專利名稱：提高石墨易切削鋼力學(xué)性能的熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼鐵熱處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高石墨易切削鋼力學(xué)性能的熱處理方法。
背景技術(shù)：
易切削鋼主要是通過在鋼中單獨(dú)或復(fù)合添加如S、P、Pb、Se、Te、Bi等易切削元素來提高材料的切削性能。易切削元素的加入，增加了鋼的不純凈度，使材料的基本性能低于基體鋼，難以滿足對強(qiáng)度、韌性有嚴(yán)格要求的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼領(lǐng)域。如硫系切削鋼的力學(xué)性能各向異性顯著，特別是橫向沖擊韌性比縱向時的顯著降低。此外，現(xiàn)有普通易切削鋼中的易切削元素在鋼中以夾雜(如硫系易切削鋼、鈣系易切削鋼等)或單質(zhì)(如鉛系易切削鋼)的形式存在，而這些夾雜或單質(zhì)，在拉伸或負(fù)載條件下導(dǎo)致應(yīng)力集中而形成裂紋，從而導(dǎo)致鋼力 學(xué)性能的下降，尤其是疲勞強(qiáng)度的下降。例如，具有與鉛系易切削鋼同等以上切削性能的石墨易切削鋼，一方面，由于將鋼中的碳變成了石墨，因此，可利用石墨粒子的潤滑作用及其在材料中的缺口作用(可視為應(yīng)力集中源)來提高材料的切削性能；另一方面，由于石墨在鋼中以“夾雜”的形式存在，增加了鋼的不純凈度，使鋼的力學(xué)性能降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種提高石墨易切削鋼力學(xué)性能的熱處理方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案I)亞溫淬火將石墨易切削鋼切削加工后，升溫到(Ac3-60°C) Ac3進(jìn)行保溫，以使石墨易切削鋼形成15 35%的鐵素體與85飛5%的奧氏體的混合組織，然后，水冷至室溫；所述Ac3為石墨易切削鋼在實(shí)際加熱過程中的相變溫度，單位為。C ；2)高溫回火再將石墨易切削鋼加熱到45(T600°C進(jìn)行保溫；3)水冷至室溫。優(yōu)選地，所述步驟I)中，保溫時間為dX (7^9. 5) min，所述d為石墨易切削鋼的直徑，單位為mm。優(yōu)選地，所述步驟2)中，保溫時間為dX (5 7. 5) min，所述d為石墨易切削鋼的直徑，單位為mm。優(yōu)選地，所述步驟3)中，水冷降溫的冷卻速率為5(T500°C /s，這樣可以避免第二類回火脆性。本發(fā)明采用亞溫淬火-高溫回火的工藝路線，通過將石墨易切削鋼的再加熱溫度控制在(Ac3-60°C ) Ac3之間，使石墨易切削鋼形成15 35%的鐵素體與85 65%的奧氏體的混合組織，且形成的奧氏體的晶粒尺寸比正常淬火時的更為細(xì)小?；旌辖M織中由于存在著彌散分布的鐵素體，使鋼中的晶界和相界數(shù)目大大增加，從而提高了鋼的強(qiáng)度、塑性及疲勞強(qiáng)度，尤其是提高了鋼的疲勞強(qiáng)度。此外，當(dāng)含有彌散分布的鐵素體石墨易切削鋼承受接觸應(yīng)力時，局部的應(yīng)力集中可以因鐵素體發(fā)生塑變而松弛；雖然鐵素體易萌生顯微裂紋，但在萌生顯微裂紋前，在較大應(yīng)變區(qū)內(nèi)鐵素體的塑變過程要消耗大量能量，從而降低了主應(yīng)力面上的應(yīng)力，提高了鋼的疲勞強(qiáng)度。經(jīng)高溫回火，可以進(jìn)一步減小經(jīng)淬火后的石墨易切削鋼的內(nèi)應(yīng)力，降低脆性，提高塑性、韌性和組織的穩(wěn)定性?；鼗鸷罄鋮s，可以避免因元素偏聚而導(dǎo)致的回火脆性，從而使石墨易切削鋼具有良好的強(qiáng)韌性配合和較高的疲勞強(qiáng)度，達(dá)到最佳的使用性能。根據(jù)本發(fā)明處理的石墨易切削鋼，其強(qiáng)度大于900MPa，塑性大于12%，疲勞強(qiáng)度可達(dá)600MPa以上，克服了傳統(tǒng)易切削鋼雖然切削性能優(yōu)良但疲勞強(qiáng)度偏低的問題。


