抗回火性热处理工艺论文范文

1生产中的问题

1.1渗碳+空冷→二次加热淬火→回火能够很好地满足M和AR级别要求，碳化物级别良好，但是，二次加热淬火又造成产品的变形量超差，约30%不合格。

1.2渗碳+空冷→真空炉二次加热淬火→回火金相组织能有效保证，变形量基本能保证合格，但是由于真空炉淬火油冷却速度慢，心部容易出现上贝氏体，且F也容易超标，真空炉装炉量小、前后清洗困难、生产效率低下。

1.3多用炉碳氮共渗+直接淬火→回火热处理变形能保证合格，但是M、AR、K很难保证同时合格，金相组织难于控制。由于N原子的渗入，使得Ac1、Ac3线下降，从而使得材料的过热倾向性比渗碳要大，淬火后M和AR级别比同温度的渗碳工艺要高，因此，要控制好碳化物、M和AR级别通常采用较低的温度和适当的碳势和通NH3量。虽然，原始坯件经过调质处理，但是，M和AR级别很难“持续、稳定地”控制在3级以下，经常出现4～5级马氏体，这样给后续冷处理带来麻烦，有时AR级别达到4～5级，即使冷处理后AR也不会降到≤1%，需要进行两次冷处理加两次回火，并适当提高回火温度。另外，如果M、AR和K级别同时为1级的时候，产品的抗回火性能差，回火后往往硬度偏低，特别是后续磨加工后，表面硬度降到59HRC以下，偶尔还发现有的为58HRC。因此，必须将M和AR级别稳定地控制在2～3级、碳化物3～4级才能保证产品质量。

2改进工艺试验

2.1多次回火+适度升高回火温度针对上述碳氮共渗工艺，再通过多次回火来消除多余的AR、使M转化成回火马氏体。或采用适度升高回火温度，将温度由原来的175℃提高到190℃，通过两次回火，M和AR级别在4级的情况有所降低，但是评定为3级也很勉强，再增加回火次数，由于AR陈稳化，已经没有作用。如果继续升高温度，表面硬度将进一步下降，内孔表面硬度已经到了下极限。很显然，这种方法效果有限，每一炉产品都单独制定回火工艺，不是从根本上解决问题的有效办法。

2.2碳氮共渗抗回火性能的初步试验根据20CrMo钢[1]的Ac1、Ac3，确定碳氮共渗温度845℃，其他工艺参数见表1，其中氨流量及碳势均高于常规碳氮共渗热处理工艺。试验结果：产品变形量合格；；淬火状态下测定层深0.48mm(金相法测定全渗层)，M和AR均4级，K是1级，心部F是8级，心部硬度33～34HRC，表面硬度58～61HRC；经260℃×3h回火，再次测量，M和AR均为2级，表面硬度55～56HRC，采用洛氏硬度机直接测量结果为79.5～80HRA，换算结果为57～58HRC。试验结果说明：升高回火温度后确实能降低M和AR级别至合格范围；虽然表面硬度已经不合格，但是通过HRA测定，表面硬度并没有过分降低，说明抗回火性能较好，只是因为渗碳层太浅，承载能力差，需要增加渗层深度提高承载能力，同时适当降低回火温度；心部F及心部硬度不合格，淬火温度过低。

2.3高氮、高碳势共渗及适度升高回火温度由于20CrMo渗碳后，特别是采用高碳势渗碳后其化学成分具有类比性的钢号是GCr9轴承钢，该钢在220℃回火能保证硬度≥60HRC[1]，据此采用220℃回火。因碳氮共渗具有提高耐回火性的作用[2]，试验了采用高氮、高碳势碳氮共渗以进一步提高工件的抗回火性。适度调整回火温度，可以分解过量的AR同时分解粗大的M针(保证M和AR≤1～3级，K1～4级)，可以同时满足工件使用尺寸稳定性(AR≤1%)、耐磨性(内外表面硬度60～63HRC)及变形量小的技术性能要求，延长共渗时间增加层深，提高承载能力，具体热处理工艺参数改进如下：(1)通氨量由0.4m3/h增加到0.6m3/h，增加N固溶度，进一步增强抗回火性能。(2)采用1.10%的高碳势、降温阶段也保持高碳势1.0%～0.9%，以及提高共渗及扩散温度，使得工件表面获得高于常规碳氮共渗的碳势(0.95%～1.0%)，增加淬火后的初始硬度，增强抗回火性。(3)共渗温度由845℃升高到860℃，加快共渗速度；共渗时间由110mim延长到490min，则共渗层深度由0.48mm提高到0.8mm的上极限附近，增强承载能力。(4)将淬火温度由805℃升高至840℃，保证心部硬度F≤4级。(5)选择适当高的回火温度220℃，保证表面硬度，同时分解大量的残余奥氏体和粗大的马氏体；同时，由于回火温度较高，淬火压应力更加松弛，使得冷处理时AR转变更加容易。高氮高碳势碳氮共渗工艺参数见表2所示。试验结果：产品变形量仍然合格；淬火状态测量层深0.80m(金相法测定全渗层)，M和AR均为4～6级，碳化物3～4级，心部F3～4级，心部硬度35～37HRC，表面硬度≥63HRC。经220℃×4h回火后测量：M和AR均为2～3级，碳化物3～4级，心部F3～4级，心部硬度35～36HRC，表面硬度60～63HRC，各项指标全部合格。

3结语

(1)通过高氮、高碳势碳氮共渗更加进一步地提高了抗回火性能，适度升高回火温度通过部分马氏体和残余奥氏体的分解，保证M和AR始终稳定地控制在2～3级以内。(2)由于抗回火性、气氛碳势、产品表面碳质量分数的提高，避免了同时出现1级M、1级AR和1级碳化物的可能性，保证了在较高温度回火后产品内孔及外表面硬度≥60HRC，保证了耐磨性。(3)由于回火温度的升高，使得冷处理时AR能更容易充分地转变，保证了工件使用中尺寸的稳定性。(4)碳氮共渗及直接淬火保证了产品变形符合要求。

作者：徐斌李培泽单位：包头职业技术学院材料工程系易普森工业炉(上海)有限公司