本發(fā)明涉及一種基于優(yōu)化滲碳熱處理工藝制備滲碳層亞微米晶粒，以提高滲碳層抗疲勞性能的方法。

背景技術(shù)：

1、滲碳作為一種表面改性技術(shù)，通過(guò)在滲碳層上形成梯度分布的碳含量，在保持鋼原有韌性和延展性的同時(shí)，提高鋼的表面硬度和抗疲勞性，廣泛應(yīng)用于齒輪和軸承等易損零件。g13cr4mo4ni4v軸承鋼通過(guò)表面滲碳技術(shù)，可以滿足航空部件高溫負(fù)載下穩(wěn)定工作的嚴(yán)苛要求，是現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)主軸軸承的理想材料。

2、滲碳過(guò)程通常采用奧氏體相變點(diǎn)ac3點(diǎn)以上的溫度，原因是奧氏體相區(qū)具有較高的碳溶解度，能在較短的時(shí)間產(chǎn)生較厚的滲碳層。g13cr4mo4ni4v作為高合金鋼，其中的mo、v和cr元素極易與c結(jié)合形成碳化物，產(chǎn)生彌散分布的第二相是滲碳強(qiáng)化的主要機(jī)制之一。受合金元素在晶界富集的影響，g13cr4mo4ni4v鋼長(zhǎng)時(shí)間滲碳時(shí)易形成大尺寸m23c6和m7c3碳化物，甚至產(chǎn)生網(wǎng)狀碳化物，降低材料的抗疲勞性。因此，滲碳后采用高溫淬火及后續(xù)深冷、回火等處理(統(tǒng)稱為滲碳熱處理工藝)，改善滲碳后的組織和性能。

3、通過(guò)細(xì)化晶粒的方法提高材料的力學(xué)性能是一種常用的手段，近年來(lái)學(xué)者們?cè)谠S多工程合金中發(fā)現(xiàn)第二相粒子特別是大于1μm的顆粒，可以通過(guò)粒子刺激成核機(jī)制(psn機(jī)制)加速再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)，細(xì)化晶粒組織、降低織構(gòu)強(qiáng)度，改善材料的組織和力學(xué)性能。滲碳過(guò)程由于相變應(yīng)力和c原子滲入表面引起的晶格膨脹共同作用，使?jié)B碳層產(chǎn)生高應(yīng)力，碳化物的生長(zhǎng)與奧氏體膨脹占據(jù)彼此空間產(chǎn)生較高的界面應(yīng)力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了提高滲碳軸承鋼的抗疲勞性能，而提供一種通過(guò)優(yōu)化滲碳熱處理工藝細(xì)化滲碳層層晶粒的方法。

2、本發(fā)明滲碳鋼抗疲勞細(xì)晶滲碳層的制備方法按照以下步驟實(shí)現(xiàn)：

3、一、制備滲碳層大尺寸碳化物：

4、在低壓真空氣氛對(duì)滲碳鋼進(jìn)行滲碳處理，滲碳處理采用多段脈沖工藝，控制滲碳溫度為950～960℃，多段脈沖工藝由強(qiáng)滲周期和擴(kuò)散周期交替進(jìn)行，在強(qiáng)滲周期通入乙炔和氮?dú)饣旌蠚怏w，控制滲碳處理時(shí)間為25～30h，最后進(jìn)行補(bǔ)充擴(kuò)散處理，滲碳結(jié)束后，通入氮?dú)饫鋮s，得到帶有滲碳層的滲碳鋼；

5、二、淬火制備亞微米晶：

6、對(duì)帶有滲碳層的滲碳鋼進(jìn)行高溫淬火，控制淬火溫度為1050～1120℃，保溫35～45min，保溫結(jié)束后進(jìn)行氮?dú)饫鋮s，得到帶有滲碳層亞微米晶的滲碳鋼；

7、三、深冷和回火工藝：

8、在-70℃～-80℃的溫度下對(duì)帶有滲碳層亞微米晶的滲碳鋼進(jìn)行深冷處理，深冷處理時(shí)間為1.5～2.5h，最后在540～550℃的溫度下保溫回火處理多次，在滲碳鋼表面得到抗疲勞細(xì)晶滲碳層。

9、本發(fā)明提供了一種通過(guò)優(yōu)化滲碳熱處理工藝細(xì)化滲碳層層晶粒的方法，通過(guò)延長(zhǎng)滲碳時(shí)間制備大尺寸碳化物的同時(shí)，提高滲碳層的儲(chǔ)存應(yīng)力。隨后采用高溫淬火，滲碳儲(chǔ)存應(yīng)力釋放作為驅(qū)動(dòng)力，促進(jìn)碳化物的psn刺激再結(jié)晶形核和晶內(nèi)位錯(cuò)移動(dòng)，制備滲碳層再結(jié)晶和亞晶，細(xì)化滲碳層晶粒。隨后的深冷和回火工藝，亞微米晶使馬氏體尺寸細(xì)化，促進(jìn)了碳化物的彌散析出。通過(guò)摩擦磨損試驗(yàn)，證明了亞微米晶的制備使?jié)B碳層的抗疲勞性能提高了近50％。

