一种中碳低合金钢的渗碳处理方法与流程

[0001]
本发明涉及钢的热处理工艺技术领域，尤其是涉及一种钻头用钢等中碳低合金钢的渗碳处理方法。


背景技术：

[0002]
热处理，是指材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，以获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺，目前，对于钢材的表面耐磨能力和强度的提高，一般采用渗碳工艺进行。渗碳，是指将零件放在渗碳剂(渗碳介质)中，加热到中相奥氏体温度，经保温使碳原子渗入零件表面层的过程；其目的是使零件表面层含碳量增加，工件的表面层具有高强度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持低碳钢的韧性和塑形。
[0003]
渗碳工艺包括强渗阶段和扩散阶段，目前，现有的渗碳处理工艺的强渗处理时间比扩散处理时间长，例如：
[0004]
cn109457213a公开了一种多段渗碳热处理工艺，其中，强渗处理时间为420min，所述第一次扩散碳势为1.0，所述第二次扩散碳势为0.65，所述第一次扩散时间与第二次扩散时间均为1h。
[0005]
cn107805776a公开了一种23crni3moa钎具用材料的渗碳碳势分布控制工艺，包括如下步骤：a、渗碳处理：钎具采用热轧23crni3moa中空钢，以丙烷为渗碳剂，甲醇为稀释剂，工件850℃装入井式渗碳炉内进行渗碳，炉内温度到达780℃开始通入甲醇，炉内温度到达860℃开始通入丙烷，利用红外线或氧探头控制碳势，利用热电偶控制温度，渗碳包含强渗、扩散两个阶段，当炉内温度升至920℃时，碳势控制为1.1％强渗8小时；而后降低丙烷滴量，碳势控制为0.6％进入扩散阶段，保温2小时，渗碳完成后降低炉内温度至860℃，保温1小时，工件出炉风冷淬火；b、淬火处理：将经上述步骤渗碳完成后的钎具在温度为855-865℃下进行风冷淬火，以≥3℃/s的冷速冷却到300℃，以≥1℃/s的冷速冷却至室温；c、低温回火处理：将经上述步骤淬火处理后的钎具进行低温回火处理，回火温度210℃，回火保温100分钟。
[0006]
现有的渗碳工艺其处理周期偏长，且不利于钢制件中碳浓度的梯度分布，渗碳过程中工件中碳浓度的分布对其硬度和强度有较大的影响。钻头用钢是一种常见的钢制件，其要求有较高的硬度、强度，同时又不能过分强调硬度，因为过硬会导致材质变脆、韧性变低，因此，需要对现有中碳低合金钢的渗碳工艺进行改进处理，进而提高满足工件质量，缩短加工周期。


