專利名稱：一種低碳合金材料熱處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料的熱處理工藝技術(shù)領(lǐng)域，尤其屬于低碳合金材料熱處理工藝。
背景技術(shù)：
熱處理工藝通常技術(shù)包括碳氮共滲、淬火、深冷處理和回火等工藝技術(shù)方法，特別是近來發(fā)展的深冷處理對材料的處理后各特性有了進一步的提高。當(dāng)金屬在熱處理加硬至冷卻過程中，其中的合金與碳產(chǎn)生溶解并結(jié)合及擴散形成奧氏體(Austenite)，在冷卻過程時，由于低溫產(chǎn)生壓制而形成馬氏體(Martensite)，而由于馬氏體的最終轉(zhuǎn)變點(Mf)非常低，因此淬火冷卻到室溫會殘留大量奧氏體，因而降低金屬的硬度、耐磨性和使用壽命，同時因為奧氏體的高脆性而容易造成金屬碎裂，再者，還有許多物理性能特別是熱性能和磁性下降。由于奧氏體在低溫環(huán)境下非常不穩(wěn)固及分解，使原來的缺陷微孔及內(nèi)應(yīng)力集中的部份產(chǎn)生塑性流動而變成組織細化，因此只要將金屬置于超低溫環(huán)境下，其中的奧氏體會轉(zhuǎn)化成馬氏體，內(nèi)應(yīng)力因而消除。在超低溫時由于組織體積收縮，狗晶格常數(shù)縮細而加強碳原子析出的驅(qū)動力，于是馬氏體的基體析出大量超微細碳化物，這些超微細結(jié)晶體會使物料的強度提高，同時增加耐磨性與剛性。另一種處理方式碳氮共滲也是目前一種重要的處理方式碳氮共滲是向鋼的表層同時滲入碳和氮的過程，習(xí)慣上碳氮共滲又稱作氰化。目前以中溫氣體碳氮共滲和低溫氣體碳氮共滲(即氣體軟氮化)應(yīng)用較是廣。中溫氣體碳氮共滲的主要目的是提高鋼的硬度，耐磨性和疲勞強度，低溫氣體碳氮共滲以滲氮為主，其主要目的是提高鋼的耐磨性和抗咬合性。以滲碳為主同時滲入氮的化學(xué)熱處理工藝在一定程度上克服了滲氮層硬度雖高但滲層較淺，而滲碳層雖硬化深度大，但表面硬度較低的缺點。應(yīng)用較廣泛的只有氣體法和鹽浴法。氣體碳氮共滲介質(zhì)是滲碳劑和滲氮劑的混合氣，例如滴煤油或乙醇、丙酮、通氨；吸熱或放熱型氣體中酌加高碳勢富化氣并通氨；三乙醇胺或溶入尿素的醇連續(xù)滴注。碳氮共滲并淬火、回火后的組織為含氮馬氏體、碳氮化合物和殘余奧氏體。在鉚接器用低碳合金材料特別是12Cr2Ni4材料的處理技術(shù)中，還沒有系統(tǒng)完整綜合的處理技術(shù)方案，材料處理的結(jié)果也不能達到滿意的要求，以往12Cr2Ni4的鉚接器采用碳氮共滲后淬火加回火的熱處理工藝，可以得到表面的較高硬度和心部的強韌性，在保持工件內(nèi)部具有較高韌性的條件下，得到高硬度、高強度的表面層，以提高工件的耐磨性和強度，但其使用壽命還與表面層的韌性以及表面層和心部的強韌性良好配合有著密切的關(guān)系。目前還沒有滿意的系統(tǒng)熱處理技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足公開了一種低碳合金材料熱處理工藝，本發(fā)明要解決的問題是提供一種低碳合金材料熱處理工藝，特別是鉚接器用12Cr2Ni4部件的熱處理工藝，以提高碳氮共滲強韌化復(fù)合處理結(jié)果，大大地提高鉚接器部件的使用壽命。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)低碳合金材料熱處理工藝，包括碳氮共滲處理、淬火處理、深冷處理和回火處理， 其中碳氮共滲，處理工件在850°C 870°C條件下，以180 200滴/每分鐘的速度滴加無水甲醇，穩(wěn)定持續(xù)60 90分鐘后，以120 140滴/每分鐘的速度滴加煤油同時以 240 280毫升/分鐘通入濃度99. 99%氨氣60 90分鐘，然后以70 90滴/每分鐘的速度滴加煤油同時以160 200毫升/分鐘通入濃度99. 99%氨氣150 180分鐘后；降溫至660°C 720°C，以60 90滴/每分鐘的速度滴加無水甲醇同時以80 120毫升/分鐘通入濃度99. 99%氨氣90 120分鐘至常溫；淬火，將碳氮共滲處理后工件油淬，油淬溫度830°C 850°C，保溫35 60分鐘， 冷卻；深冷處理，將淬火處理后工件深冷處理，處理介質(zhì)液氮，溫度-150°C -160°C，持續(xù)3 M小時，然后取出放在室溫下，待溫度回復(fù)到室溫；回火，將深冷處理后工件回火處理，在190°C 210°C，保溫120分鐘，空氣中冷卻。