50鋼超細(xì)化馬氏體等溫淬火熱處理硬化工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種50鋼超細(xì)化馬氏體等溫淬火熱處理硬化工藝，包括以下步驟：將沖壓成型的材料50鋼零件通過熱處理加熱設(shè)備升溫至850℃，根據(jù)50鋼帶厚度保溫；將50鋼零件淬入硝鹽槽中，又將50鋼零件轉(zhuǎn)入水中冷卻；50鋼零件回火，回火結(jié)束后50鋼零件水冷或空冷，整個熱處理強(qiáng)化工序結(jié)束。本發(fā)明提供的50鋼超細(xì)化馬氏體等溫淬火熱處理硬化工藝在50鋼零件經(jīng)歷不同熱處理工藝后得到相同的硬度水平下，通過本工藝方法可提高50鋼材料的抗拉伸強(qiáng)度、屈強(qiáng)比、彈性、疲勞強(qiáng)度、韌性和塑性。
【專利說明】
50鋼超細(xì)化馬氏體等溫淬火熱處理硬化工藝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及材料主要為50鋼熱處理工藝強(qiáng)化硬化方法，在同一種材質(zhì)同一種形 狀規(guī)格的片狀50鋼上，該發(fā)明可提高材料的抗拉伸強(qiáng)度，提高片狀50鋼的彈性和拉伸力。
【背景技術(shù)】
[0002] 中碳鋼50鋼的傳統(tǒng)熱處理強(qiáng)化工藝方法是：先將材料通過熱處理專用加熱爐（如 箱式電爐、鹽浴爐、真空爐等）加熱至840°C ±10°C保溫一段時間后，50鋼油冷，然后50鋼 回火340°C ±20°C，保溫90分鐘，空氣中冷卻（回火設(shè)備可以是井式電阻回火爐、硝鹽回火 爐、真空回火爐等）。由于50鋼材料在850°C奧氏體化時，隨著奧氏體晶粒內(nèi)的合金元素均 勻化，奧氏體晶粒不可避免要發(fā)生長大，在隨后的淬火油冷卻中，在奧氏體晶粒內(nèi)形成片狀 馬氏體，初生成的片狀馬氏體長度與奧氏體晶粒大小成正比，片狀馬氏體的大小是由奧氏 體晶粒度大小所決定，通過一般熱處理強(qiáng)化工藝方法對奧氏體晶粒度加以改善和細(xì)化，較 為常見的熱處理奧氏體晶粒細(xì)化工藝方法有二種：第一種為50鋼預(yù)先進(jìn)行正火，稱之為正 火狀態(tài)細(xì)化奧氏體晶粒。第二種是控制并適當(dāng)降低50鋼奧氏體化溫度，以得到晶粒度細(xì)小 的奧氏體晶粒。材料50鋼按常規(guī)的熱處理淬火工藝并經(jīng)過回火后的片50鋼，其抗拉伸強(qiáng) 度、屈強(qiáng)比、彈性、疲勞強(qiáng)度、韌性和塑性一般固定在一個范圍內(nèi)，通過以上兩種常規(guī)的奧氏 體晶粒細(xì)化工藝方法對以上性能指標(biāo)的提高有限，效果不是十分顯著。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了通過超強(qiáng)細(xì)化奧氏體晶粒，進(jìn)而提高50鋼材料的抗拉伸強(qiáng)度、屈強(qiáng)比、彈性、 疲勞強(qiáng)度、韌性和塑性指標(biāo)，本發(fā)明提供一種全新的50鋼材料超強(qiáng)細(xì)化馬氏體熱處理等溫 淬火強(qiáng)化工藝方法，該工藝方法是在50鋼材料奧氏體化后，奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變前，某一 等溫溫度段孕育生核生成的細(xì)微條狀馬氏體將奧氏體晶粒分隔成若干個奧氏體小區(qū)域，達(dá) 到了細(xì)化奧氏體晶粒的目的。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)工藝方案是：
