热处理正火工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种适用于４０ＣｒＨ钢及类似合金结构钢小尺寸零件的热处理正火工艺，所述工艺包括：第一步，通过正火使材料硬度大于等于２６ＨＲＣ，材料组织中出现珠光体和上贝氏体；其中将材料加热到第一温度，所述第一温度至少大于材料的临界温度Ａｃ３以上５０℃；第二步，通过回火分解正火组织中的珠光体和上贝氏体，使材料硬度调整至２０～２６ＨＲＣ内，其中回火温度为第二温度；第三步，回火出炉后通过水冷冷却。本发明专利技术能将４０ＣｒＨ及类似合金结构钢零件实现将正火硬度控制到２０～２６ＨＲＣ范围，并能消除不平衡组织，实现材料稳定的强度、韧性机械性能组合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属热处理范畴，尤其涉及一种适用于40CrH钢及类似合金结构钢小 尺寸零件高正火硬度技术要求的热处理正火工艺。
技术介绍
40CrH钢及类似合金结构钢广泛应用于齿轮、轴、传动轴、转向节等零件的制造。其作为传动件时表面热处理后的机械服役，对心部的强度性能要求较高。某公司涡轮轴材 料为40CrH钢，毛坯尺寸为①24X270(mm)，材料技术要求为冷拉后正火，正火硬度为20 26HRC(洛氏硬度)。40CrH的Aq临界温度(加热时铁素体转变为奥氏体的终了温度) 为78『C，若按正常的正火工艺加热到Ac3+30 5(TC保温后强迫空冷得到的硬度范围为 195 220HB(布氏硬度)，换算成洛氏硬度或实际洛氏测量，其硬度均小于20HRC，不符合 产品设计要求。若采用等温正火工艺，在理论上，如图1的C曲线(过冷奥氏体等温转变动 力学曲线，温度-时间曲线)，零件在奥氏体化后，冷却曲线通过680 55(TC之间，可以实 现正火硬度20 26HRC。但正火在实际生产中，空气的比热容为1. 3KJ/M^C，热传导系数 为0. 024W/M°C ，钢铁的比热容约4290KJ/M3°C ，热传导系数为50W/M°C ，两者差距巨大，要将 lOOKg钢铁从90(TC冷却到650°C ，需55(TC热空气大约60 80m3/s流速，显然，此工艺参数 在目前技术状况下难以控制和实现，并且目前热处理设备制造商不可能制造出生产实用型 的等温正火设备。所以将40CrH直接正火至20 26HRC硬度要求实际生产中无法操作。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是通过对40CrH及类似合金结构钢小尺寸零件采用热 处理正火的复合热处理工艺，实现将正火硬度控制到20 26HRC范围的正火硬度要求。 本专利技术主要采用以下技术方案 —种热处理正火工艺，所述工艺包括 第一步，通过正火使材料硬度大于等于26HRC，材料组织中出现珠光体和上贝氏 体；其中将材料加热到第一温度，所述第一温度至少大于材料的临界温度Ac3以上50°C ; 第二步，通过回火分解正火组织中的部分珠光体和上贝氏体，使材料硬度调至 20 26HRC内，其中回火温度为第二温度； 第三步，回火出炉后通过水冷冷却。 优选地，所述第一步正火中进行强迫风冷。 进一步地，所述强迫风冷为快速冷却，冷却时间在2分钟内，材料出冷却后表面温 度低于20(TC。 优选地，所述第一温度范围为900 920°C。 优选地，所述第二步中，第二温度根据第一步正火后的硬度按下表选取 3正火后硬度(服c)回火温度范围CC )26 30570 59031 33590 610》34620 630 进一步地，所述第三步中冷却为快速冷却，冷却时间为1分钟，材料出水温度为 250°C。 本专利技术以40CrH钢的过冷奥氏体等温转变动力学曲线，温度-时间曲线(见图1) 及临界温度Ac3 = 788°C， A巧=665t:为理论依据，采用较高温度900 92(TC加热保温。 加热温度提高，合金元素更多溶入奥氏体中，奥氏体成分愈加均匀，增加了过冷奥氏体的稳 定性，使C曲线右移，以适当的风冷速度实现过冷奥氏体转变。当增大强迫风冷速度时，材 料硬度达到了 26 35HRC，离散性大，并且组织中出现了上贝氏体。上贝氏体具有明显的方 向性，硬度较高。在机加工过程中，因其和珠光体的硬度差异，形成被加工性能的不同，所以 在后道加工几何尺寸精度的离散性很大，造成搓齿加工累积误差不合格。