本發(fā)明涉及一種氣體滲碳的熱處理工藝方法，尤其是一種提高滲碳件表面硬度、控制表面組織分散度的工藝。

背景技術(shù)：

化學(xué)熱處理時(shí)將金屬材料放在一定的介質(zhì)內(nèi)加熱、保溫、冷卻，由于濃度差異，使金屬表面改變其化學(xué)成分，通過改變材料的表面和內(nèi)部的金相組織，來控制其性能的一種金屬熱處理工藝。金屬熱處理是機(jī)械制造行業(yè)中的重要組成部分。

滲碳件中主要包括齒輪和齒軸，它們均是機(jī)械傳動(dòng)中的基礎(chǔ)工件，其性能，壽命直接影響整機(jī)的質(zhì)量指標(biāo)和運(yùn)行情況。風(fēng)電行業(yè)的蓬勃發(fā)展，對滲碳件的表面硬度及金相組織的要求大大提高，現(xiàn)井式爐鹽浴淬火，往往會(huì)出現(xiàn)一些硬度較低、碳化物較長或殘奧較多的質(zhì)量問題。

越來越多的滲碳件采用18CrNiMo7-6材料，由于這種材料中含有Cr、Mo都是易形成碳化物的合金元素，在碳含量較高的情況下，可能沿晶界形成條狀或網(wǎng)狀碳化物，如圖1所示?，F(xiàn)有工藝為：將工件放入加熱爐內(nèi)升溫至650℃，保溫2小時(shí)；再將升溫后的工件升溫至800℃，加熱爐內(nèi)碳勢CP達(dá)到0.4C％，保溫2小時(shí)；進(jìn)行滲碳，將再次升溫后的工件升溫至930℃，高碳勢強(qiáng)滲階段的碳勢CP為1.08C％、滲碳時(shí)間為27小時(shí)，低碳勢擴(kuò)散階段的碳勢CP為0.75C％、滲碳時(shí)間為18小時(shí)；將工件爐冷到650℃，保溫4小時(shí)；爐冷后的工件進(jìn)入緩冷坑，正常硝鹽淬火回火，工件表面硬度在58～60HRC，金相組織有較多的殘余奧氏體和大小不均勻碳化物，如圖2所示；試樣表面硬度如表1所示。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)中之不足，提供一種提高滲碳件表面硬度、控制表面組織分散度的工藝，提高工件表面硬度，控制表面組織的分散度。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種提高滲碳件表面硬度、控制表面組織分散度的工藝，針對18CrNiMo7-6材料的滲碳件，具體步驟為：

(1)、將工件放入加熱爐內(nèi)升溫至650℃，保溫2小時(shí)；

(2)、再將升溫后的工件升溫至800℃，加熱爐內(nèi)碳勢CP達(dá)到0.4C％，保溫2小時(shí)；

(3)、進(jìn)行滲碳，將再次升溫后的工件升溫至930℃，控制碳勢先為高碳勢強(qiáng)滲階段，后為低碳勢擴(kuò)散階段，高碳勢強(qiáng)滲階段的碳勢CP為1.20C％、滲碳時(shí)間為27小時(shí)，低碳勢擴(kuò)散階段的碳勢CP為0.75C％、滲碳時(shí)間為13小時(shí)；

(4)、將工件快冷到650℃，保溫4小時(shí)；

(5)、快冷后的工件進(jìn)入緩冷坑，降溫至750℃，保溫5～10min，再次快冷到680℃，保溫2.5h，循環(huán)2次；

(6)、最后進(jìn)行硝鹽淬火回火，工件表面硬度達(dá)到60～62HRC。

改變擴(kuò)散階段結(jié)果后冷卻方式，由爐冷變成快冷，可以快速經(jīng)過兩相區(qū)，緩和鋼件化學(xué)元素的偏析情況，在650℃保溫時(shí)，滲碳表面的過共析和共析區(qū)域開始“孕育”珠光體，過飽和的碳在晶界偏析，與合金元素Cr、Mo等形成條狀或者網(wǎng)狀碳化物。

滲碳后，增加一道相變處理：750℃，保溫5～10min，再快冷到680℃，保溫2.5h，循環(huán)2次；鋼件因碳原子的滲入，表面由亞共析鋼轉(zhuǎn)變?yōu)檫^共析鋼和共析鋼。隨著鋼件碳含量的增加，達(dá)到共析鋼成分時(shí)，完全奧氏體化溫度Ac3下降，且越來越接近Ac1；超過共析鋼成分，表面轉(zhuǎn)變?yōu)檫^共析鋼，完全奧氏體化溫度Acm上升，由于擴(kuò)散階段碳勢僅0.75％，Acm低于原始材料的Ac3。第一次加熱到750℃時(shí)，鋼件表面的過共析區(qū)域和共析區(qū)域已經(jīng)達(dá)到完全奧氏體溫度，晶界處偏析的碳化物造成較大的濃度起伏，且原子排列不規(guī)則，具有較高的畸變能，為奧氏體“形核”提供了有利的條件，足以打斷在晶界上析出的條狀或者網(wǎng)狀碳化物；5～10min的保溫時(shí)間較短，不會(huì)使碳化物完全溶解，未溶解的碳化物硬質(zhì)顆粒，阻礙奧氏體的長大速度，且短時(shí)間的保溫沒有充裕的時(shí)間讓奧氏體長大，所以750℃保溫5到10min可以細(xì)化晶粒和打斷條狀、網(wǎng)狀碳化物?？炖渲?80℃，保溫2.5h，由于750℃時(shí)碳化物沒有完全溶解到奧氏體中，奧氏體內(nèi)的碳溶度少于擴(kuò)散結(jié)束時(shí)的碳溶度，幾乎不會(huì)出現(xiàn)碳化物在晶界處偏析生成的現(xiàn)象。在680℃保溫不僅可以球化滲碳體，減少淬火時(shí)奧氏體的合金元素及碳溶度，降低奧氏體的穩(wěn)定性，減少淬火后殘余奧氏體的含量；還可以得到粒狀珠光體，粒狀珠光體相對于層片狀珠光體，具有更多兩相界面，大大增加了淬火時(shí)奧氏體的“形核”速率，提高奧氏體晶粒度等級(jí)，縮短淬火后馬氏體的針長。

