一种贝氏体‑马氏体复相钢/铁分级等温淬火热处理方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种贝氏体‑马氏体复相钢/铁分级等温淬火热处理方法和装置，属于金属材料热处理工艺技术领域。将奥氏体化后的工件水冷一定时间，然后取出空冷，利用余热回温使工件内外温度相近，此为一个热处理循环，进行多个循环之后，使工件内外同时进入下贝氏体转变温度区，再利用余热堆冷或保温箱保温进行等温转变，最后空冷完成马氏体转变。采用该方法能够克服壁厚较大的工件淬火易开裂或产生早期裂纹的弊病，得到的组织均匀与综合力学性能良好，运行可靠，成本低，绿色环保。

【技术实现步骤摘要】
一种贝氏体-马氏体复相钢/铁分级等温淬火热处理方法和装置
本专利技术涉及一种贝氏体-马氏体复相钢/铁分级等温淬火热处理方法和装置，属于金属材料热处理工艺

技术介绍
贝氏体/马氏体复相组织的铸（锻）钢件或铸铁件由于具有优良的耐磨性能和优异的综合力学性能，广泛应用于耐磨、耐冲击、高强度和高韧性等多种场合中的磨球、衬板中。传织的方式主要有：（1）采用等温淬火工艺获得，即将奥氏体化后的工件急冷到下贝氏体温度区等温转变后，再淬火到马氏体转变点以下，获得贝氏体/马氏体复相组织。此方法中等温介质一般为硝酸盐或淬火油。该工艺的缺点是：能耗大、淬火介质易污染环境、工件易开裂变形等；（2）通过合金化在空冷或铸态条件下获得贝氏体，即通过加入一定量的合金元素Mo、Ni、B等，使CCT曲线右移，推迟高温转变，以适宜的冷却速度使过冷奥氏体连续通过贝氏体转变的中温区，从而在空冷条件下获得贝氏体/马氏体复相组织。该工艺与工艺（1）相比，具有节约能源、减少环境污染的特点，但合金元素加入后易形成碳化物或氧化物，影响材料性能，从而导致材料成本上升、使用性能较差等不足。针对传统钢铁热处理获得贝氏体方法的缺点，中国专利技术专利CN102605145A公开了一种钢铁等温淬火-回火冷却工艺，该工艺直接将工件一次性淬到马氏体转变温度线以下，再用加热炉进行回火，之后再次进行水淬，反复进行水淬-回火，最后使工件处于贝氏体转变区，利用余热进行贝氏体等温转变，解决了大型工件强韧化处理淬透性难题，环保无污染，但该工艺存在的问题主要有：（1）热处理时一次性淬到较低温度，工件内外因冷却速度相差较大，导致热应力较大，容易产生裂纹或增加开裂倾向；（2）反复回火增加了能源消耗，操作繁杂，不利于产业化。中国专利技术专利CN1944691A公布了一种贝氏体球墨铸铁的控制冷却热处理工艺及装置，该工艺采用水作为淬火介质，利用所设计的控制冷却热处理装置将水雾化，在球墨铸铁工件奥氏体化后进行喷淋，迅速冷却到贝氏体转变区后终止喷淋，该工艺能节约大量的能源，减少合金元素的加入，降低环境污染，操作简单，但存在的问题主要有：（1）喷淋时不能保证工件表面所有部位喷水的均匀性，特别是球形工件，难以保证各部位喷水量相同，冷却速度也就不尽相同，导致组织应力集中；（2）对于尺寸较大的工件，表面层与心部冷却速度相差较大，表面层处于贝氏体转变温度时，心部温度仍然较高，处于珠光体温度区，停止喷淋，内部温度向外传导，导致表层温度升高，容易生成上贝氏体，导致组织性能变差，且组织的均匀性也较差。综上所述，现有的技术对于壁厚较大的工件在进行贝氏体转变时，没有或无法有效的控制表面与心部的冷却速度，导致表面与心部的组织力学性能差异大，使用过程中易开裂。