所述深冷處理從室溫開始，冷卻速度是15°C 20°C /小時。淬火冷卻7 10分鐘后直接進行深冷處理。所述低碳合金材料是12Cr2Ni4合金材料。12Cr2Ni4特性及適用范圍12Cr2Ni4 強度高、韌性好、淬透性良好，滲碳淬火后表面層硬度及耐磨性都好，冷變形時塑性好，切削性尚好，用作高負荷、交變應(yīng)力下工作的大型滲碳件，如受高負荷的各種齒輪、蝸輪、蝸桿、軸等機械；其化學(xué)成份主要是碳C 0. 13，硅Si 0. 29，錳Mn :0. 41，硫S :0. 008，磷P 0. 004，鉻 Cr 1. 34，鎳 Ni :3. 35，銅 Cu :0. 04，鈦 Ti :0. 01，釩 V :0. 01，鉬 Mo :0. 01 ； 12Cr2Ni4 力學(xué)性能抗拉強度σ b (MPa) :1200，屈服強度σ s (MPa) :990，伸長率δ5(%) :16，斷面收縮率 Ψ ) 58,沖擊功 Akv(J) 78，硬度243ΗΒ 245ΗΒ 24δΗΒ。采用本發(fā)明工藝處理后的低碳合金材料特別是12Cr2Ni4合金材料具有以下優(yōu)點。1、硬度表面層硬度提高了 2-4HRC ；心部提高了 1. 5-4. 2HRC。2、沖擊功提高了 50-80%。3、彎曲性能顯著提高。4、表面層組織中殘余奧氏體含量減少，馬氏體和碳化物增多，且碳化物細小彌散均勻分布，從而提高了強韌性。心部組織中殘余奧氏體含量有所減少，相應(yīng)馬氏體增多，從而提高了基體硬度和強度。5、使用壽命延長50% -70%。普通工藝處理相同材料平均使用次數(shù)大概2萬次， 本發(fā)明工藝改進后使用次數(shù)在2. 9萬到3. 5萬次左右。綜上所述，本發(fā)明工藝處理后的低碳合金材料特別是12Cr2Ni4合金材料可以得到表面的較高硬度和心部的強韌性，在保持工件內(nèi)部具有較高韌性的條件下，得到高硬度、 高強度的表面層，以提高工件的耐磨性和強度，其使用壽命與表面層的韌性以及表面層和心部的強韌性良好配合有著密切的關(guān)系。采用深冷處理后可以很好的延長了使用壽命，提高了基體硬度和強度。


圖1是通過本發(fā)明工藝處理的12Cr2Ni4合金材料表面層組織顯微放大照片。圖2是通過本發(fā)明工藝處理的12Cr2Ni4合金材料心部組織顯微放大照片。圖3是傳統(tǒng)工藝處理比較例的12Cr2Ni4合金材料表面層組織顯微放大照片。圖4是傳統(tǒng)工藝處理比較例的12Cr2Ni4合金材料心部組織顯微放大照片。 圖5是本發(fā)明碳氮共滲工藝流程條件參數(shù)表。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明進一步說明，具體實施方式
是對本發(fā)明原理的進一步說明，不以任何方式限制本發(fā)明，與本發(fā)明相同或類似技術(shù)均沒有超出本發(fā)明保護的范圍。實施例1本例采用本發(fā)明熱處理工藝。材料準備，取12Cr2Ni4合金材料制成的鉚接器，清除表面雜物。熱處理，將上述12Cr2Ni4合金材料制成的鉚接器按下列步驟處理，1、碳氮共滲，處理工件在850°C 870°C條件下，以180 200滴/每分鐘的速度滴加無水甲醇，穩(wěn)定持續(xù)60 90分鐘后，以120 140滴/每分鐘的速度滴加煤油同時以 240 280毫升/分鐘通入濃度99. 99%氨氣60 90分鐘，然后以70 90滴/每分鐘的速度滴加煤油同時以160 200毫升/分鐘通入濃度99. 99%氨氣150 180分鐘后；降溫至660°C 720°C，以60 90滴/每分鐘的速度滴加無水甲醇同時以80 120毫升/分鐘通入濃度99. 99%氨氣90 120分鐘至常溫；所述碳氮共滲本領(lǐng)域可用下表表示2、淬火，將碳氮共滲處理后工件油淬，油淬溫度830°C 850°C，保溫35 60分鐘，冷卻；3、深冷處理，將淬火處理后工件深冷處理，處理介質(zhì)液氮，溫度-150°C _160°C， 持續(xù)3 M小時；4、回火，將深冷處理后工件回火處理，在190°C 210°C，保溫120分鐘，空氣中冷卻。在深冷處理時可按從室溫開始，冷卻速度以15°C -20°C /小時進行。處理后進行相關(guān)檢測。比較例選取與實施例1相同的材料件按傳統(tǒng)方法進行熱處理，具體步驟是1、碳氮共滲； 2、淬火；3、回火。各步驟條件可采用常用條件，為了比較，本例碳氮共滲、淬火和回火采用與實施例1相同的條件。處理后進行相關(guān)檢測。比較結(jié)果如下硬度HRC (見表 1)
