提高16MnCr5零件使用壽命的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種提高16MnCr5零件使用壽命的方法，它包括以下工藝步驟：步驟一：退火熱處理；步驟二：氮碳共滲。本發(fā)明將16MnCr5零件采用退火熱處理，使得其金相組織為：塊狀鐵素體+粒狀珠光體+珠光體，在后續(xù)的氮碳共滲過程中氮、碳原子是沿晶滲入擴散，由于退火熱處理后16MnCr5零件的金相組織中的粒狀珠光體細化了基體晶粒，能夠有效加快氮化擴散速度，提高氮化深度，從而提高硬化層深度。在氮碳共滲時第一階段氮化與第二階段氮化溫度不變或者變化不大，通過變化氨分解率來控制硬化層深度以及含氮化合層的深度。從而使得在低成本的工藝方法下提高了16MnCr5零件的使用壽命。
【專利說明】提高16MnCr5零件使用壽命的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種提高16MnCr5零件使用壽命的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]16MnCr5是從德國引進的鋼種，相當于我國15CrMn鋼，但力學(xué)性能要優(yōu)于15CrMn鋼，有較好的淬透性和切削性，對較大截面零件，熱處理后能得到較高表面硬度和耐磨性，低溫沖擊韌度也較高。16MnCr5鋼經(jīng)滲碳淬火后使用，可以用于制造液壓閥以及配流盤等零部件。然而對于如今日新月異的科技發(fā)展，傳統(tǒng)的16MnCr5零件使用壽命雖然較普通材料來說較高，但是表面耐磨性以及脆性在特殊場合以及惡劣工礦下還存在不足，導(dǎo)致16MnCr5零件使用壽命還有待提聞。
[0003]為了提高16MnCr5零件的使用壽命，需要對16MnCr5零件表面進行氮碳共滲，加強16MnCr5零件表面硬化層深度以提高其耐磨性,然而傳統(tǒng)的16MnCr5零件的氮碳共滲硬化層的深度一般為0.25、.3mm,表面硬度達到550HV5左右,表面含氮化合層的深度遠大于25 μ m。而為了提高16MnCr5零件的使用壽命，需要同時控制16MnCr5零件氮碳共滲后的耐磨性以及脆性要求，為了達到耐磨性以及脆性要求，需要控制氮碳共滲硬化層的深度大于
0.4mm,表面含氮化合層(白亮層)的深度低于25 μ m。
[0004]傳統(tǒng)的做法是在氮碳共滲前對零件進行調(diào)質(zhì)和正火處理(正火處理后16MnCr5零件的金相組織如圖1所示)，通過調(diào)質(zhì)和正火處理之后的氮碳共滲處理的表面硬化層深度無法滿足大于0.4_的要求。即使通過提高氮碳共滲時氮化的溫度，增加氮化的時間，使得表面硬化層的深度合格了，但是表面含氮化合層的深度會遠大于25 μ m,增加了表面脆性，偏離了設(shè)計的初衷，而且采用調(diào)質(zhì)成本高，增加氮化時間也無形的提高了生產(chǎn)成本。因此需要尋求一種低成本的提高16MnCr5零件使用壽命的方法尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種低成本的提高16MnCr5零件使用壽命的方法。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
一種提高16MnCr5零件使用壽命的方法，它包括以下工藝步驟:
步驟一:退火熱處理 步驟二:氮碳共滲
對步驟一退火熱處理完成之后的16MnCr5零件進行氮碳共滲，氮碳共滲的工藝步驟如
下:
1、將16MnCr5零件上料至氮碳共滲爐,進行預(yù)氧化；
2、氮碳共滲爐進行升 溫至T22=545~555°C；
3、氮碳共滲爐溫度保持在T23=54 5飛55 °C，進行第一階段氮化，控制氨分解率為30~40%，CO2流量為130~150L/h，第一階段氮化時間為t23=23(T250min ；4、氮碳共滲爐溫度保持在T24=545飛55°C，進行第二階段氮化，控制氨分解率為50~60%，CO2流量為130~150L/h，第二階段氮化時間為t24=350~370min ；
