiàn)將正火硬度控制到2026HRC范圍，并能消除不平衡組織，實(shí)現(xiàn)材料穩(wěn)定的強(qiáng)度、韌性機(jī)械性能組合。權(quán)利要求一種熱處理正火工藝，所述工藝包括第一步，通過正火使材料硬度大于等于26HRC，材料組織中出現(xiàn)珠光體和上貝氏體；其中將材料加熱到第一溫度，所述第一溫度至少大于材料的臨界溫度Ac3以上50℃；第二步，通過回火分解正火組織中的部分珠光體和上貝氏體，使材料硬度調(diào)至20～26HRC內(nèi)，其中回火溫度為第二溫度；第三步，回火出爐后通過水冷冷卻。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱處理正火工藝，其特征在于所述第一步正火中進(jìn)行強(qiáng)迫風(fēng)冷。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱處理正火工藝，其特征在于所述強(qiáng)迫風(fēng)冷為快速冷卻，冷卻時間在2分鐘內(nèi)，材料出冷卻后表面溫度低于200°C。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱處理正火工藝，其特征在于所述第一溫度范圍為900920°C。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱處理正火工藝，其特征在于所述第二步中，第二溫度根據(jù)第一步正火后的硬度按下表選取正火后硬度(服c)回火溫度范圍CC)26305705903133590610》346206306.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱處理正火工藝，其特征在于所述第三步中冷卻為快速冷卻，冷卻時間為1分鐘，材料出水溫度為250°C。全文摘要本發(fā)明公開了一種適用于40CrH鋼及類似合金結(jié)構(gòu)鋼小尺寸零件的熱處理正火工藝，所述工藝包括第一步，通過正火使材料硬度大于等于26HRC，材料組織中出現(xiàn)珠光體和上貝氏體；其中將材料加熱到第一溫度，所述第一溫度至少大于材料的臨界溫度Ac3以上50℃；第二步，通過回火分解正火組織中的珠光體和上貝氏體，使材料硬度調(diào)整至20～26HRC內(nèi)，其中回火溫度為第二溫度；第三步，回火出爐后通過水冷冷卻。本發(fā)明能將40CrH及類似合金結(jié)構(gòu)鋼零件實(shí)現(xiàn)將正火硬度控制到20～26HRC范圍，并能消除不平衡組織，實(shí)現(xiàn)材料穩(wěn)定的強(qiáng)度、韌性機(jī)械性能組合。文檔編號C21D1/28GK101787416SQ20101012738公開日2010年7月28日申請日期2010年3月18日優(yōu)先權(quán)日2010年3月18日發(fā)明者張紹貽申請人:上海納鐵福傳動軸有限公司