圖I是實(shí)施例I回火后的金相組織顯微結(jié)構(gòu)示意圖(2 4%的硝酸酒精侵蝕)。圖2是實(shí)施例2回火后的金相組織顯微結(jié)構(gòu)示意圖(2 4%的硝酸酒精侵蝕)。圖3是實(shí)施例3回火后的金相組織顯微結(jié)構(gòu)示意圖(2 4%的硝酸酒精侵蝕)。圖4是實(shí)施例4回火后的金相組織顯微結(jié)構(gòu)示意圖(2 4%的硝酸酒精侵蝕)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。實(shí)施例I
選用鋼的化學(xué)成份按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0. 453%C，I. 70%Si，I. 5%A1，0. 34%Mn，〈0. 020%P, <0. 035%S,余量為Fe。首先對選用的鋼進(jìn)行石墨化處理并切削加工成直徑為IOmm的棒狀石墨易切削鋼，該石墨易切削鋼的Ac3為1045°C;然后，將該石墨易切削鋼加熱到1000°C并保溫80min后水冷淬火；再然后，加熱到600°C并保溫50min，最后，以50°C /s的冷卻速率水冷到室溫。經(jīng)以上步驟熱處理后，石墨易切削鋼的疲勞強(qiáng)度為610MPa，其金相顯微組織如圖I所示。此時，組織中鐵素體的體積分?jǐn)?shù)為18%。其它力學(xué)性能如表I所示。實(shí)施例2選用鋼的化學(xué)成份按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0. 46%C，I. 75%Si，I. 4%A1，0. 30%Mn,0. 0036%B, 0. 0066%N, <0. 020%P, <0. 035%S,余量為Fe。首先對選用的鋼進(jìn)行石墨化處理并切削加工成直徑為12mm的棒狀石墨易切削鋼，該石墨易切削鋼的Ac3為1030°C ;然后將該石墨易切削鋼加熱到980°C并保溫IOOmin后水冷淬火；再然后，加熱到450°C并保溫70min ；最后，以100°C /s的冷卻速率水冷到室溫。經(jīng)以上步驟熱處理后，石墨易切削鋼的疲勞強(qiáng)度為650MPa，其金相顯微組織如圖2所示。此時，組織中鐵素體的體積分?jǐn)?shù)為25%。其它力學(xué)性能如表I所示。實(shí)施例3選用鋼的化學(xué)成份如實(shí)施例I。首先對選用的鋼進(jìn)行石墨化處理并切削加工成直徑為15mm的棒狀石墨易切削鋼，該石墨易切削鋼的Ac3為1045°C ;然后，將該石墨易切削鋼加熱到950°C并保溫120min后水冷淬火；再然后，加熱到450°C并保溫80min ;最后，以500°C /s的冷卻速率水冷到室溫。經(jīng)以上步驟熱處理后，石墨易切削鋼的疲勞強(qiáng)度為680MPa，其顯微組織如圖3所示。此時，其金相顯微組織中鐵素體的體積分?jǐn)?shù)為35%。其它力學(xué)性能如表I所示。實(shí)施例4選用鋼的化學(xué)成份按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0. 46%C，I. 75%Si，0. 30%Mn, 0. 0036%B,0. 0066%N, <0. 020%P,〈0. 035%S，余量為Fe。首先對選用的鋼進(jìn)行石墨化處理并切削加工成直徑為20mm的棒狀石墨易切削鋼，該石墨易切削鋼的Ac3為860°C ;然后，將該石墨易切削鋼加熱到850°C并保溫150min后水冷淬火；再然后。加熱到450°C保溫并150min ;最后，以200°C /s的冷卻速率水冷到室溫。經(jīng)以上步驟熱處理后，石墨易切削鋼的疲勞強(qiáng)度為620MPa，其金相顯微組織如圖4所示。此時，組織中鐵素體的體積分?jǐn)?shù)為15%。其它力學(xué)性能如表I所示。
