[发明专利]20Cr2Ni4A钢渗碳加氮碳共渗复合热处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属热处理工艺，具体地讲，本发明涉及一种20Cr2Ni4A钢渗碳加氮碳共渗复合热处理工艺。

背景技术

20Cr2Ni4A钢属于一种常用合金表面硬化结构钢，该材料具有较好的强度和韧性，是制造高强度齿轮、轴、花键轴和活塞销等重要零件的主要材料。用20Cr2Ni4A钢制成的零件经渗碳处理可显著提高其表面硬度、耐磨性和疲劳极限，而其心部仍保持很高的强度和韧性。现有20Cr2Ni4A钢渗碳工艺主要按渗碳、正火、高温回火、淬火和低温回火五大工序实施，该工艺属成熟工艺，已在生产领域得到广泛应用。2006年6月出版的《煤碳技术》第19卷第3期，专题介绍一种用20Cr2Ni4A钢制作齿轮的热处理工艺在现有工艺中最具有代表性，其工艺过程如下：

1、渗碳处理

渗碳温度为930℃，渗碳7小时后随炉冷却至860℃出炉空冷；

2、正火处理

工件再装炉升温至840℃正火，保温时间为0.5小时，然后空冷；

3、高温回火处理

装炉升温至650℃，保温6小时后随炉冷至350℃，最后空冷至常温；

4、淬火处理

装炉后升温至800℃，保温2～4小时后油冷淬火；

5、低温回火处理

装炉加热至200℃并保温4小时，然后空冷至常温。

用20Cr2Ni4A钢制成的零件渗碳后经高温回火处理，可减少后期淬火的残余奥氏体量。接着实施的正火处理可消除渗碳层中出现的网状碳化物和细化中心部分的晶粒。淬火之后实施低温回火处理，可消除淬火后的残余应力，并使渗碳层中的淬火马氏体变成回火马氏体，以提高零件的韧性。总的来说，上述针对用20Cr2Ni4A钢制成齿轮的渗碳热处理工艺比较先进，能够指导生产，实现了提高齿轮综合性能的目的。但是，上述工艺仍存在两大不足，一是仅作渗碳处理，不能充分发挥20Cr2Ni4A钢的性能；其次是该工艺多次加热，生产周期长，每批工艺流程长、工序复杂，前后耗时约40小时。此工艺不符合当代节能减排、高效生产的要求。

发明内容

本发明主要针对现有技术的不足，提出一种20Cr2Ni4A钢渗碳加氮碳共渗复合热处理工艺，该工艺流程短，耗能少，并且使零件表面获得一层硬度极高的氮化层，进一步提高其耐磨性、疲劳强度和抗蚀性能。

本发明通过下述技术方案实现技术目标。

20Cr2Ni4A钢渗碳加氮碳共渗复合热处理工艺，其改进之处在于：工艺流程按以下步骤实施：

（1）首先将用20Cr2Ni4A钢制成的零件置入渗碳炉中，升温至900℃～930℃，在此温度条件下渗碳4.5～6小时，然后出炉空冷；

（2）接着将已渗碳零件送入炉温为560℃～600℃的热处理炉中，进行3～5小时的气体氮碳共渗处理，然后随炉升温至780℃～840℃，在保温2～4小时后作油冷淬火；

（3）最后作低温回火处理，将已淬火零件加热至160℃～200℃，保温3～4小时，然后随炉空冷。

上述工艺过程中的渗碳工序采用气体渗碳。在氮碳共渗工序中，渗氮为强化氮化。

本发明与现有技术相比，具有以下积极效果：

1、合理安排工艺流程，减少零件被加热次数，从而减少能源消耗；

2、工艺流程短，生产周期短，节省工时一半以上，生产效率高；

3、在零件渗碳之后再作氮碳共渗处理，在零件表面渗碳层上又获得一层硬度极高的氮化层，进一步提高其耐磨性、疲劳强度和抗蚀性能，其产品综合性能优于单一渗碳处理或单一氮碳共渗处理。

具体实施方式

本发明是一种20Cr2Ni4A钢渗碳加氮碳共渗复合热处理工艺，具体工艺流程按以下步骤实施：

（1）首先将用20Cr2Ni4A钢制成的零件置入渗碳炉中，本实施例中的零件是齿轮，采用气体渗碳，装炉结束后升温至920℃±5℃，在此温度条件下渗碳6小时，然后出炉空冷；

（2）接着将已渗碳的齿轮送入炉温590℃±10℃的热处理炉中，通过5小时的气体氮碳共渗处理，然后随炉升温至800℃±10℃，在保温3小时后作油冷淬火；

（3）最后将已淬火齿轮装炉作低温回火处理，其炉温为190℃±10℃，保温3小时，然后随炉空冷。

本实施例因齿轮体积稍大，故主要参数取高值，以获得1.6mm～2.0mm渗碳层厚度和氮化层厚度。本发明通过渗碳和氮碳共渗复合热处理之后，其表面硬度HRC≥61，远比单一渗碳的表面硬度高，从而实现提高齿轮的耐磨性、疲劳强度和抗蚀性。另外，本发明对零件加热次数少，大大减少能源消耗，达到节能减排的目的，并且提高工效近1倍。