同时，因上贝氏体 和珠光体体积密度不同，感应淬火加热时相变温度不一致，相变时体积热膨涨不同，导致中 频感应淬火裂纹倾向性增加。 针对正火后不同的硬度范围(即不同上贝氏体含量)，制定对应的不同的去应力 回火温度，分解不平衡相上贝氏体和高密度珠光体，将硬度调整至20 26HRC。回火出炉后 零件采用快速水冷，避免了回火脆性。附图说明 图1为40CrH的冷却特性C曲线。 具体实施例方式本专利技术通过以下步骤实施 1.采用网带式正火炉在900 92(TC的范围内加热，保温60 80分钟； 2.冷却履带上采用三个特制风机强迫风冷，单个风机的送风量为4000 6000m3/h ; 3.调整冷却履带走速，使材料出水冷却后表面温度低于200°C ，冷却时间控制在2 分钟内； 4.用洛氏硬度检验正火硬度，根据正火硬度选择步骤5中的回火工艺； 5.回火温度根据正火硬度从下表中选择，保温时间60 90分钟； 正火后硬度(服c)回火温度范围CC )26 30570 5904<table>table see original document page 5</column></row><table> 6.回火出炉后，材料快速水冷至250°C出水，冷却时间大约为1分钟； 7.用洛氏硬度计检验硬度。 本专利技术所涉及的正火+去应力回火的复合工艺与一般正火工艺相比，正火温度从 86(TC提高至91(TC，并增加了回火及回火后的快速水冷道序。实际生产中若按正常的正火 工艺将40CrH及类似合金结构钢直接正火至硬度20 26HRC是无法实现的(曾用连续式 推盘正火炉、连续网带正火炉，真空气淬炉、实验室小箱室炉作过多次正火实验，无法将正 火硬度稳定的控制在20 26HRC范围内)。 众所周知，热处理正火定义为，将金属加热到金属材料的Ac3+30 5(TC后在空气 中冷却。因为空气的比热容和热传导系数与钢铁相差甚远。在实际生产中，不能在C曲线 要求时间段和温度段中将零件的温度从90(TC快速冷到650°C，并在650 55(TC温度里保 持相变转变时间，所以得不到零件正火硬度为20 26HRC的范围。主要原因是40CrH是一 种淬透性比较好的低合金钢，表面冷速快，出现上贝氏体等非平衡组织，中间出现上贝氏体 索氏+体珠光体混合组织，组织上的不均匀导致硬度上离散性大，造成搓齿不合格和中频 感应淬火裂纹倾向。 本专利技术所采用的热处理正火工艺提高了正火温度，提高了奥氏体合金元化程度， 增加了过冷奥氏体的稳定性，推迟了过冷奥氏体向珠光体及上贝氏体的转变，得到细片状 珠光体(索氏体)+铁素体+上贝氏体相混合的正火组织。材料正火后硬度稳定在26 35HRC。经过工艺试验验证，根据正火后的硬度对回火温度作了分段处理，不同的正火后硬 度按不同的回火温度进行回火。经过回火，分解了组织中的不平衡相上贝氏体，等轴化铁素 体，可以将硬度调整至20 26HRC范围内，为后期的机加工和感应热处理提供了良好的组 织和硬度，有效地避免了因不平衡组织快速加热产生的裂纹；提高材料的综合机械性能。快 速水冷则抑止了第二相的析出，防止了回火脆性。 需要指出的是，目前的专业的等温正火炉，等温正火工艺，即使对等温前的冷速、 等温温度、装炉量、热交换量、冷却风量及介质温度等参数进行精确控制，也不能批量化生 产40CrH及类似合金结构钢零件正火硬度至20 26HRC范围内。 与目前等温正火技术相比，本专利技术的优势是将40CrH及类似合金结构钢零件，通 过上述工艺，实现将正火硬度控制到20 26HRC范围，并能消除不平衡组织，实现材料稳定 的强度、韧性机械性能组合。权利要求一种热处理正火本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热处理正火工艺，所述工艺包括：　　第一步，通过正火使材料硬度大于等于２６ＨＲＣ，材料组织中出现珠光体和上贝氏体；其中将材料加热到第一温度，所述第一温度至少大于材料的临界温度Ａｃ↓［３］以上５０℃；　　第二步，通过回火分解正火组织中的部分珠光体和上贝氏体，使材料硬度调至２０～２６ＨＲＣ内，其中回火温度为第二温度；　　第三步，回火出炉后通过水冷冷却。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张绍贻，
申请(专利权)人：上海纳铁福传动轴有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]