[0005] -種50鋼超細(xì)化馬氏體等溫淬火熱處理硬化工藝，包括以下步驟：
[0006] 將沖壓成型的材料50鋼零件通過熱處理加熱設(shè)備升溫至850°C，根據(jù)50鋼帶厚度 保溫；
[0007] 將50鋼零件淬入硝鹽槽中，又將50鋼零件轉(zhuǎn)入水中冷卻；
[0008] 50鋼零件回火，回火結(jié)束后50鋼零件水冷或空冷，整個熱處理強(qiáng)化工序結(jié)束。
[0009] 可選的，所述熱處理加熱設(shè)備為鹽浴爐、箱式電阻爐或網(wǎng)帶式加熱爐。
[0010] 優(yōu)選的，所述50鋼零件淬入的硝鹽槽溫度為230°C ±10°C，保溫15分鐘至18分 鐘。
[0011] 可選的，所述回火設(shè)備為硝鹽回火爐、井式電阻爐或網(wǎng)帶式電阻爐。
[0012] 優(yōu)選的，所述回火溫度330°C~350°C，回火保溫時間為90分鐘至120分鐘。
[0013] 優(yōu)選的，所述水冷卻時間1-2分鐘。
[0014] 優(yōu)選的，所述空冷時間15-20分鐘。
[0015] 50鋼普通傳統(tǒng)的馬氏體熱處理淬火強(qiáng)化機(jī)理為：50鋼材料加熱淬火，經(jīng)850°C奧 氏體化后，金相組織上獲得奧氏體組織，在保溫過程中，碳原子和微量的合金元素如鉻、鎳 元素等在奧氏體晶粒內(nèi)擴(kuò)散，使50鋼的奧氏體得到均勻化，以提高50鋼的淬透性和力學(xué)性 能。保溫結(jié)束。50鋼淬入32號機(jī)械油（或普通淬火油）中，進(jìn)行快速冷卻，在油中冷卻5 至10分鐘后完成淬火，進(jìn)入下一道常規(guī)的工序一一回火，50鋼在回火中，所獲得的金相組 織為回火馬氏體，該組織以細(xì)針狀馬氏體為基體，分布有彌散的滲碳體的混合組織。其中滲 碳體是低溫（330°C _350°C )回火50鋼中的強(qiáng)化相之一。50鋼零件低溫（330°C _350°C ) 回火后鋼中內(nèi)應(yīng)力顯著減少，因此，可使鋼保持高的彈性極限，較高強(qiáng)度和高的疲勞極限以 及適宜的韌性。回火結(jié)束后進(jìn)行水冷卻，材料金相組織被固定下來。本專利采用的超細(xì)化 馬氏體等溫?zé)崽幚韽?qiáng)化工藝是：將50鋼淬入溫度為230°C ± 10°C硝鹽槽中，保溫15分鐘至 18分鐘后又將50鋼轉(zhuǎn)入水中冷卻，50鋼轉(zhuǎn)入330°C~350°C溫度中的硝鹽回火爐（或井式 電阻爐或網(wǎng)帶式電阻爐等）回火，回火保溫時間為90分鐘至120分鐘?；鼗鸾Y(jié)束后50鋼 水冷或空冷，相比較于以上的常規(guī)熱處理工藝，50鋼馬氏體超細(xì)化等溫淬火的金相組織轉(zhuǎn) 變過程中，細(xì)針狀馬氏體轉(zhuǎn)變之前先形成的細(xì)微條狀馬氏體對原來的奧氏體晶粒有細(xì)化作 用。如示意圖1所示，形成的細(xì)微條狀馬氏體將一個奧氏體晶粒分隔成數(shù)個以上的小區(qū)域， 這些小區(qū)域在隨后的水冷卻過程中形成多種取向的細(xì)小片狀馬氏體區(qū)。隨后的回火工藝 叉將這些細(xì)小片狀馬氏體區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹜惺象w區(qū)，但是馬氏體區(qū)域的特征被遺留或繼承下 來。在拉伸受力過程中，裂紋通過奧氏體晶粒區(qū)內(nèi)兩個回火托氏體小區(qū)域，遠(yuǎn)比通過被細(xì)微 條狀馬氏體分隔成數(shù)個以上的回火托氏體小區(qū)域容易得多，這使材料回火托氏體與細(xì)微條 狀馬氏體混合組織具有高強(qiáng)度的同時，也具有高韌性、高彈性的一個原因。