由表I可知，采用本發(fā)明方法對石墨易切削鋼進(jìn)行處理后，其屈服強(qiáng)度可達(dá)600MPa以上、抗拉強(qiáng)度可達(dá)900MPa以上、延伸率可達(dá)15%以上、斷面收縮率可達(dá)28%以上，聞于Y45國標(biāo)。另外，由于本領(lǐng)域內(nèi)石墨易切削鋼一般需車床加工成圓棒形使用，因此本發(fā)明的亞溫淬火和高溫回火步驟的保溫時間都與石墨易切削鋼的直徑成正比。當(dāng)然，如果石墨易切削鋼不是加工成圓棒型，而是其它形狀，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員也容易知道，為使石墨易切削鋼形成15 35%的鐵素體與85飛5%的奧氏體的混合組織和減小經(jīng)淬火后的石墨易切削鋼的內(nèi)應(yīng)力，以降低脆性、提高塑性、韌性和組織的穩(wěn)定性，而相應(yīng)調(diào)整保溫的時間，比如板型鋼，保溫的時間與其板厚成正比。表I
權(quán)利要求
1.一種提高石墨易切削鋼力學(xué)性能的熱處理方法，其特征在于該方法包括如下步驟1)亞溫淬火將石墨易切削鋼切削加工后，升溫到(Ac3-60°C) Ac3進(jìn)行保溫，以使石 墨易切削鋼形成15 35%的鐵素體與85飛5%的奧氏體的混合組織，然后，水冷至室溫；所述 Ac3為石墨易切削鋼在實(shí)際加熱過程中的相變溫度，單位為。C ；2)高溫回火再將石墨易切削鋼加熱到45(T600°C進(jìn)行保溫；3)水冷至室溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高石墨易切削鋼力學(xué)性能的熱處理方法，其特征在于所 述步驟1)中，保溫時間為dX (7 9.5)!^11，所述(1為石墨易切削鋼的直徑，單位為_。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的提高石墨易切削鋼力學(xué)性能的熱處理方法，其特征在于 所述步驟2)中，保溫時間為dX (5 7. 5)min，所述d為石墨易切削鋼的直徑，單位為mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的提高石墨易切削鋼力學(xué)性能的熱處理方法，其特征在于 所述步驟3)中，水冷降溫的冷卻速率為5(T500°C /s。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的提高石墨易切削鋼力學(xué)
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高石墨易切削鋼力學(xué)性能的熱處理方法，該方法包括如下步驟1)亞溫淬火將石墨易切削鋼切削加工后，升溫到(Ac3-60℃)~Ac3進(jìn)行保溫，然后，水冷至室溫；所述Ac3為石墨易切削鋼在實(shí)際加熱過程中的相變溫度，單位為℃；2)高溫回火再將石墨易切削鋼加熱到450~600℃進(jìn)行保溫；3)水冷至室溫。本發(fā)明采用亞溫淬火-高溫回火的工藝路線，可以減小經(jīng)淬火后的石墨易切削鋼的內(nèi)應(yīng)力，降低脆性，提高塑性、韌性和組織的穩(wěn)定性，使石墨易切削鋼具有良好的強(qiáng)韌性配合和較高的疲勞強(qiáng)度，達(dá)到最佳的使用性能，克服了傳統(tǒng)易切削鋼雖然切削性能優(yōu)良，但疲勞強(qiáng)度偏低的問題。
文檔編號C21D1/18GK102660666SQ20121017114
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月29日
發(fā)明者嚴(yán)翔, 官計(jì)生, 尹云洋, 方芳, 朱叢茂, 羅國華, 范植金, 郭斌, 陳瑋 申請人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司