一種提高20CrNiMo合金鋼沖擊功的熱處理工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械材料熱處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高20CrNiMo合金鋼沖擊功的熱處理工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]20CrNiMo合金鋼，是中國國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 3077-1999》規(guī)定的一種合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號，統(tǒng)一數(shù)字代號:A50202。
[0003]國標(biāo)中指出，20CrNiMo合金鋼的熱處理工藝具體如下:鍛造溫度1177 °C?1232 0C ;正火溫度:899°C?954°C ;硬度:187HBW ;滲碳溫度:899°C?927°C ;淬火溫度:850°C，冷卻劑:油；回火溫度:200°C，冷卻劑:空氣。獲得的機(jī)械性能如下:沖擊功Akv:彡47J ;沖擊韌性值a kv 59J/cm2。
[0004]由于20CrNiMo合金鋼的淬透性較高，無回火脆性，焊接性相當(dāng)好，形成冷裂的傾向很小，可切削性及冷應(yīng)變塑性良好。一般在調(diào)質(zhì)或滲碳淬火狀態(tài)下使用，常用于制造中小型汽車、拖拉機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)中的齒輪，如汽輪機(jī)的齒輪整轉(zhuǎn)子內(nèi)燃機(jī)連桿汽門截面鍛件。亦可代替12CrNi3鋼制造要求心部性能較高的滲碳件、氰化件，如石油鉆探和冶金露天礦用的牙輪鉆頭的牙爪和牙輪體。
[0005]經(jīng)過長期對國內(nèi)機(jī)械行業(yè)進(jìn)行深入調(diào)研、跟蹤，以及對各類國家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范手冊的研宄學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)目前普遍采用的熱處理工藝為:930°C滲碳，滲碳層深度1.8mm?2.2mm，860°C油淬，200°C回火。但是在實(shí)際的生產(chǎn)使用過程中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)滲碳淬火處理后的20CrNiMo合金鋼作為重要零部件使用時(shí)，卻因其心部韌性較差而經(jīng)常出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，沖擊功Aku較低，通常只有60J左右，嚴(yán)重影響產(chǎn)品使用，并且對市場造成很惡劣的影響。
[0006]由于20CrNiMo合金鋼材料中含有少量Mo元素，提高了材料的抗回火性能；又因Mn含量較高，使奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的上部往右移，使過冷奧氏體更加穩(wěn)定，從而使其淬透性很好；尤其是在同等抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度的條件下，該材料的碳當(dāng)量Cev只有0.6，具有良好的焊接性能，是其他鋼都無法比及的，并且在獲得同等機(jī)械性能及焊接性能的前提下，該材料的經(jīng)濟(jì)性能也是很優(yōu)異的。整體評價(jià)，20CrNiMo合金鋼綜合性能較好，唯獨(dú)沖擊功較低。
[0007]因此，亟需研發(fā)一種提高20CrNiMo合金鋼沖擊功的熱處理工藝，使20CrNiMo合金鋼獲得良好的沖擊功，最終使得合金鋼材料的整體機(jī)械性能大大提高，發(fā)揮更好的適用性能，擁有更廣泛的使用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種提高20CrNiMo合金鋼沖擊功的熱處理工藝。本發(fā)明通過改善20CrNiMo合金鋼的熱處理工藝，解決因沖擊功較低而導(dǎo)致20CrNiMo合金鋼的其他良好性能無法充分發(fā)揮作用的問題，使該材料的適用性能更好，使用范圍更廣。
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種提高20CrNiMo合金鋼沖擊功的熱處理工藝，其特征在于，該工藝包括以下步驟:
[0010]步驟一、滲碳:將20CrNiMo合金鋼在溫度為930°C的條件下進(jìn)行滲碳處理，直至滲碳層的深度為1.4mm?1.7mm為止；
[0011]步驟二、一次淬火:將步驟一中滲碳后的20CrNiMo合金鋼降溫至870°C?890°C，在碳勢為0.8%?0.9%的條件下保溫2.5h后油淬；
[0012]步驟三、一次回火:將步驟二中一次淬火后的20CrNiMo合金鋼升溫至590°C?610 C，保溫3h后空冷；