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题及不足，本专利技术提供一种贝氏体-马氏体复相钢/铁分级等温淬火热处理方法和装置。本专利技术针对壁厚较大的工件在获得贝氏体时无法攻克淬透性的问题，通过“锯齿状”分级等温淬火获得性能优越的贝氏体/马氏体复相组织，本专利技术通过以下技术方案实现。一种贝氏体-马氏体复相钢/铁分级等温淬火热处理方法，首先将工件奥氏体化后投入循环水中水冷而不冷透，水冷过后在空气中利用余热回温使工件内外温度相近，然后再将内外温度相近的工件投入循环水中水冷，每次水冷和余热回温形成一次循环热处理过程，经循环次数为N的分级等温淬火循环热处理后工件平均温度处于贝氏体转变温度区间时，工件利用余热堆冷或保温箱保温进行贝氏体等温转变；最后空冷至室温，完成马氏体转变，得到贝氏体-马氏体组织的贝氏体-马氏体复相钢/铁。其具体步骤如下：步骤1、首先将工件在850~950℃进行奥氏体化，其中按工件有效厚度每100mm保温2h进行保温；步骤2、将步骤1的奥氏体化后的工件投入到循环水中水冷而不冷透，第一次水冷时间T1按工件有效厚度每5~6mm水冷1s计算，将工件由水中取出，在空气中利用余热回温，以使工件内外温度相近，第一次回温时间t1按第一次水冷时间T1的3/4计算，每次水冷和余热回温形成一次循环热处理过程，经循环次数为N的分级等温淬火循环热处理，工件表面层的温度呈“锯齿状”下降趋势，如图1所示，当工件平均温度为贝氏体转变温度时，工件利用余热堆冷或保温箱保温进行贝氏体等温转变；步骤3、将经步骤2处理过后的工件空冷至室温，完成马氏体转变，得到贝氏体-马氏体组织的贝氏体-马氏体复相钢/铁。所述步骤2循环热处理过程中水冷时间与回温时间逐步递减，第n次水冷时间Tn、第n次回温时间tn、循环次数为N根据下列公式确定：，其中D为工件的有效厚度，单位为mm，为系数取5~6mm/s，为系数取16~20mm（铸铁取16~18，,钢取18~20），n为1、2、3、…、N。所述步骤2贝氏体等温转变时间根据下列公式确定：，其中为工件的有效厚度，单位为mm，为系数取0.5~0.8min/mm。一种贝氏体-马氏体复相钢/铁分级等温淬火热处理装置，包括工作台1、导轨支架2、导轨3、可调速电机4、水箱5、感应器7、多孔篮筐8、气缸9、PLC控制箱11和气缸接气孔12，工作台1上表面焊接导轨支架2，导轨支架2上焊接导轨3，可调速电机4用螺栓固定于工作台1上，可调速电机4与导轨3通过传送带和齿轮混合连接，水箱5位于导轨支架2的下端，气缸9与导轨3通过卡扣机械嵌合，气缸9上设有气缸接气孔12，气缸接气孔12通过导管与空气压缩机连接，气缸9的下端设有多孔篮筐8，导轨支架2中间位置设有感应器7，可调速电机4、感应器7、空气压缩机与PLC控制箱11相连。所述导轨3为环形跑道结构，可实现两端同时进行热处理、提高工作效率。。所述水箱5下端设有入水口10，上端设有出水口6。当进行水冷时，将多孔篮筐8内的工件通过气缸9伸长置于水箱5中，达到水冷时间后气缸9压缩将多孔篮筐8内的工件进行回温，到达回温时间后，气缸9伸长将多孔篮筐8内的工件置于水箱5进行水冷，如此循环直至满足实际所需循环次数。