一种合金钢等温磁致硬化的方法技术

本发明专利技术涉及一种合金钢等温磁致硬化的方法，包括如下步骤：⑴被处理材料准备，合金钢原料在真空感应熔炼炉和真空自耗电弧炉冶炼后制成钢锭，高温锻压成圆棒，将圆棒加热至1323K，保温0.5h后冷却至室温；⑵室温显微硬度测试，载荷为1.862N（0.2kgf）；⑶降温至240K～280K，对合金钢施加外磁场，恒温下磁场强度从0Oe增加至60000Oe～160000Oe，再降为0Oe，磁场的变场速率为150～200Oe/s；⑷升温至室温，测定处理后的合金钢的室温显微硬度。合金钢为0.22C‑18.8Co‑13.5Cr‑6.2Mo合金钢。本发明专利技术将合金钢材奥氏体化后在气体介质中冷却到室温300K以下，通过改变施加的最大磁场强度，实现马氏体体积分数和合金钢的硬度调控，合金钢产生显著的硬化效果。

An isothermal magnetic hardening method for alloy steel

The invention relates to an isothermal magnetic hardening method for alloy steel, which comprises the following steps: (1) preparation of treated materials, preparation of ingots made of alloy steel raw materials in vacuum induction melting furnace and vacuum consumable electric arc furnace, high temperature forging and pressing into round rods, heating to 1313K, holding for 0.5 hours and cooling to room temperature; (2) room temperature microhardness The load is 1.862N (0.2kgf); _Cooling to 240K-280K, applying an external magnetic field to the alloy steel, the magnetic field strength increases from 0Oe to 6000Oe-160000Oe at constant temperature, then decreases to 0Oe, the magnetic field change rate is 150-200Oe/s; _heating to room temperature, the room temperature microhardness of the treated alloy steel is measured. The alloy steel is 0.22C 18.8Co 13.5Cr 6.2Mo alloy steel. The alloy steel is cooled below room temperature 300K after austenitizing in gas medium, and the volume fraction of martensite and the hardness of the alloy steel are regulated by changing the maximum magnetic field strength applied, and the alloy steel has remarkable hardening effect.