5、氮碳共滲爐停止加熱，氨氣流量減少至0.5^0.8m3/h，停止通入CO2，啟動風機冷卻至180°C以下，16MnCr5零件出爐。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是: 本發(fā)明將16MnCr5零件采用退火熱處理，使得其金相組織為:塊狀鐵素體+粒狀珠光體+珠光體，在后續(xù)的氮碳共滲過程中氮、碳原子是沿晶滲入擴散，由于退火熱處理后16MnCr5零件的金相組織中的粒狀珠光體細化了基體晶粒，能夠有效加快氮化擴散速度，提高氮化深度，從而提高硬化層深度。在氮碳共滲時第一階段氮化與第二階段氮化溫度不變或者變化不大，通過變化氨分解率來控制硬化層深度以及含氮化合層的深度。從而使得最終的16MnCr5零件表面硬化層深度大于0.4mm,表面硬度達到68(T720HV5，表面含氮化合層小于25 μ m，在低成本的工藝方法下提高了 16MnCr5零件的使用壽命。且由于16MnCr5零件表面硬化層深度較傳統(tǒng)工藝提高較大，使得在后續(xù)的機加工中可增加磨削余量，更好保持產(chǎn)品精度，以增加了機加工的磨量，降低機加工的報廢率，節(jié)約成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為傳統(tǒng)16MnCr5零件正火處理后的金相組織結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2為本發(fā)明提高16MnCr5零件使用壽命的方法的16MnCr5零件退火處理后的金相組織結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖3為本發(fā)明提高16MnCr5零件使用壽命的方法的退火爐內(nèi)溫度時間曲線圖。
[0011]圖4為本發(fā)明提高16MnCr5零件使用壽命的方法的氮碳共滲爐內(nèi)溫度時間曲線圖。
【具體實施方式】
[0012]參見圖疒圖4，本發(fā)明涉及的一種提高16MnCr5零件使用壽命的方法，它包括以下工藝步驟:
步驟一:退火熱處理
對16MnCr5零件進行退火熱處理，退火熱處理的工藝步驟如下:
1、退火爐升溫至Tn=70(T72(rC，升溫時間為tn=12(Tl50min；
2、退火爐在T12=70(T720°C的溫度范圍保溫，保溫時間為t12=24(T300min；
3、退火爐隨爐降溫至T13=50(T520°C，降溫時間為t13=15(Tl80min；
退火熱處理后16MnCr5零件的金相組織如圖2所示，此時16MnCr5零件材料的金相組織為:塊狀鐵素體+粒狀珠光體+珠光體，對于傳統(tǒng)的正火熱處理的金相組織為:塊狀鐵素體+珠光體。
[0013]氮碳共滲過程中氮、碳原子是沿晶滲入擴散，退火熱處理后16MnCr5零件的金相組織中的粒狀珠光體細化了基體晶粒，能夠有效加快氮化擴散速度，而正火和調(diào)質(zhì)均不能細化基體晶粒，不能提聞氣化速度。
[0014]步驟二:氮碳共滲
對步驟一退火熱處理完成之后的16MnCr5零件進行氮碳共滲，氮碳共滲的工藝步驟如下:
1、將16MnCr5零件上料至氮碳共滲爐，氮碳共滲爐溫度控制在T21=36(T37(TC，在該溫度下16MnCr5零件進行預(yù)氧化,預(yù)氧化時間為t21=25~35min ；
2、氮碳共滲爐進行升溫至T22=545~555°C，升溫時間t22=2(T30min；
3、氮碳共滲爐溫度保持在T23=5 4 5飛55°C，進行第一階段氮化，氨氣流量為3~3.5m3/h，控制氨分解率為30~40%，CO2流量為130~150L/h，第一階段氮化時間為t23=23(T250min ；