技术实现要素：

[0007]
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种操作简单、获得由表及里碳浓度梯度分布较缓的工件、降低工件使用中的开裂风险、延长工件使用寿命的中碳低合金钢的渗碳处理方法。
[0008]
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0009]
一种中碳低合金钢的渗碳处理方法，渗碳处理包括强渗处理和扩散处理，强渗处理的时间和扩散处理的时间之比为1:1.08～1.6，且渗碳处理总时间大于10h。
[0010]
现有的中碳低合金钢的渗碳处理工艺，一般均是强渗处理时间比扩散时间长，为的是提高渗碳层的碳浓度，但容易处理碳浓度分布梯度出现急剧变化，引起渗碳层剥落的现象，本发明在基本不调整原渗碳处理工艺周期的前提下，缩短强渗处理时间，并延长扩散处理时间，减少活性碳原子数量，进而适当降低渗碳层碳浓度；使工件表面高碳浓度充分向里扩散以获得分布较缓的碳浓度梯度，避免出现渗碳层剥落现象，大大提高工件质量，打破了现有技术中本行业技术人员对渗碳处理的偏见，并改善了钻头用钢等工件的质量，便于其后续的机加工处理。
[0011]
且申请人发现，在维持现有工件渗碳时间不变的情况下，当扩散时间小于强渗处理时间的1.6倍以后，继续延长扩散时间，碳浓度随工件表面深度的变化梯度改变极小，趋于平缓，且还会降低因强渗时间的缩短，而大幅度降低工件表面渗碳层的浓度；当扩散时间小于强渗处理时间的1.08倍，继续缩短扩散时间，扩散阶段对碳浓度分布梯度的影响极其显著，很难获得较缓的碳浓度分布梯度，仍然容易出现渗碳层剥落的现象，因此，强渗处理的时间和扩散处理的时间之比设置为1:1.08～1.6，确保工件表面达到符合要求的碳浓度，且碳浓度分布梯度较缓，有效避免渗碳层剥落的现象。
[0012]
一种中碳低合金钢的渗碳处理方法，包括以下步骤：
[0013]
1)工件预处理：将工件装入专用料架上，置入清洗炉，用85-90℃的清洗液清洗5-6分钟，将工件表面的油渍和灰尘清洗干净；清洗后的工件转至回火炉内，在温度410
±
10℃，保温30～45分钟进行烘干预热；
[0014]
2)强渗处理：将步骤1)预处理的工件转至渗碳炉内，升温至900～930℃强渗处理4.5～5.5h；
[0015]
3)扩散处理：待强渗处理结束后，保持渗碳炉的温度不变，降低工件碳势至预设扩散碳势后，开始扩散处理5.5～7h；
[0016]
4)均温处理：将渗碳炉加热室降温至850
±
10℃，保温50min～75min，再将工件转移至渗碳炉前室缓冷2～2.5h后出炉空冷；
[0017]
5)高温回火：将空冷至50～70℃的工件送入回火炉，在680
±
10℃高温回火5～6h，然后，随炉冷却至580℃后出炉放入缓冷罐中缓冷。
[0018]
所述步骤2)中，所述强渗碳势为0.98～1.03。
[0019]
在某一示范实施例中，所述步骤3)中，所述预设扩散碳势为0.63～0.68。
[0020]
所述步骤2)和3)采用的渗碳剂为丙烷，采用甲醇作为稀释剂，通过调节丙烷和甲醇的通入渗碳炉的流速控制碳势水平。
[0021]
所述步骤2)和3)利用红外线或氧探头检测碳势，利用热电偶控制温度。
[0022]
所述工件为钻头用钢，其材料为23crni3moa。
[0023]
本发明一种中碳低合金钢的渗碳处理方法的有益效果：
[0024]
申请人通过缩短强渗处理时间，减少活性碳原子数量，进而适当降低渗碳层碳浓度；并延长扩散处理时间，使工件表面高碳浓度充分向里扩散以获得分布较缓的碳浓度梯度，避免出现渗碳层剥落现象，大大提高工件质量；并后续进行680
±
10℃的高温回火处理，使渗碳件金属表面的渗碳体球化，淬火后降低奥氏体内的含碳量，使奥氏体更加容易转变
为淬火马氏体，进而减少组织残余奥氏体含量，减少工件在使用过程中开裂风险，提高工件使用寿命。高温回火有利于未熔的渗碳体以弥散颗粒状碳化物形态存在，进而改善金相组织，并有效提高了渗碳件的表面硬度。
具体实施方式
[0025]
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
[0026]
对照实施例
[0027]
一种中碳低合金钢的渗碳处理方法，包括以下步骤：
[0028]
1)工件预处理：将工件装入专用料架上，置入清洗炉，用85-90℃的清洗液清洗5-6分钟，将工件表面的油渍和灰尘清洗干净；清洗后的工件转至回火炉内，在温度410
±
10℃，保温30～45分钟进行烘干预热；
[0029]
2)强渗处理：将步骤1)预处理的工件转至渗碳炉内，升温至920
±
10℃，强渗碳势为1.03，强渗处理6h；
[0030]
3)扩散处理：待强渗处理结束后，保持渗碳炉的温度不变，降低工件碳势至预设扩散碳势0.68后，开始扩散处理5h；
[0031]
4)均温处理：将渗碳炉加热室降温至850
±