【技术实现步骤摘要】
一种合金钢等温磁致硬化的方法
本发属于金属改性处理
，涉及一种合金钢的改性技术，具体涉及一种合金钢等温磁致硬化的方法。
技术介绍
钢的传统淬火是将钢加热至Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上并保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后快冷（大于临界冷却速度）至马氏体转变起始温度产生马氏体转变，从而提高钢的硬度，改善其力学性能。高合金钢淬透性高，传统淬火介质一般为油。众所周知，钢件淬火过程中，在热应力和组织应力的联合作用下变形量较大，容易造成尺寸不合格、严重时甚至开裂等缺陷而报废，合格率降低，造成经济损失。另外油淬会产生油烟、固体粉尘、CO、CO2、H2S和油蒸气等有害气体对大气环境和工作环境造成污染，危险系数增加，存在不安全隐患，同时影响工人的身体健康。附加磁场可以轻微促进某些钢材在传统快冷淬火时奥氏体向马氏体的转变，而实际上对这些钢材硬度的影响很小，难以具备工程使用价值，通常忽略不计。在等温条件下通过单独对钢材施加磁场，激发大量马氏体相变并明显增加钢材的硬度方面，尚未见报道。一方面是由于过去技术上的原因，不能够提供足够激发相变的高强磁场，另一方面，是没有生产出或发现成分适宜的具有等温磁致硬化效应特征的合金钢。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种合金钢等温磁致硬化的方法，通过对合金钢低温磁场处理，促使合金钢由奥氏体相向马氏相体转变，产生磁致硬化效应，改善合金钢的力学性能，优化合金钢处理工艺。本专利技术的技术方案是：合金钢等温磁致硬化的方法，包括如下步骤：⑴被处理材料准备，合金钢原料在真空感应熔炼炉和真空自耗电弧炉冶炼后制成的钢锭，高温锻压成圆棒，将圆棒加热至1323K，保温0.5h后气体介质中冷却至室温；切割成规格为10mm×15mm×2mm的对比样品用于X-射线衍射相定量对比分析马氏体含量；⑵室温下显微硬度测试，载荷为1.862N（0.2kgf）；⑶降温至240K～280K，对合金钢施加外磁场，恒温下磁场强度从0Oe增加至60000Oe～160000Oe，再降为0Oe；磁场的变场速率为150～200Oe/s；⑷升温至室温，测定处理后的合金钢的室温显微硬度。合金钢为0.22C-18.8Co-13.5Cr-6.2Mo合金钢，其它组分合金钢进行合金钢等温磁致硬化也属于本专利技术的保护范围。原料合金钢的冷却为气冷，冷却介质为空气、氮气或氩气。马氏体含量的确定：钢中奥氏体相是顺磁性的（小且正的磁化率），马氏体相是铁磁性的（大且正的磁化率）。对于仅有奥氏体相和马氏体相两相存在的钢的微结构中，在恒定室温（300K）下，作为施加同等磁场强度（20000Oe）测得的饱和磁化强度值MS将与钢中存在的马氏体含量（体积分数）成比例。根据GB8362-1987规定的钢中残余奥氏体定量测定X射线衍射仪法，对冷态圆棒中线切割成规格为10mm×15mm×2mm的样品进行XRD分析，测得钢中马氏体含量（体积分数）。利用等温磁致硬化处理过程测得的M-H曲线，可得到样品相应不同状态下的饱和磁化强度值MS，通过计算得到合金钢在不同状态下的马氏体含量（体积分数）。通过等温磁致硬化处理前后马氏体相体积含量的比较表明，处理前合金钢钢中马氏体体积分数少（13.0%），硬度较低（302HV0.2）。经过稍低于室温的等温外加磁场工艺处理，马氏体体积分数明显上升（＞50%），其硬度显著提高（＞480HV0.2）。通过改变施加的最大磁场强度，实现马氏体体积分数和合金钢的硬度调控。随着等温外加磁场工艺处理温度逐渐降低，热致硬化在硬度增强中的作用逐渐加大，等温磁致硬化仍可以进一步提高硬度。在实际生产中，采用空冷至室温再经低于室温的等温外加磁场对合金钢进行磁致硬化处理，代替传统油冷淬火工艺切实可行。本专利技术合金钢等温磁致硬化的方法，将合金钢钢材奥氏体化后在气体介质中冷却到室温300K以下，采用等温外加磁场的方法，使合金钢产生显著的硬化效果。处理过程中仅存在组织应力变化，没有外界温度变化和热应力形成，预期合金钢制作的工件总体变形量小，尺寸更易控制，产品合格率会提高。实施本专利技术避免了传统油淬时产生的污染，改善了工作环境质量，提升了工作安全系数。附图说明图1为1号样品恒温300K升场0-20000OeM-H的曲线；图2为1号样品的M-T曲线图3为1号样品的恒温280K升降场（0-90000Oe）的M-H曲线；图4为2号样品恒温300K升场0-20000Oe的M-H曲线；图5为2号样品的M-T曲线；图6为2号样品的恒温260K升降场（0-90000Oe）的M-H曲线；图7为3号样品恒温300K升场0-20000Oe的M-H曲线；图8为3号样品的M-T曲线；图9为3号样品的恒温240K升降场（0-90000Oe）的M-H曲线。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术进行详细说明。本专利技术保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本专利技术保护的范围。以下实施例中的单位说明：磁场强度单位：1T=10000Oe；1Oe=79.6×A/m；磁化强度单位：1emu=10-3×A×m2，1emu/g=1A×m2/kg。本专利技术合金钢等温磁致硬化的方法，包括如下步骤：⑴被处理材料准备，合金钢原料在真空感应熔炼炉和真空自耗电弧炉冶炼后制成的钢锭，高温锻压成圆棒，将圆棒加热至1323K，保温0.5h后空气中冷却至室温；从圆棒中用线切割法切出3个直径3.5mm，长度4mm的圆柱形样品备用，分别为1号样品、2号样品和3号样品。切割成规格为10mm×15mm×2mm的对比样品用于X-射线衍射相定量对比分析马氏体含量。合金钢为0.22C-18.8Co-13.5Cr-6.2Mo合金钢；⑵室温下显微硬度测试，载荷为1.862N（0.2kgf）；⑶降温至240K～280K，对合金钢施加外磁场，恒温下磁场强度从0Oe增加至60000Oe～160000Oee，再降为0Oe，磁场的变场速率为150～200Oe/s；⑷升温至室温，测定处理后的合金钢的室温下显微硬度。合金钢等温磁致硬化处理采用借助综合物性测量系统及振动样品磁强计（PPMS-VSM，QuantumDesign公司生产，型号：PPMS-16）进行处理，提供精确控制的温度和磁场实验环境。实施例1取1号样品，安装到PPMS系统的振动样品磁强计上，进行280K的等温外加磁场处理，外加的最大外磁场强度为9T，变场速率为160Oe/s，具体步骤如下：1）在恒定300K温度下，对1号样品施加磁场，以160Oe/s变场速率从0Oe升至20000Oe进行恒温升场，同时测量磁场强度对应的磁化强度变化，得到M-H曲线，见图1中a1曲线；2）在恒定20000Oe的磁场强度下，测量温度从300K降至280K，得到M-T曲线，见图2中a1曲线；再从280K升至300K的磁化强度变化，得到M-T曲线，见图2中b1曲线；3）在恒定300K温度下，对步骤2）280K降温处理后的1号样品施加磁场，以160Oe/s变场速率从0Oe升至20000Oe进行恒温升场，同时测量磁场强度对应的磁化强度变化，得到M-H曲线，见图1中b1曲线；4）降温至280K，在280K恒温下对1号样品施加磁场，以160Oe/s变场速率从0Oe升至90000Oe进行恒温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种合金钢等温磁致硬化的方法，其特征是：所述方法包括如下步骤：⑴被处理材料准备，合金钢原料在真空感应熔炼炉和真空自耗电弧炉冶炼后制成的钢锭，高温锻压成圆棒，将圆棒加热至1323K，保温0.5h后冷却至室温；⑵室温下显微硬度测试，载荷为1.862N；⑶降温至240K～280K，对合金钢施加外磁场，恒温下磁场强度从0Oe增加至50000Oe～160000Oe，再降为0Oe；所述磁场的变场速率为150～200Oe/s；⑷升温至室温，测定处理后的合金钢的室温显微硬度。

【技术特征摘要】
1.一种合金钢等温磁致硬化的方法，其特征是：所述方法包括如下步骤：⑴被处理材料准备，合金钢原料在真空感应熔炼炉和真空自耗电弧炉冶炼后制成的钢锭，高温锻压成圆棒，将圆棒加热至1323K，保温0.5h后冷却至室温；⑵室温下显微硬度测试，载荷为1.862N；⑶降温至240K～280K，对合金钢施加外磁场，恒温下磁场强度从0Oe增加至50000Oe～160000...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙世清，崔博帅，尉念伦，王瑞阳，王松，
申请(专利权)人：河北科技大学，
类型：发明
国别省市：河北,13