4、氮碳共滲爐溫度保持在T24=545飛55°C，進行第二階段氮化，氨氣流量為2~2.5m3/h，控制氨分解率為50~60%，CO2流量為130~150L/h，第二階段氮化時間為t24=35(T370min ；
5、氮碳共滲爐停止加熱，氨氣流量減少至0.5^0.8 m3/h，停止通入CO2，啟動風機快冷至180°C以下，16MnCr5零件出爐。
[0015]第一階段氮化較第二階段氮化的氨分解率低，也就是在第一階段氮化壁第二階段氮化的活性氮成分高，在第一階段氮化時活性氮進行強滲，在硬化層深度得到提高的同時使得含氮化合層深度提高也較快，第二階段氮化時相對來說活性氮成分較少，含氮化合層深度提高較慢，在硬化層深度得到提高的同時含氮化合層深度提高較慢，最終使得處理后的16MnCr5零件表面含氮化合層得到控制，從而在耐磨性得到保證的同時控制脆性。
[0016]實施例1、
采用上述的工藝步驟對16MnCr5零件進行處理，各個步驟的工藝參數(shù)如下:
步驟一:退火熱處理
1、Tn=700°C，tn=120min；
2、T12=700°C，t12=240min；
3、T13=500°C，t13=150min；
步驟二:氮碳共滲
I λ T21=360°C, t21=25min ；
2、T22=545°C，t22=20min；
3、T23=545°C，氨氣流量為3.5m3/h，控制氨分解率為30%，CO2流量為130L/h，t23=230min ；
4、T24=545°C，氨氣流量為2.5m3/h，控制氨分解率為50，CO2流量為130L/h，t24=350min ；
5、氨氣流量為0.8m3/h。
[0017]實施例1處理后的16MnCr5零件表面硬化層深度為0.43mm，表面硬度為680HV5，含氮化合層深度為22 μ m。
[0018]實施例2、
采用上述的工藝步驟對16MnCr5零件進行處理，各個步驟的工藝參數(shù)如下:
步驟一:退火熱處理 UTn=710°C, tn=130min ；
2、T12=710°C,t12=260min ；
3、T13=510°C，t13=160min；
步驟二:氮碳共滲
I λ T21=365°C, t21=30min ；2、T22=550°C，t22=25min；
3、T23=550°C，氨氣流量為3.2m3/h，控制氨分解率為35%，CO2流量為140L/h，t23=240min ；
4、T24=550°C，氨氣流量為3.3m3/h，控制氨分解率為55%，CO2流量為140L/h，t24=360min ；
5、氨氣流量為3.6m3/h。
[0019]實施例2處理后的16MnCr5零件表面硬化層深度為0.45mm，表面硬度為690HV5，含氮化合層深度為20 μ m。
[0020]實施例3、
采用上述的工藝步驟對16MnCr5零件進行處理，各個步驟的工藝參數(shù)如下:
步驟一:退火熱處理 l、Tn=720°C，tn=150min ；
2λ T12=720°C, t12=300min ；
3、T13=520dC，t13=180min ；
步驟二:氮碳共滲
1、T21=370oC，t21=35min；
2、T22=555°C，t22=30min；
3、T23=55 5°C，氨氣流量為3m3/h，控制氨分解率為40%，CO2流量為150L/h，t23=2 5 0min ；
4、T24=555°C，氨氣流量為2m3/h，控制氨分解率為60%，CO2流量為150L/h，t24=370min；
5、氨氣流量為0.5m3/h。
[0021]實施例3處理后的16MnCr5零件表面硬化層深度為0.48mm，表面硬度為720HV5，含氮化合層深度為17 V- m。
[0022]實施例4、
采用上述的工藝步驟對16MnCr5零件進行處理，各個步驟的工藝參數(shù)如下:
步驟一:退火熱處理
1、Tn=705°C，tn=130min；
2λ T12=705°C, t12=250min ；