表1.兩種處理工藝的硬度值數(shù)據(jù)
工藝序號表層硬度/HRC 心部硬度/HRC表-心硬度差Δ/HRC
比較例58.341.916.4
本發(fā)明例61.546.115.4沖擊韌性(見表2)表2.兩種處理工藝的沖擊功數(shù)據(jù)
工藝序號沖擊功/J
比較例9.5
本發(fā)明例15.5彎曲強度(見表3)本研究中彎曲測試試樣為矩形，由材料加工成彎曲試樣，再對各試樣進行碳氮共滲熱處理，然后進行以上兩種工藝處理后再進行彎曲測試。彎曲測試時，將矩形試樣放置在跨距Ls = 80mm的支座上進行三點彎曲加載。表3.兩種處理工藝的彎曲強度數(shù)據(jù)
工藝序號共滲層彎曲斷裂強度/ Mpa彎曲強度/Mpa比較例1676. 931765.13本發(fā)明例1838.131920. 03結(jié)合對比本發(fā)明例與比較例的顯微放大照片，可以知道，本發(fā)明處理后的 12Cr2Ni4合金材料硬度表面層硬度提高了 2-4HRC ；心部提高了 1. 5-4. 2HRC。沖擊功提高了 50-80%。彎曲性能顯著提高。表面層組織中殘余奧氏體含量減少，馬氏體和碳化物增多， 且碳化物細小彌散均勻分布，從而提高了強韌性。心部組織中殘余奧氏體含量有所減少，相應(yīng)馬氏體增多，從而提高了基體硬度和強度。使用壽命延長50% -70%。原有工藝內(nèi)外套平均使用次數(shù)大概2萬次，經(jīng)過工藝改進后使用次數(shù)在2. 9萬到3. 5萬次左右。
權(quán)利要求
1.一種低碳合金材料熱處理工藝，包括碳氮共滲處理、淬火處理、深冷處理和回火處理，其特征在于碳氮共滲，處理工件在850°C 870°C條件下，以180 200滴/每分鐘的速度滴加無水甲醇，穩(wěn)定持續(xù)60 90分鐘后，以120 140滴/每分鐘的速度滴加煤油同時以240 280毫升/分鐘通入濃度99. 99%氨氣60 90分鐘，然后以70 90滴/每分鐘的速度滴加煤油同時以160 200毫升/分鐘通入濃度99. 99%氨氣150 180分鐘后；降溫至 660°C 720°C，以60 90滴/每分鐘的速度滴加無水甲醇同時以80 120毫升/分鐘通入濃度99. 99%氨氣90 120分鐘至常溫；淬火，將碳氮共滲處理后工件油淬，油淬溫度830°C 850°C，保溫35 60分鐘，冷卻； 深冷處理，將淬火處理后工件深冷處理，處理介質(zhì)液氮，溫度-150°C -160°C，持續(xù) 3 M小時，然后取出放在室溫下，待溫度回復(fù)到室溫；回火，將深冷處理后工件回火處理，在190°C 210°C，保溫120分鐘，空氣中冷卻即成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低碳合金材料熱處理工藝，其特征在于所述深冷處理從室溫開始，冷卻速度是15°C 20°C /小時。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低碳合金材料熱處理工藝，其特征在于所述低碳合金材料是12Cr2Ni4合金材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低碳合金材料熱處理工藝，包括碳氮共滲處理、淬火處理、深冷處理和回火處理。本發(fā)明工藝處理后的低碳合金材料特別是12Cr2Ni4合金材料可以得到表面的較高硬度和心部的強韌性，在保持工件內(nèi)部具有較高韌性的條件下，得到高硬度、高強度的表面層，以提高工件的耐磨性和強度，其使用壽命與表面層的韌性以及表面層和心部的強韌性良好配合有著密切的關(guān)系。采用深冷處理后可以很好的延長了使用壽命，提高了基體硬度和強度。
文檔編號C23F17/00GK102277581SQ20111022983
公開日2011年12月14日 申請日期2011年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月11日
發(fā)明者張森林, 張永明 申請人:眉山恒升機械裝備有限公司