[发明专利]一种低碳合金钢渗碳件弥散碳化物制备工艺

说明书

本发明提供一种低碳合金钢渗碳件弥散碳化物制备工艺，通过渗碳、空冷、二次加热、淬火和回火的工序步骤，并区别于常规渗碳淬火工艺的工艺参数，能够得到表面含有大量弥散分布的碳化物的零件，其小尺寸的颗粒直径为0.1‑0.5μm，大尺寸的颗粒在0.5‑1.5μm，分布弥散；经过硝酸酒精深腐蚀后在金相显微镜下弥散碳化物轮廓清晰、呈亮白色、具有浮凸感；其次，本工艺的用时与常规渗碳淬火零件时间接近，且没有大幅增加工序成本，工艺过程简单，单次装炉即可实现弥散碳化物的析出，无需高温回火等中间辅助工艺，便于生产推广；同时，整个工艺过程仅淬火一次，对于高精度的零件，热处理畸变可控。

技术领域

本发明属于弥散碳化物的制备领域，具体涉及一种低碳合金钢渗碳件弥散碳化物制备工艺。

背景技术

近几十年来变速箱渗碳齿轮钢的热处理工艺为：渗碳淬火清洗回火，该工艺所得表层金相组织为针状马氏体和残余奥氏体，如图1和图2所示，难以满足更大扭矩、长寿命、抗疲劳的要求。

弥散碳化物的制备工艺有太原理工大学石巨岩团队的超饱和渗碳工艺，该工艺方法采用循环渗碳淬火的工艺，渗碳后往复进行3次淬火，可以获得弥散碳化物，但在热处理领域，工件的变形作为热处理控制的一个难点，多次淬火导致热处理变形更为复杂，控制难度大，因此该工艺无法用于生产实践。类似工艺中常州天山重工机械有限公司的发明《一种渗碳件表面高硬度碳化物的渗碳淬火方法》，该工艺渗碳时间较长，强渗时间达到27～29小时，双段扩散15～17小时，且该工艺过程中包含高温回火，回火后再出炉缓冷，工艺复杂且周期较长，整个工艺周期长达60余小时，不适用于汽车变速箱零件。

现阶段尚无生产可行的在汽车齿轮表面析出弥散碳化物的工艺方法。

发明内容

针对现有常规渗碳淬火工艺存在难以满足齿轮钢大扭矩、长寿命、抗疲劳的问题和现有弥散碳化物制备工艺无法在实际生产中得以应用的问题，本发明提供一种低碳合金钢渗碳件弥散碳化物制备工艺，可大幅提高重载齿轮的疲劳寿命，且该工艺可应用于批量生产。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种低碳合金钢渗碳件弥散碳化物制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将待渗碳零件放置于渗碳炉内，控制渗碳炉温度为A_C3+80-140℃，碳势为1.0-1.35％，渗碳4-8小时，得到表面碳原子高含量零件；

S2：将炉温缓慢降温至780-860℃，碳势降低，得到具有一定的渗碳化学深层零件；

S3：将具有一定的渗碳化学深层零件转移至冷却室，在保护气氛下冷却，得到表层一定深度范围内析出沿晶界分布的细条状碳化物；

S4：将冷却后的零件置于渗碳炉内加热，并调整渗碳炉温度为760-840℃，碳势再次降低至表面不脱碳，细条状碳化物溶解和再析出达到动态平衡，得到表面含弥散分布的短杆状或颗粒状碳化物的零件；

S5：将表面含弥散分布的短杆状或颗粒碳化物的零件淬火，并进行回火，得到含弥散碳化物零件。

进一步，所述S1中的渗碳炉温度为900-930℃，碳势为1.0-1.35％。

进一步，所述S2中的碳势降低至0.7-1.0％。

进一步，所述S3中的冷却时间为0.5-2小时。

进一步，所述S4中的保温时间为1-4小时。

进一步，所述S4中的碳势降低至0.7-0.9％。

进一步，所述S5中的回火温度为140-200℃。

进一步，所述S5的回火时间为2-5小时。

进一步，所述S5中的淬火为油淬或聚合物淬火。