第一次相變處理不能徹底改變碳化物存在的形態(tài)，第二次相變處理可以更加徹底地打斷條狀碳化物，使98％的碳化物以顆粒的形態(tài)存在，還可以再次細(xì)化晶粒，所以第二次相變處理是對第一次相變處理后組織的優(yōu)化。因?yàn)橄嘧兲幚砗蟮慕M織界面較多，為奧氏體“形核”提供了有利條件，大大增加了淬火時(shí)奧氏體的“形核”速率；顆粒狀碳化物的存在以及合金元素滲碳體的球化，阻礙了奧氏體長大速度。所以淬火時(shí)，奧氏體晶粒度等級(jí)很高，可以達(dá)到10級(jí)或者11級(jí)。馬氏體針長由淬火時(shí)奧氏體晶粒的大小決定，10級(jí)奧氏體晶粒的平均直徑只有11.2um，所以淬火后的單個(gè)馬氏體針最長不超過11.2um。晶粒減小不僅降低了由奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變所需要的能力，還提高了馬氏體的強(qiáng)度、塑性和韌性。

本發(fā)明在通過提高現(xiàn)有滲碳工藝中強(qiáng)滲階段以及擴(kuò)散階段的碳勢，加快滲碳速率，提高金屬表面碳含量；滲碳結(jié)果冷卻時(shí)，金屬表面析出條狀或者網(wǎng)狀碳化物，合理的確定表面相變的次數(shù)，細(xì)化表面組織，使金屬表面的碳化物斷網(wǎng)，球化；在淬火階段增加奧氏體形核率、降低奧氏體內(nèi)的含碳量，更加容易轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小淬火馬氏體；未熔的碳化物保留原始形態(tài)，細(xì)小彌散，進(jìn)而改善表面金相組織和提高表面硬度。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明工藝通過合理調(diào)節(jié)滲碳階段的碳勢和表面相變的次數(shù)，得到較優(yōu)的滲碳淬火金相組織。該工藝簡潔有效地實(shí)現(xiàn)了滲碳齒輪表面高硬度、細(xì)小金相組織的效果。具體優(yōu)點(diǎn)：1.碳勢提高，滲碳速率加快；2.表面相變得到細(xì)小晶粒、破壞網(wǎng)狀碳化物的效果；3.提高滲碳淬火件表面硬度；4.有效地控制金相組織的分散度。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1為現(xiàn)有工藝滲碳后的金相組織。

圖2為現(xiàn)有工藝淬火后的金相組織。

圖3為本發(fā)明工藝滲碳后的金相組織。

圖4為本發(fā)明工藝淬火后的金相組織。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。

表1

其中，層深2.74mm。

實(shí)施例：針對18CrNiMo7-6材料的滲碳件的提高其表面硬度、控制其表面組織分散度的工藝方法，具體步驟為：將工件放入加熱爐內(nèi)升溫至650℃，保溫2小時(shí)；再將升溫后的工件升溫至800℃，加熱爐內(nèi)碳勢CP達(dá)到0.4C％，保溫2小時(shí)；進(jìn)行滲碳，將再次升溫后的工件升溫至930℃，控制碳勢先為高碳勢強(qiáng)滲階段，后為低碳勢擴(kuò)散階段，高碳勢強(qiáng)滲階段的碳勢CP為1.20C％、滲碳時(shí)間為27小時(shí)，低碳勢擴(kuò)散階段的碳勢CP為0.75C％、滲碳時(shí)間為13小時(shí)；將工件快冷到650℃，保溫4小時(shí)；快冷后的工件進(jìn)入緩冷坑，降溫至750℃，保溫5～10min，再次快冷到680℃，保溫2.5h，循環(huán)2次；最后進(jìn)行硝鹽淬火回火，工件表面硬度達(dá)到60～62HRC。進(jìn)緩冷坑，表面得到細(xì)小的金相組織，如圖3所示；經(jīng)過正常硝鹽淬火回火，工件表面硬度在60～62HRC，金相組織存在細(xì)小均勻的殘余奧氏體和均勻彌散的顆粒狀碳化物，如圖4所示；試樣表面硬度如表2所示。

表2

其中，層深2.83mm。

通過滲碳淬火工藝的改進(jìn)，工件表面硬度提高了2HRC左右，金相組織形態(tài)更加細(xì)小，提高了工件的綜合性能；滲碳時(shí)間縮短，層深增加，加快了滲碳速率。

上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并加以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。