[发明专利]热处理正火工艺

说明书

本发明公开了一种适用于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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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Φ24×270(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Ac3临界温度(加热时铁素体转变为奥氏体的终了温度)为788℃，若按正常的正火工艺加热到Ac3+30～50℃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，空气的比热容为1.3KJ/M3℃，热传导系数为0.024W/M℃，钢铁的比热容约4290KJ/M3℃，热传导系数为50W/M℃，两者差距巨大，要将100Kg钢铁从900℃冷却到650℃，需550℃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。

发明内容

本发明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。

本发明主要采用以下技术方案：

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Ac3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。

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200℃。

优选地，所述第一温度范围为900～920℃。

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℃。

本发明以40CrH钢的过冷奥氏体等温转变动力学曲线，及临界温度Ac3＝788℃，Ar1＝665℃为理论依据，采用较高温度900～920℃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。