一种渗碳钢表层获得高强韧复相组织的渗碳方法及应用技术

一种渗碳钢表层获得高强韧复相组织的渗碳方法及应用，本发明专利技术涉及在渗碳钢表层形成高强韧复相组织的渗碳方法领域。本发明专利技术要解决现有渗碳方法获得的渗层组织韧性差，导致抗疲劳性能差的技术问题。方法：一、选择异类金属元素；二、进行共渗处理；三、进行淬火处理；四、进行回火处理。采用该渗碳方法制备的表层具有高强韧复相组织的渗碳钢作为主体材料应用于传动件，传动件包括齿轮或轴承。本发明专利技术方法得到的渗层由高强的粒状碳化物和强韧兼备的板条马氏体复相组成，可以提高渗碳钢零件的耐磨性和抗疲劳性能。本发明专利技术用于在渗碳钢表层获得高强韧复相组织。

【技术实现步骤摘要】
一种渗碳钢表层获得高强韧复相组织的渗碳方法及应用
本专利技术涉及在渗碳钢表层形成高强韧复相组织的渗碳方法领域。
技术介绍
在高速、重载及高温服役的条件下，机械、汽车和航空等领域高端装备件对齿轮和轴承等材料提出了严苛的要求，决定了齿轮和轴承等材料向着更高疲劳寿命和更高耐磨强度的方向发展。鉴于这些，高速重载齿轮采用的钢种为合金渗碳钢，通过渗碳淬火处理可以实现表面强化，然而，传统的渗碳淬火工艺表面形成透镜片状马氏体，其亚结构为孪晶，孪晶对马氏体的强度贡献大，然而孪晶阻碍滑移，并且表面析出的碳化物不均匀分布于晶界中，从而导致其韧性差，影响齿轮的疲劳寿命，即使回火后，表面高硬度的孪晶马氏体依然具有一定的脆性，影响渗层的耐磨性和抗疲劳性能。
技术实现思路
本专利技术要解决现有渗碳方法获得的渗层组织韧性差，导致抗疲劳性能差的技术问题，而提供一种渗碳钢表层获得高强韧复相组织的渗碳方法及应用。一种渗碳钢表层获得高强韧复相组织的渗碳方法，按以下步骤进行：一、选择异类金属元素，其中异类金属元素在渗碳过程中，与渗碳钢零件中合金化金属元素共同转化为铬当量Cre；二、将渗碳钢零件和步骤一选择的异类金属元素放入渗碳炉内，对渗碳钢零件和异类金属元素进行共渗处理，控制渗碳温度为860℃～980℃，碳势为1.20～1.50％；三、将步骤二处理后的渗碳钢零件在渗碳炉内进行淬火处理，得到表层为粒状碳化物和板条马氏体组成的复相渗碳层的渗碳淬火钢零件；四、将步骤三得到的渗碳淬火钢零件进行回火处理，得到表层具有高强韧复相组织的渗碳钢，完成所述的渗碳方法，其中步骤一选择的异类金属元素满足：在步骤二渗碳过程中，异类金属元素与渗碳钢零件中合金化金属元素共同转化为铬当量Cre，与碳共渗形成粒状碳化物。步骤一中异类金属元素在渗碳过程中，与渗碳钢零件中合金化金属元素共同转化为铬当量Cre，使之与渗入的碳匹配，为后续碳原子的渗入，并在表面层形成粒状碳化物做准备。进一步，步骤一中异类金属元素为Cr、Mn、Mo、V、Ti、Al、La或Ce元素。进一步，步骤二中进行共渗处理时，异类金属元素与碳共渗形成粒状碳化物。进一步，步骤二所述的渗碳钢零件的材质为低碳合金钢或中碳合金钢。进一步，步骤二中共渗处理工艺为添加金属元素的气体渗碳工艺、真空渗碳工艺或等离子体渗碳工艺。进一步，步骤四中回火处理工艺为低温回火处理或中温回火处理。采用该渗碳方法制备的表层具有高强韧复相组织的渗碳钢作为主体材料应用于传动件，传动件包括齿轮或轴承。本专利技术的有益效果是：本专利技术针对不同的渗碳钢，依据钢中的合金化元素和渗入的金属元素，设计碳与异类金属的共渗工艺，使渗层中形成粒状的碳化物，均匀分布在强韧兼备的板条马氏体组织中。因此，本专利技术方法得到的是一种高强韧板条马氏体+粒状碳化物复相渗层组织，通过固溶强化+碳化物弥散强化来实现渗层强化，板条马氏体组织提供良好的韧性，从而提高渗碳钢零件的耐磨性和疲劳性能。采用本专利技术方法制备的齿轮样与传统方法相比，接触疲劳寿命提高457％，弯曲疲劳寿命171％。本专利技术用于在渗碳钢表层获得高强韧复相组织；采用该渗碳方法制备的表层具有高强韧复相组织的渗碳钢作为主体材料应用于传动件，传动件包括齿轮或轴承。附图说明图1为对比实验产物20Cr2Ni4渗碳钢零件表层金相组织的光学显微照片；图2为实施例一产物表面复相组织的光学显微照片；图3为对比试验产物20Cr2Ni4钢渗碳层的透射电子显微镜照片；图4为实施例一产物20Cr2Ni4钢渗碳层的透射电子显微镜照片。具体实施方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。具体实施方式一：本实施方式一种渗碳钢表层获得高强韧复相组织的渗碳方法，按以下步骤进行：一、选择异类金属元素，其中异类金属元素在渗碳过程中，与渗碳钢零件中合金化金属元素共同转化为铬当量Cre；二、将渗碳钢零件和步骤一选择的异类金属元素放入渗碳炉内，对渗碳钢零件和异类金属元素进行共渗处理，控制渗碳温度为860℃～980℃，碳势为1.20～1.50％；三、将步骤二处理后的渗碳钢零件在渗碳炉内进行淬火处理，得到表层为粒状碳化物和板条马氏体组成的复相渗碳层的渗碳淬火钢零件；四、将步骤三得到的渗碳淬火钢零件进行回火处理，得到表层具有高强韧复相组织的渗碳钢，完成所述的渗碳方法，其中步骤一选择的异类金属元素满足：在步骤二渗碳过程中，异类金属元素与渗碳钢零件中合金化金属元素共同转化为铬当量Cre，与碳共渗形成粒状碳化物。步骤一中异类金属元素在渗碳过程中，与渗碳钢零件中合金化金属元素共同转化为铬当量Cre，使之与渗入的碳匹配，为后续碳原子的渗入，并在表面层形成粒状碳化物做准备。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中异类金属元素为Cr、Mn、Mo、V、Ti、Al、La或Ce元素。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤二所述的渗碳钢零件的材质为低碳合金钢。其它与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二所述的渗碳钢零件的材质为中碳合金钢。其它与具体实施方式一至三之一相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二中共渗处理工艺为添加金属元素的气体渗碳工艺、真空渗碳工艺或等离子体渗碳工艺。其它与具体实施方式一至四之一相同。具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤三中淬火处理具体采用油淬处理或水淬处理。其它与具体实施方式一至五之一相同。具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤四中回火处理工艺为低温回火处理。其它与具体实施方式一至六之一相同。具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤四中回火处理工艺为中温回火处理。其它与具体实施方式一至七之一相同。具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤四中回火处理工艺为低温回火处理，回火温度为180℃，回火时间为3h。其它与具体实施方式一至八之一相同。具体实施方式十：具体实施方式一所制备的一种表层获得高强韧复相组织的渗碳钢的应用，是采用该渗碳方法制备的表层具有高强韧复相组织的渗碳钢作为主体材料应用于传动件，传动件包括齿轮或轴承。采用以下实施例验证本专利技术的有益效果：实施例一：本实施例一种渗碳钢表层获得高强韧复相组织的渗碳方法，按以下步骤进行：一、选择异类金属元素La，其中异类金属元素La在渗碳过程中，与20Cr2Ni4渗碳钢零件中合金化金属元素共同转化为铬当量Cre，与碳共渗形成粒状碳化物；二、将20Cr2Ni4渗碳钢零件和步骤一选择的异类金属元素La放入渗碳炉内，对渗碳钢零件和异类金属元素进行共渗处理，控制渗碳温度为860℃，碳势为1.20％；三、将步骤二处理后的渗碳钢零件在渗碳炉内进行油淬处理，得到表层为粒状碳化物和板条马氏体组成的复相渗碳层的渗碳淬火钢零件；四、将步骤三得到的渗碳淬火钢零件进行低温回火处理，控制回火温度为180℃，回火时间为3h，得到表层具有高强韧复相组织的渗碳钢，完成所述的渗碳方法。本实施例针对20Cr2Ni4钢，依据钢中的合金化元素和渗入的La元素，设计碳与La元素的共渗工艺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种渗碳钢表层获得高强韧复相组织的渗碳方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：一、选择异类金属元素；二、将渗碳钢零件和步骤一选择的异类金属元素放入渗碳炉内，对渗碳钢零件和异类金属元素进行共渗处理，控制渗碳温度为860℃～980℃，碳势为1.20～1.50％；三、将步骤二处理后的渗碳钢零件在渗碳炉内进行淬火处理，得到表层为粒状碳化物和板条马氏体组成的复相渗碳层的渗碳淬火钢零件；四、将步骤三得到的渗碳淬火钢零件进行回火处理，得到表层具有高强韧复相组织的渗碳钢，完成所述的渗碳方法，其中步骤一选择的异类金属元素满足：在步骤二渗碳过程中，异类金属元素与渗碳钢零件中合金化金属元素共同转化为铬当量Cre，与碳共渗形成粒状碳化物。

