抗回火性熱處理工藝論文范文

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1生產(chǎn)中的問(wèn)題

1.1滲碳+空冷→二次加熱淬火→回火能夠很好地滿足M和AR級(jí)別要求，碳化物級(jí)別良好，但是，二次加熱淬火又造成產(chǎn)品的變形量超差，約30%不合格。

1.2滲碳+空冷→真空爐二次加熱淬火→回火金相組織能有效保證，變形量基本能保證合格，但是由于真空爐淬火油冷卻速度慢，心部容易出現(xiàn)上貝氏體，且F也容易超標(biāo)，真空爐裝爐量小、前后清洗困難、生產(chǎn)效率低下。

1.3多用爐碳氮共滲+直接淬火→回火熱處理變形能保證合格，但是M、AR、K很難保證同時(shí)合格，金相組織難于控制。由于N原子的滲入，使得Ac1、Ac3線下降，從而使得材料的過(guò)熱傾向性比滲碳要大，淬火后M和AR級(jí)別比同溫度的滲碳工藝要高，因此，要控制好碳化物、M和AR級(jí)別通常采用較低的溫度和適當(dāng)?shù)奶紕?shì)和通NH3量。雖然，原始坯件經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理，但是，M和AR級(jí)別很難“持續(xù)、穩(wěn)定地”控制在3級(jí)以下，經(jīng)常出現(xiàn)4～5級(jí)馬氏體，這樣給后續(xù)冷處理帶來(lái)麻煩，有時(shí)AR級(jí)別達(dá)到4～5級(jí)，即使冷處理后AR也不會(huì)降到≤1%，需要進(jìn)行兩次冷處理加兩次回火，并適當(dāng)提高回火溫度。另外，如果M、AR和K級(jí)別同時(shí)為1級(jí)的時(shí)候，產(chǎn)品的抗回火性能差，回火后往往硬度偏低，特別是后續(xù)磨加工后，表面硬度降到59HRC以下，偶爾還發(fā)現(xiàn)有的為58HRC。因此，必須將M和AR級(jí)別穩(wěn)定地控制在2～3級(jí)、碳化物3～4級(jí)才能保證產(chǎn)品質(zhì)量。

2改進(jìn)工藝試驗(yàn)

2.1多次回火+適度升高回火溫度針對(duì)上述碳氮共滲工藝，再通過(guò)多次回火來(lái)消除多余的AR、使M轉(zhuǎn)化成回火馬氏體。或采用適度升高回火溫度，將溫度由原來(lái)的175℃提高到190℃，通過(guò)兩次回火，M和AR級(jí)別在4級(jí)的情況有所降低，但是評(píng)定為3級(jí)也很勉強(qiáng)，再增加回火次數(shù)，由于AR陳穩(wěn)化，已經(jīng)沒(méi)有作用。如果繼續(xù)升高溫度，表面硬度將進(jìn)一步下降，內(nèi)孔表面硬度已經(jīng)到了下極限。很顯然，這種方法效果有限，每一爐產(chǎn)品都單獨(dú)制定回火工藝，不是從根本上解決問(wèn)題的有效辦法。

2.2碳氮共滲抗回火性能的初步試驗(yàn)根據(jù)20CrMo鋼[1]的Ac1、Ac3，確定碳氮共滲溫度845℃，其他工藝參數(shù)見(jiàn)表1，其中氨流量及碳勢(shì)均高于常規(guī)碳氮共滲熱處理工藝。試驗(yàn)結(jié)果：產(chǎn)品變形量合格；；淬火狀態(tài)下測(cè)定層深0.48mm(金相法測(cè)定全滲層)，M和AR均4級(jí)，K是1級(jí)，心部F是8級(jí)，心部硬度33～34HRC，表面硬度58～61HRC；經(jīng)260℃×3h回火，再次測(cè)量，M和AR均為2級(jí)，表面硬度55～56HRC，采用洛氏硬度機(jī)直接測(cè)量結(jié)果為79.5～80HRA，換算結(jié)果為57～58HRC。試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明：升高回火溫度后確實(shí)能降低M和AR級(jí)別至合格范圍；雖然表面硬度已經(jīng)不合格，但是通過(guò)HRA測(cè)定，表面硬度并沒(méi)有過(guò)分降低，說(shuō)明抗回火性能較好，只是因?yàn)闈B碳層太淺，承載能力差，需要增加滲層深度提高承載能力，同時(shí)適當(dāng)降低回火溫度；心部F及心部硬度不合格，淬火溫度過(guò)低。

