熱處理正火工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬熱處理范疇，尤其涉及一種適用于40CrH鋼及類似合金結構鋼小尺寸零件高正火硬度技術要求的熱處理正火工藝。
【背景技術】
[0002]40CrH鋼及類似合金結構鋼廣泛應用于齒輪、軸、傳動軸、轉向節(jié)等零件的制造。其作為傳動件時表面熱處理后的機械服役，對心部的強度性能要求較高。某公司渦輪軸材料為40CrH鋼，毛坯尺寸為Φ 24 X 270 (mm)，材料技術要求為冷拉后正火，正火硬度為20?26HRC(洛氏硬度)。40CrH的Ac3臨界溫度(加熱時鐵素體轉變?yōu)閵W氏體的終了溫度)為788°C，若按正常的正火工藝加熱到Ac3+30?50°C保溫后強迫空冷得到的硬度范圍為195?220HB (布氏硬度)，換算成洛氏硬度或實際洛氏測量，其硬度均小于20HRC，不符合產品設計要求。若采用等溫正火工藝，空氣的比熱容為1.3KJ/M3°C，熱傳導系數為0.024W/M0C，鋼鐵的比熱容約4290KJ/M3°C，熱傳導系數為50W/M°C，兩者差距巨大，要將10Kg鋼鐵從900°C冷卻到650°C，需550°C熱空氣大約60?80m3/s流速，顯然，此工藝參數在目前技術狀況下難以控制和實現(xiàn)，并且目前熱處理設備制造商不可能制造出生產實用型的等溫正火設備。所以將40CrH直接正火至20?26HRC硬度要求實際生產中無法操作。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術問題是通過對40CrH及類似合金結構鋼小尺寸零件采用熱處理正火的復合熱處理工藝，實現(xiàn)將正火硬度控制到20?26HRC范圍的正火硬度要求。
[0004]本發(fā)明主要采用以下技術方案:
[0005]一種熱處理正火工藝，所述工藝包括:
[0006]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 ;
[0007]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，使材料硬度調至20?26HRC內，其中回火溫度為第二溫度；
[0008]第三步，回火出爐后通過水冷冷卻。
[0009]優(yōu)選地，所述第一步正火中進行強迫風冷。
[0010]進一步地，所述強迫風冷為快速冷卻，冷卻時間在2分鐘內，材料出冷卻后表面溫度低于200°C。
[0011]優(yōu)選地，所述第一溫度范圍為900?920°C。
[0012]進一步地，所述第三步中冷卻為快速冷卻，冷卻時間為I分鐘，材料出水溫度為250。。。
[0013]本發(fā)明以40CrH鋼的過冷奧氏體等溫轉變動力學曲線，及臨界溫度Ac3 = 788°C，Arl = 665°C為理論依據，采用較高溫度900?920°C加熱保溫。加熱溫度提高，合金元素更多溶入奧氏體中，奧氏體成分愈加均勾，增加了過冷奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線右移，以適當的風冷速度實現(xiàn)過冷奧氏體轉變。當增大強迫風冷速度時，材料硬度達到了 26?35HRC，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，感應淬火加熱時相變溫度不一致，相變時體積熱膨漲不同，導致中頻感應淬火裂紋傾向性增加。
[0014]針對正火后不同的硬度范圍(即不同上貝氏體含量)，制定對應的不同的去應力回火溫度，分解不平衡相上貝氏體和高密度珠光體，將硬度調整至20?26HRC。回火出爐后零件采用快速水冷，避免了回火脆性。
【具體實施方式】
[0015]一種熱處理正火工藝，所述工藝包括:
[0016]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 ;
[0017]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，使材料硬度調至20?26HRC內，其中回火溫度為第二溫度；
[0018]第三步，回火出爐后通過水冷冷卻。
[0019]所述第一步正火中進行強迫風冷。
[0020]所述強迫風冷為快速冷卻，冷卻時間在2分鐘內，材料出冷卻后表面溫度低于200。。。
[0021]所述第一溫度范圍為900?920 °C。
[0022]所述第三步中冷卻為快速冷卻，冷卻時間為I分鐘，材料出水溫度為250°C。
【主權項】
1.一種熱處理正火工藝，所述工藝包括:第一步，通過正火使材料40CrH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40CrH的臨界溫度Ac3以上50°C，第一溫度范圍為900?920°C;其中在本步驟正火中還需進行快速冷卻，冷卻時間在2分鐘內，材料40CrH出冷卻后表面溫度低于200°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，使材料硬度調至20?26HRC內，其中回火溫度為第二溫度；第二溫度根據第一步正火后的硬度選取，當正火后硬度范圍為26?30HRC時，第二溫度范圍為570?590 °C;當正火后硬度范圍為31?33HRC時，第二溫度范圍為590?610°C ;當正火后硬度彡34HRC，第二溫度范圍為620?630°C ;第三步，回火出爐后通過水冷快速冷卻，冷卻時間為I分鐘，材料出水溫度為2500C。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于40CrH鋼及類似合金結構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，使材料硬度調整至20～26HRC內，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及類似合金結構鋼零件實現(xiàn)將正火硬度控制到20～26HRC范圍，并能消除不平衡組織，實現(xiàn)材料穩(wěn)定的強度、韌性機械性能組合。
【IPC分類】C21D1/28, C21D6/00
【公開號】CN105714044
【申請?zhí)枴緾N201410740218
【發(fā)明人】秦海鵬
【申請人】青島泰威機床有限公司