3、T13=505dC，t13=155min ；
步驟二:氮碳共滲
I λ T21=362°C, t21=26min ；
2、T22=548°C，t22=22min；
3、T23=548°C，氨氣流量為3.4m3/h，控制氨分解率為32%，CO2流量為135L/h，t23=235min ；
4、T24=555°C，氨氣流量為2.4m3/h，控制氨分解率為53%，CO2流量為135L/h，t24=355min ；
5、氨氣流量為0.7m3/h。
[0023]實施例4處理后的16MnCr5零件表面硬化層深度為0.46mm,表面硬度為690HV5，含氮化合層深度為21 μ m。
[0024]實施例5、采用上述的工藝步驟對16MnCr5零件進行處理，各個步驟的工藝參數(shù)如下:
步驟一:退火熱處理 UTn=710°C, tn=130min ；
2、T12=710°C,t12=260min ；
3、T13=510°C，t13=160min；
步驟二:氮碳共滲 1、T21=365°C, t21=30min ；
2> T22=550°C, t22=25min ；
3、T23=55 0°C，氨氣流量為3m3/h，控制氨分解率為40%，CO2流量為150L/h，t23=2 5 0min ；
4、T24=555°C，氨氣流量為2m3/h，控制氨分解率為60%，CO2流量為150L/h，t24=370min；
5、氨氣流量為0.7m3/h。
[0025]實施例5處理后的16MnCr5零件表面硬化層深度為0.48mm,表面硬度為720HV5，含氮化合層深度為17 V- m。
[0026]實施例6、
采用上述的工藝步驟對16MnCr5零件進行處理，各個步驟的工藝參數(shù)如下:
步驟一:退火熱處理
1、Tn=715°C，tn=140min；
2、T12=715°C,t12=280min ；
3、T13=515°C，t13=175min；
步驟二:氮碳共滲
I λ T21=368°C, t21=34min ；
2、T22=548°C，t22=28min；
3、T23=548°C，氨氣流量為3.lm3/h，控制氨分解率為38%，CO2流量為145L/h，t23=245min ；
4、T24=555°C，氨氣流量為2.2m3/h，控制氨分解率為58%，CO2流量為145L/h，t24=365min ；
5、氨氣流量為0.6m3/h。
[0027]實施例6處理后的16MnCr5零件表面硬化層深度為0.46mm，表面硬度為715HV5，含氮化合層深度為18 μ m。
【權(quán)利要求】
1.一種提高16MnCr5零件使用壽命的方法，其特征在于它包括以下工藝步驟: 步驟一:退火熱處理 步驟二:氮碳共滲 對步驟一退火熱處理完成之后的16MnCr5零件進行氮碳共滲，氮碳共滲的工藝步驟如下: (1)、將16MnCr5零件上料至氮碳共滲爐,進行預(yù)氧化； (2)、氮碳共滲爐進行升溫至T22=545~555°C； (3)、氮碳共滲爐溫度保持在T23=545飛55°C，進行第一階段氮化，控制氨分解率為30~40%，CO2流量為130~150L/h，第一階段氮化時間為t23=23(T250min ； (4)、氮碳共滲爐溫度保持在T24=545飛55°C，進行第二階段氮化，控制氨分解率為50~60%，CO2流量為130~150L/h，第二階段氮化時間為t24=350~370min ； (5)、氮碳共滲爐停止加熱，氨氣流量減少至0.5^0.8m3/h，停止通入CO2，啟動風機冷卻至180°C以下，16MnCr5零件 出爐。
【文檔編號】C21D1/26GK103526213SQ201310492502
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月21日
【發(fā)明者】陳紅衛(wèi), 段勛, 陳文 , 李根亮, 王小龍 申請人:無錫鷹貝精密軸承有限公司