2.3高氮、高碳勢(shì)共滲及適度升高回火溫度由于20CrMo滲碳后，特別是采用高碳勢(shì)滲碳后其化學(xué)成分具有類比性的鋼號(hào)是GCr9軸承鋼，該鋼在220℃回火能保證硬度≥60HRC[1]，據(jù)此采用220℃回火。因碳氮共滲具有提高耐回火性的作用[2]，試驗(yàn)了采用高氮、高碳勢(shì)碳氮共滲以進(jìn)一步提高工件的抗回火性。適度調(diào)整回火溫度，可以分解過(guò)量的AR同時(shí)分解粗大的M針(保證M和AR≤1～3級(jí)，K1～4級(jí))，可以同時(shí)滿足工件使用尺寸穩(wěn)定性(AR≤1%)、耐磨性(內(nèi)外表面硬度60～63HRC)及變形量小的技術(shù)性能要求，延長(zhǎng)共滲時(shí)間增加層深，提高承載能力，具體熱處理工藝參數(shù)改進(jìn)如下：(1)通氨量由0.4m3/h增加到0.6m3/h，增加N固溶度，進(jìn)一步增強(qiáng)抗回火性能。(2)采用1.10%的高碳勢(shì)、降溫階段也保持高碳勢(shì)1.0%～0.9%，以及提高共滲及擴(kuò)散溫度，使得工件表面獲得高于常規(guī)碳氮共滲的碳勢(shì)(0.95%～1.0%)，增加淬火后的初始硬度，增強(qiáng)抗回火性。(3)共滲溫度由845℃升高到860℃，加快共滲速度；共滲時(shí)間由110mim延長(zhǎng)到490min，則共滲層深度由0.48mm提高到0.8mm的上極限附近，增強(qiáng)承載能力。(4)將淬火溫度由805℃升高至840℃，保證心部硬度F≤4級(jí)。(5)選擇適當(dāng)高的回火溫度220℃，保證表面硬度，同時(shí)分解大量的殘余奧氏體和粗大的馬氏體；同時(shí)，由于回火溫度較高，淬火壓應(yīng)力更加松弛，使得冷處理時(shí)AR轉(zhuǎn)變更加容易。高氮高碳勢(shì)碳氮共滲工藝參數(shù)見(jiàn)表2所示。試驗(yàn)結(jié)果：產(chǎn)品變形量仍然合格；淬火狀態(tài)測(cè)量層深0.80m(金相法測(cè)定全滲層)，M和AR均為4～6級(jí)，碳化物3～4級(jí)，心部F3～4級(jí)，心部硬度35～37HRC，表面硬度≥63HRC。經(jīng)220℃×4h回火后測(cè)量：M和AR均為2～3級(jí)，碳化物3～4級(jí)，心部F3～4級(jí)，心部硬度35～36HRC，表面硬度60～63HRC，各項(xiàng)指標(biāo)全部合格。

3結(jié)語(yǔ)

(1)通過(guò)高氮、高碳勢(shì)碳氮共滲更加進(jìn)一步地提高了抗回火性能，適度升高回火溫度通過(guò)部分馬氏體和殘余奧氏體的分解，保證M和AR始終穩(wěn)定地控制在2～3級(jí)以內(nèi)。(2)由于抗回火性、氣氛碳勢(shì)、產(chǎn)品表面碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，避免了同時(shí)出現(xiàn)1級(jí)M、1級(jí)AR和1級(jí)碳化物的可能性，保證了在較高溫度回火后產(chǎn)品內(nèi)孔及外表面硬度≥60HRC，保證了耐磨性。(3)由于回火溫度的升高，使得冷處理時(shí)AR能更容易充分地轉(zhuǎn)變，保證了工件使用中尺寸的穩(wěn)定性。(4)碳氮共滲及直接淬火保證了產(chǎn)品變形符合要求。

作者：徐斌李培澤單位：包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院材料工程系易普森工業(yè)爐(上海)有限公司