[发明专利]一种高碳铬钢碳化物超细化处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁材料热处理领域，具体涉及一种高碳铬钢碳化物超细化处理工艺。

背景技术

高碳铬钢（通常含碳量约0.8~1.4%）广泛应用于制造模具、量具及轴承等关键零部件，要求高的硬度、强度及尺寸稳定性，并能保持一定的韧性。高碳铬钢经热加工成型之后，组织为片状珠光体，硬度高，难于切削加工，故通常采用球化退火工艺，得到数量适中的粒状碳化物以改善切削加工性。然而，球化退火周期长（20个小时以上），效率低，能耗高，且球化退火后碳化物颗粒尺寸较大、形貌不规则，大小不均匀。碳化物为硬脆相，理想的状态为球形，如果形状不规则，或非球状，颗粒较大时，易在基体引起应力集中而产生裂纹，降低韧性和疲劳强度。

因此，采用碳化物超细化处理工艺，能缩短工艺流程，提高生产效率，获得均匀细小的球状碳化物组织，并且该工艺可实现碳化物颗粒尺寸精确可控。同时，均匀细小弥散分布的碳化物颗粒有利于提高工件的淬透性，降低淬火开裂性，易于切削加工，有助于提高高碳铬钢工件的耐磨性和疲劳强度。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明的目的是提供一种高碳铬钢碳化物超细化处理工艺。本发明具有生产效率高、成本低，碳化物组织均匀细小、性能优良，碳化物组织尺寸可控、可满足不同需求的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种钢铁材料热处理工艺，采用碳化物超细化处理工艺，以下为具体处理工艺：

1）高温奥氏体化处理：将高碳钢加热到1050~1100℃保温30~60分钟，使碳化物完全溶解，获得单相奥氏体组织；

2）高温锻造：保温之后立即对步骤1）所得单相奥氏体组织进行锻造，锻造温度900~1100℃，终锻温度不低于900℃，得到终锻后工件；

3）淬火处理：将步骤2）所得终锻后工件转移进淬火介质中快速淬火，淬火介质采用热水或热油，冷却至室温，得到淬火后工件，该淬火后工件为含有少量残余奥氏体的马氏体组织；

4）回火处理：淬火后立即对步骤3）得到的淬火后工件回火处理，使碳化物从过饱和马氏体中析出，得到分布均匀的球状超细碳化物组织。

所述步骤3）中的淬火工艺，采用热水或热油作为淬火介质，其中：淬火介质“热水”指水温高于90℃的纯水或各种配比的盐水（包括但不限于NaCl水溶液、NaNO₃水溶液等），“热油”指油温高于60℃的各种规格淬火油。本发明采用热水或热油作为淬火介质，可以防止工件淬火变形、开裂。

所述步骤4）中的回火工艺为低温回火工艺或者高温回火工艺，其中：低温回火工艺为350~500℃，回火时间为2~4小时；高温回火工艺为500~800℃，回火时间为2~4小时。选取不同温度与时间组合，可实现碳化物颗粒尺寸调节，满足不同产品需求。

附图说明

图1为本发明高碳铬钢超细化处理工艺的示意图。

具体实施方案

下面结合具体实施例对本发明作进一步叙述，但本发明不局限于以下实施例。

实施例1

一种高碳铬钢碳化物超细化处理工艺，材料为GCr15轴承钢，钢锭重25Kg。（1）钢锭在台车式气氛保护炉中加热至1080℃，保温45分钟进行高温奥氏体化处理，获得单相奥氏体组织；（2）将钢锭由气氛保护炉中取出，高温锻造成轴承环，终锻温度为900℃；（3）将锻造的轴承环直接淬火至96℃纯水中，待冷却至室温后取出；（4）对轴承环进行低温回火，回火温度为450℃，回火时间为2小时。

在轴承环中心不同部位分别取样3个，通过金相与扫描电子显微镜观察，碳化物颗粒呈球状，细小弥散均匀分布，统计测得碳化物平均晶粒尺寸为0.12μm。

实施例2

一种高碳铬钢碳化物超细化处理工艺，材料为GCr15SiMo钢，钢锭重15Kg。（1）钢锭在台车式气氛保护炉中加热至1100℃，保温30分钟进行高温奥氏体化处理，获得单相奥氏体组织；（2）将钢锭由气氛保护炉中取出，高温锻造成轴承环，终锻温度为900℃；（3）将锻造的轴承环直接淬火至80℃淬火油中，待冷却至室温后取出；（4）对轴承环进行高温回火，回火温度为770℃，回火时间为3小时。

在轴承环中心不同部位分别取样3个，通过金相与扫描电子显微镜观察，碳化物颗粒呈球状，细小均匀分布，统计测得碳化物平均晶粒尺寸为0.35μm。