10℃，保温60min，再将工件转移至渗碳炉前室缓冷2h后出炉空冷；
[0032]
5)高温回火：将空冷至50～70℃的工件送入回火炉，在680
±
10℃高温回火6h，然后，随炉冷却至580℃后出炉放入缓冷罐中缓冷。
[0033]
实施例1
[0034]
本实施例的一种中碳低合金钢的渗碳处理方法，包括以下步骤：
[0035]
1)工件预处理：将工件装入专用料架上，置入清洗炉，用90
±
5℃的清洗液清洗6分钟，将工件表面的油渍和灰尘清洗干净；清洗后的工件转至回火炉内，在温度410
±
10℃，保温40分钟进行烘干预热；
[0036]
2)强渗处理：将步骤1)预处理的工件转至渗碳炉内，升温至920
±
5℃，强渗碳势控制在1.03，强渗处理5h；
[0037]
3)扩散处理：待强渗处理结束后，保持渗碳炉的温度不变，降低工件碳势至预设扩散碳势0.66后，开始扩散处理6h；
[0038]
4)均温处理：将渗碳炉加热室降温至850
±
10℃，保温60min，再将工件转移至渗碳炉前室缓冷2h后出炉空冷；
[0039]
5)高温回火：将空冷至50～70℃的工件送入回火炉，在680
±
10℃高温回火6h，然后，随炉冷却至580℃后出炉放入缓冷罐中缓冷。
[0040]
实施例2
[0041]
本实施例的一种中碳低合金钢的渗碳处理方法，包括以下步骤：
[0042]
1)工件预处理：将工件装入专用料架上，置入清洗炉，用90
±
5℃的清洗液清洗6分钟，将工件表面的油渍和灰尘清洗干净；清洗后的工件转至回火炉内，在温度410
±
10℃，保温30分钟进行烘干预热；
[0043]
2)强渗处理：将步骤1)预处理的工件转至渗碳炉内，升温至920
±
5℃，强渗碳势控制在1.0，强渗处理4.8h；
[0044]
3)扩散处理：待强渗处理结束后，保持渗碳炉的温度不变，降低工件碳势至预设扩散碳势0.65后，开始扩散处理6.5h；
[0045]
4)均温处理：将渗碳炉加热室降温至850
±
10℃，保温75min，再将工件转移至渗碳炉前室缓冷2.2h后出炉空冷；
[0046]
5)高温回火：将空冷至50～70℃的工件送入回火炉，在680
±
10℃高温回火5h，然后，随炉冷却至580℃后出炉放入缓冷罐中缓冷。
[0047]
实施例3
[0048]
本实施例的一种中碳低合金钢的渗碳处理方法，包括以下步骤：
[0049]
1)工件预处理：将工件装入专用料架上，置入清洗炉，用90
±
5℃的清洗液清洗6分钟，将工件表面的油渍和灰尘清洗干净；清洗后的工件转至回火炉内，在温度410
±
10℃，保温40分钟进行烘干预热；
[0050]
2)强渗处理：将步骤1)预处理的工件转至渗碳炉内，升温至920
±
5℃，强渗碳势控制在1.03，强渗处理4.5h；
[0051]
3)扩散处理：待强渗处理结束后，保持渗碳炉的温度不变，降低工件碳势至预设扩散碳势0.63后，开始扩散处理7h；
[0052]
4)均温处理：将渗碳炉加热室降温至850
±
10℃，保温50min，再将工件转移至渗碳炉前室缓冷2.5h后出炉空冷；
[0053]
5)高温回火：将空冷至50～70℃的工件送入回火炉，在680
±
10℃高温回火5.5h，然后，随炉冷却至580℃后出炉放入缓冷罐中缓冷。
[0054]
实施例4
[0055]
本实施例的一种中碳低合金钢的渗碳处理方法，与实施例1相比，存在以下不同：
[0056]
2)强渗处理：将步骤1)预处理的工件转至渗碳炉内，升温至920
±
10℃，强渗碳势控制在0.98，强渗处理5.5h；
[0057]
3)扩散处理：待强渗处理结束后，保持渗碳炉的温度不变，降低工件碳势至预设扩散碳势0.68后，开始扩散处理6h。
[0058]
申请人对对照实施例和实施例1～4处理的工件的表面碳含量与碳层深度、进行检测，结果如表1所示。
[0059]
表1对照实施例和实施例1～4处理的工件的表面碳含量与碳层深度分布关系
[0060][0061]
由表1可知，本发明的一种中碳低合金钢的渗碳处理方法，通过缩短强渗处理时间，并延长扩散处理时间，显著减缓了钢工件表面渗碳层的碳浓度随碳层深度的变化梯度，避免出现渗碳层剥落现象，大大提高工件质量。
[0062]
本发明一种中碳低合金钢的渗碳处理方法，其预处理的清洗液温度、清洗时间可以根据工件的大小进行适当调整，如：用85℃的清洗液清洗5分钟；均温处理和高温回火的时间可以在范围内进行调整，如，均温处理：将渗碳炉加热室降温至850
±
10℃，保温55min，再将工件转移至渗碳炉前室缓冷2.5h后出炉空冷；5)高温回火：将空冷至50～70℃的工件送入回火炉，在680
±
10℃高温回火5h，然后，随炉冷却至580℃后出炉放入缓冷罐中缓冷；以上技术特征的改变，本领域的技术人员通过文字描述可以理解并实施，故不再另作附图加以说明。

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