[发明专利]一种渗碳零件回火热处理方法及渗碳零件

说明书

本发明公开了一种渗碳零件回火热处理方法及渗碳零件，属于金属材料热处理技术领域，解决了现有技术中因渗碳层回火后组织中未析出碳化物的高碳马氏体含量过高而导致强塑性匹配不佳，抵抗接触疲劳性能较差，服役可靠性较差的问题。本发明的热处理方法包括对渗碳淬火后的零件采用回火热处理，在Fe₃C析出型回火马氏体生成之前终止回火热处理，以获得微观组织以碳原子集群化与亚结构过渡态碳化物析出为特征的回火马氏体的体积分数为90％以上、Fe₃C析出型回火马氏体及贝氏体的体积分数为1％以下的渗碳层。采用本发明的回火热处理方法制得的渗碳零件的耐磨性明显提高，接触疲劳服役性能好。

技术领域

本发明属于金属材料热处理技术领域，具体地涉及一种渗碳零件回火热处理方法及渗碳零件。

背景技术

对于轴类、齿轮类需要渗碳淬火的零部件，需要获得表面较硬、芯部较韧的渗碳强化层，并且由于此类零部件的主要失效方式为接触疲劳，因此提高渗碳强化层的强度、塑性，尤其是强塑性匹配是提高此类零部件可靠性的关键。

渗碳类零部件具有较高的表面含碳量，通常渗碳淬火后采用150～170℃的低温回火作为热处理工艺的最后一步，主要目的是去除淬火应力，并未利用后续回火热处理工艺进一步提高淬火马氏体塑性。然而，针对此类零部件的服役工况，热处理后微观组织的残余奥氏体的稳定性和回火马氏体的强韧性直接影响零部件的服役精度和服役寿命；目前针对渗碳类零部件淬火后的回火工艺的目的主要是消除淬火应力，并且避免发生回火脆性，经验认为200℃以上会发生第一类回火脆性，因此，现有的回火工艺一般采取200℃以下回火。因此导致渗碳层回火后组织中未析出碳化物的高碳马氏体含量过高，导致渗碳零件的强塑性匹配较差，抵抗接触疲劳性能较差，服役可靠性较差；因此需要通过对淬火后的回火工艺进一步精细化控制，进而对微观组织进一步精细化调整来优化渗碳层的性能。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种渗碳零件回火热处理方法及渗碳零件，解决了现有技术中渗碳层回火后组织中未析出碳化物的高碳马氏体含量过高，导致渗碳零件的强塑性匹配较差，抵抗接触疲劳性能较差，服役可靠性较差的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供了一种渗碳零件回火热处理方法，热处理方法包括对渗碳淬火后的零件采用回火热处理，在Fe₃C析出型回火马氏体生成之前终止回火热处理，以获得微观组织以碳原子集群化与亚结构过渡态碳化物析出为特征的回火马氏体的体积分数为90％以上、Fe₃C析出型回火马氏体及贝氏体的体积分数为1％以下的渗碳层。

进一步的，热处理方法包括如下步骤：

步骤一：对零件进行表面渗碳淬火处理，获取渗碳淬火层；

步骤二：测试分析渗碳淬火层组织中残余奥氏体的含量；

步骤三：对渗碳淬火后渗碳淬火层组织中残余奥氏体体积分数＜10％的零件进行回火热处理，回火温度200-250℃，回火时间0.5-12h；

步骤四：保温结束后水冷，获得最终的渗碳零件；其中，渗碳零件的渗碳层组织为：以碳原子集群化与亚结构过渡态碳化物析出为组织特征的低碳回火马氏体(体积分数90％以上)+残余奥氏体(体积分数2％～10％)+未析出碳化物的高碳马氏体含量1％以下+Fe₃C析出型回火马氏体及贝氏体含量1％以下。

进一步的，步骤二中，测试分析渗碳淬火层组织中残余奥氏体的含量，若残余奥氏体体积分数≥10％，则对零件进行深冷处理；若残余奥氏体体积分数＜10％，则不需要对零件进行深冷处理。

进一步的，步骤三中，回火温度和保温时间符合如下关系：

回火温度T(℃)，回火时间t(min)满足如下函数关系：