10、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提高滲碳鋼滲碳層抗疲勞性的細(xì)晶制備方法包括以下有益效果：

11、本發(fā)明提出的一種提高滲碳鋼滲碳層抗疲勞性的細(xì)晶制備方法，通過(guò)優(yōu)化滲碳熱處理工藝制備再結(jié)晶和亞晶，細(xì)化滲碳層晶粒到亞微米級(jí)別。傳統(tǒng)制備再結(jié)晶和亞晶的工藝都是通過(guò)冷變形后升溫或者熱變形等方式，本發(fā)明的方法在不施加外部應(yīng)力的條件下制備再結(jié)晶，節(jié)約了時(shí)間成本和工藝成本。通過(guò)亞微米晶的制備，實(shí)現(xiàn)細(xì)化了晶粒和促進(jìn)碳化物的彌散析出。大幅提高了滲碳層抗疲勞性能，磨損量降低了近50％。

技術(shù)特征：

1.一種滲碳鋼抗疲勞細(xì)晶滲碳層的制備方法，其特征在于該滲碳鋼抗疲勞細(xì)晶滲碳層的制備方法按照以下步驟實(shí)現(xiàn)：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲碳鋼抗疲勞細(xì)晶滲碳層的制備方法，其特征在于步驟一中滲碳鋼為g13cr4mo4ni4v滲碳鋼。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲碳鋼抗疲勞細(xì)晶滲碳層的制備方法，其特征在于步驟一中滲碳鋼預(yù)先經(jīng)過(guò)去應(yīng)力退火處理，去應(yīng)力退火處理是在680℃下保溫3.5～5h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲碳鋼抗疲勞細(xì)晶滲碳層的制備方法，其特征在于步驟一中控制滲碳溫度為960℃。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲碳鋼抗疲勞細(xì)晶滲碳層的制備方法，其特征在于步驟一中乙炔和氮?dú)饣旌蠚怏w中乙炔和氮?dú)獾牧髁勘葹?：1。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲碳鋼抗疲勞細(xì)晶滲碳層的制備方法，其特征在于步驟一中補(bǔ)充擴(kuò)散處理的時(shí)間為4～6h。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲碳鋼抗疲勞細(xì)晶滲碳層的制備方法，其特征在于步驟一中帶有滲碳層的滲碳鋼表面的殘余應(yīng)力為750～850mpa。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲碳鋼抗疲勞細(xì)晶滲碳層的制備方法，其特征在于步驟二中氮?dú)饫鋮s過(guò)程中控制氮?dú)鈬姵鰤毫?bar。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲碳鋼抗疲勞細(xì)晶滲碳層的制備方法，其特征在于步驟三中在-75℃的溫度下對(duì)帶有滲碳層亞微米晶的滲碳鋼進(jìn)行深冷處理，深冷處理時(shí)間為2h。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲碳鋼抗疲勞細(xì)晶滲碳層的制備方法，其特征在于步驟三中在545℃的溫度下保溫2h，冷卻至室溫進(jìn)行回火處理，重復(fù)回火處理三次。

技術(shù)總結(jié)
一種滲碳鋼抗疲勞細(xì)晶滲碳層的制備方法，本發(fā)明為了提高滲碳軸承鋼的抗疲勞性能?？蛊诩?xì)晶滲碳層的制備方法：一、在低壓真空氣氛對(duì)滲碳鋼進(jìn)行滲碳處理，滲碳處理采用多段脈沖工藝，控制滲碳溫度為950～960℃，進(jìn)行補(bǔ)充擴(kuò)散處理，氮?dú)饫鋮s后得到帶有滲碳層的滲碳鋼；二、對(duì)帶有滲碳層的滲碳鋼進(jìn)行高溫淬火，控制淬火溫度為1050～1120℃，得到帶有滲碳層亞微米晶的滲碳鋼；三、在?70℃～?80℃的溫度下對(duì)帶有滲碳層亞微米晶的滲碳鋼進(jìn)行深冷處理，最后在540～550℃的溫度下保溫回火處理多次。本發(fā)明通過(guò)亞微米晶的制備，實(shí)現(xiàn)細(xì)化晶粒和促進(jìn)碳化物彌散析出，提高了滲碳層抗疲勞性能，疲勞極限強(qiáng)度提高了近50MPa。

技術(shù)研發(fā)人員：丁梓峰,馬欣新,王鑠,郭珈旭,周麗娜,付中元,張興洪
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23