[0013]步驟四、二次淬火:將步驟三中一次回火后的20CrNiMo合金鋼升溫至830°C?850°C，在碳勢為0.8%?0.9%的條件下保溫3h后油淬；
[0014]步驟五、二次回火:將步驟四中二次淬火后的20CrNiMo合金鋼升溫至190°C?210 C，保溫4h后空冷ο
[0015]上述的一種提高20CrNiMo合金鋼沖擊功的熱處理工藝，其特征在于，步驟一中所述20CrNiMo合金鋼為經(jīng)電渣重熔處理后的合金鋼。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0017]1、本發(fā)明在完全不影響20CrNiMo合金鋼其他力學(xué)性能的原則下，現(xiàn)經(jīng)過對傳統(tǒng)熱處理的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行縝密分析，反復(fù)論證、試驗(yàn)，通過在不同溫度、時(shí)間、介質(zhì)環(huán)境下對金相組織進(jìn)行改變，然后對得到的不同狀態(tài)的試樣進(jìn)行測試、對比、優(yōu)化，使其在熱處理的每一個(gè)環(huán)節(jié)都能獲得較好的組織性能，從而獲得最終良好的性能。
[0018]2、本發(fā)明通過改善20CrNiMo的熱處理工藝，從而獲得良好的沖擊功，最終使20CrNiMo的整體機(jī)械性能大大提高，使該材料的適用性能更好，使用范圍更廣，這是低碳合金鋼熱處理工藝技術(shù)方面突破性的改革，也是我國材料科學(xué)技術(shù)方面的一個(gè)重要里程碑，彌補(bǔ)了長久以來和發(fā)達(dá)國家在材料熱處理方面的差距。本發(fā)明在滿足淬透性、抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、抗沖擊性及良好的焊接性能的前提下，該材料在經(jīng)濟(jì)效益方面優(yōu)勢很大，帶來的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益是巨大的。本發(fā)明經(jīng)過對各個(gè)熱處理環(huán)節(jié)的分析發(fā)現(xiàn):
[0019](I)電渣重熔低碳微合金鋼強(qiáng)韌化原理:通過電渣重熔降低鋼材的硫、磷等有害元素含量，提高純凈度，同時(shí)在原性能基礎(chǔ)上加入微合金元素，形成細(xì)小的難熔化合物，對晶界起到釘扎作用，從而細(xì)化晶粒，達(dá)到強(qiáng)韌化處理的目的。
[0020](2)本發(fā)明經(jīng)過兩次淬火，組織變細(xì)，這是由于原奧氏體晶粒被細(xì)化，因?yàn)椴牧显诩訜岽慊饡r(shí)，晶粒的形核部位主要在晶界，晶粒越細(xì)小，晶界越多，即形核位置越多，又由于二次淬火溫度較低，晶粒長大較慢，經(jīng)淬火后，材料的實(shí)際晶粒更細(xì)小，有利于提高材料的強(qiáng)度及沖擊韌性。
[0021](3)本發(fā)明二次淬火的溫度較低，在相同的保溫時(shí)間下，使材料的組織為馬氏體及鐵素體，軟硬兩相同時(shí)存在，有利于材料沖擊韌性的提高。
[0022](4)本發(fā)明對20CrNiMo進(jìn)行兩次淬火，可以降低材料的碳化物級別，因?yàn)樘蓟锸谴嘈韵?，二次淬火時(shí)可以使碳化物部分溶解，并向晶內(nèi)、表層深處和表面外進(jìn)行擴(kuò)散，使碳的分布趨于均勻，這種方法避免了材料為降低碳化物級別而重新正火而產(chǎn)生的氧化脫碳及變形，從而提高材料的韌性。細(xì)化晶粒，比原來高出3?4級，達(dá)到12級。
[0023](5)本發(fā)明通過研宄發(fā)現(xiàn)，滲碳層越深，沖擊韌性越低，因?yàn)闈B碳層本身屬于脆性相，因此，本發(fā)明將滲碳層的深度革新為1.4mm?1.7mm(傳統(tǒng)深度為1.8mm?2.2mm)，從而使20CrNiMo合金鋼材料的韌性得到顯著提高。
[0024]綜上所述，本發(fā)明通過對現(xiàn)有國標(biāo)中的20CrNiMo低碳合金鋼進(jìn)行電澄重恪重新冶金處理，再經(jīng)過兩次淬火，最終使20CrNiMo合金鋼的晶粒更加細(xì)化，組織更加均勻，性能更加穩(wěn)定，整體機(jī)械性能大大提高，使該材料的適用性能更好，使用范圍更廣，經(jīng)濟(jì)性能也十分卓越，這是低碳合金鋼熱處理工藝技術(shù)方面突破性的改革，在我們國家的機(jī)械行業(yè)內(nèi)，對20CrNiMo采用電渣重熔和二次淬火技術(shù)也是史無前例的，這將是我國材料科學(xué)技術(shù)方面的一個(gè)重要里程碑，彌補(bǔ)了長久以來和發(fā)達(dá)國家在材料熱處理方面的差距。
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0026]圖1為經(jīng)本發(fā)明實(shí)施例1熱處理后的20CrNiMo合金鋼的滲碳層組織圖。
[0027]圖2為經(jīng)對比例I熱處理后的20CrNiMo合金鋼的滲碳層組織圖。
[0