【技术特征摘要】
1.一种渗碳钢表层获得高强韧复相组织的渗碳方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：一、选择异类金属元素；二、将渗碳钢零件和步骤一选择的异类金属元素放入渗碳炉内，对渗碳钢零件和异类金属元素进行共渗处理，控制渗碳温度为860℃～980℃，碳势为1.20～1.50％；三、将步骤二处理后的渗碳钢零件在渗碳炉内进行淬火处理，得到表层为粒状碳化物和板条马氏体组成的复相渗碳层的渗碳淬火钢零件；四、将步骤三得到的渗碳淬火钢零件进行回火处理，得到表层具有高强韧复相组织的渗碳钢，完成所述的渗碳方法，其中步骤一选择的异类金属元素满足：在步骤二渗碳过程中，异类金属元素与渗碳钢零件中合金化金属元素共同转化为铬当量Cre，与碳共渗形成粒状碳化物。2.根据权利要求1所述的一种渗碳钢表层获得高强韧复相组织的渗碳方法，其特征在于步骤一中异类金属元素为Cr、Mn、Mo、V、Ti、Al、La或Ce元素。3.根据权利要求1所述的一种渗碳钢表层获得高强韧复相组织的渗碳方法，其特征在于步骤二所述的渗碳钢零件的材质为低碳合金钢。4.根据权利要求1所述的一种渗...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫牧夫，杨阳，刘瑞良，张程菘，徐跃明，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23