该贝氏体-马氏体复相钢/铁分级等温淬火热处理装置的使用方法为：将工件置于多孔篮筐8内，从导轨支架2的一端通过导轨3向导轨支架2的中间位置移动，并将工件的常规参数（如厚度）输入到PLC控制箱11中，根据公式，，确定第n次水冷时间Tn、第n次回温时间tn、循环次数为N，当感应器7感应到工件到达时，PLC控制箱11控制空气压缩机运转，气缸9开始序进行伸缩和旋转运动，伸长时，多孔篮筐8入水，工件进行水冷，压缩时，多孔篮筐8出水，工件进行回温，循环指定的次数N后，气缸9恢复收缩状态，保证多孔篮筐8处于空气中，之后送至出料口送入保温箱，利用余热堆冷进行贝氏体转变；最后空冷至室温，最终获得贝氏体-马氏体组织的贝氏体-马氏体复相钢/铁。本专利技术的有益效果是：1、通过反复水淬-回温，既可以顺利绕过珠光体鼻尖温度区，又能使工件内外温差较小，显著降低了组织应力，有效减小或防止了大型工件淬火开裂倾向。2、采用“锯齿状”分级淬火，无需考虑淬透性问题，减少了合金元素的加入，降低了生产成本。3、工件内外能同时缓慢地进入贝氏体转变区，获得的贝氏体/马氏体复相钢（铁）工件心部与表面组织、力学性能均匀，材料整体使用性能较好。4、利用工件自身余热回温实现分级淬火，节约了能源。5、淬火介质为水，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种贝氏体‑马氏体复相钢/铁分级等温淬火热处理方法，其特征在于：首先将工件奥氏体化后投入循环水中水冷而不冷透，水冷过后在空气中利用余热回温使工件内外温度相近，然后再将内外温度相近的工件投入循环水中水冷，每次水冷和余热回温形成一次循环热处理过程，经循环次数为N的分级等温淬火循环热处理后工件平均温度处于贝氏体转变温度区间时，工件利用余热堆冷或保温箱保温进行贝氏体等温转变；最后空冷至室温，完成马氏体转变，得到贝氏体‑马氏体组织的贝氏体‑马氏体复相钢/铁。

【技术特征摘要】
1.一种贝氏体-马氏体复相钢/铁分级等温淬火热处理方法，其特征在于：首先将工件奥氏体化后投入循环水中水冷而不冷透，水冷过后在空气中利用余热回温使工件内外温度相近，然后再将内外温度相近的工件投入循环水中水冷，每次水冷和余热回温形成一次循环热处理过程，经循环次数为N的分级等温淬火循环热处理后工件平均温度处于贝氏体转变温度区间时，工件利用余热堆冷或保温箱保温进行贝氏体等温转变；最后空冷至室温，完成马氏体转变，得到贝氏体-马氏体组织的贝氏体-马氏体复相钢/铁；具体步骤如下：步骤1、首先将工件在850～950℃进行奥氏体化，其中按工件有效厚度每100mm保温2h进行保温；步骤2、将步骤1的奥氏体化后的工件投入到循环水中水冷而不冷透，第一次水冷时间T1按工件有效厚度每5～6mm水冷1s计算，将工件由水中取出，在空气中利用余热回温，以使工件内外温度相近，第一次回温时间t1按第一次水冷时间T1的3/4计算，每次水冷和余热回温形成一次循环热处理过程，经循环次数为N的分级等温淬火循环热处理后工件平均温度为贝氏体转变温度时，工件利用余热堆冷或保温箱保温进行贝氏体等温转变；步骤3、将经步骤2处理过后的工件空冷至室温，完成马氏体转变，得到贝氏体-马氏体组织的贝氏体-马氏体复相钢/铁；所述步骤2循环热处理过程中水冷时间与回温时间逐步递减，第n次水冷时间Tn、第n次回温时间tn、循环次数为N根据下列公式确定：其中D为工件的有效厚度，单位为mm，α为系数取5～6mm/s，β为系数取16～20mm，n为1、2、3、…、N。2.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李祖来，潘伟，蒋业华，山泉，冯志扬，周荣，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53