[0016] 本發(fā)明提供的50鋼超細(xì)化馬氏體等溫淬火熱處理硬化工藝在50鋼零件經(jīng)歷不同 熱處理工藝后得到相同的硬度水平下，通過本工藝方法可提高50鋼材料的抗拉伸強(qiáng)度、屈 強(qiáng)比、彈性、疲勞強(qiáng)度、韌性和塑性。
【附圖說明】
[0017] 此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不 構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定，在附圖中：
[0018] 圖1A是普通及傳統(tǒng)熱處理50鋼淬火回火后，50鋼內(nèi)部奧氏體晶粒內(nèi)微裂紋擴(kuò)散 機(jī)理圖；
[0019] 圖1B是本專利采用的超細(xì)化馬氏體等溫?zé)崽幚砗?0鋼內(nèi)部奧氏體晶粒微裂紋擴(kuò) 散機(jī)理圖；
[0020] 圖2是本發(fā)明的超細(xì)化馬氏體等溫?zé)崽幚砉に嚽€圖；
[0021] 圖3是為50鋼彈簧片零件結(jié)構(gòu)圖；
[0022] 圖4是普通及傳統(tǒng)熱處理，50鋼于850°C奧氏體化、油冷淬火，340°C回火90分鐘 空氣冷卻后的金相組織圖（500倍5%硝酸酒精腐蝕）；
[0023] 圖5是本專利超細(xì)化馬氏體等溫?zé)崽幚韽?qiáng)化，50鋼于850°C奧氏體化、硝鹽槽 240°C等溫15分鐘水冷，340°C回火90分鐘空冷卻后的金相組織圖（500倍5%硝酸酒精腐 蝕）；
[0024] 圖6是普通及傳統(tǒng)熱處理，50鋼油冷淬火340°C回火后的800倍的試樣斷口掃描 圖（TMP-30型電子掃描顯微鏡）；
[0025] 圖7是本專利超細(xì)化馬氏體等溫?zé)崽幚韽?qiáng)化，50鋼于850°C奧氏體化240°C等溫 15分鐘后水冷淬火，340°C回火90分鐘后空氣冷卻后800倍的試樣斷口掃描圖（TMP-30型 電子掃描顯微鏡）。
【具體實施方式】
[0026] 下面將結(jié)合附圖以及具體實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實施例 以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。
[0027] 實施例
[0028] 圖1A是普通及傳統(tǒng)熱處理50鋼淬火回火后，50鋼內(nèi)部奧氏體晶粒內(nèi)微裂紋擴(kuò)散 機(jī)理圖；
[0029] 圖1B是本專利采用的超細(xì)化馬氏體等溫?zé)崽幚砗?0鋼內(nèi)部奧氏體晶粒微裂紋擴(kuò) 散機(jī)理圖；
[0030] 以熱處理圖3所示的50鋼彈簧片零件為例，材料：50鋼，技術(shù)要求，熱處理硬度為 44HRC-49HRC ;表面處理：磷化后浸黑色電泳漆；檢驗：橫向拉伸力彡11KN。
[0031] 結(jié)合工藝圖2,將沖壓好的50鋼彈簧片用鐵絲捆綁好后，垂直放入鹽浴爐中，鹽 浴爐控制溫度為850°C，50鋼彈簧片保溫時間為5分鐘，保溫結(jié)束后立即將50鋼彈簧片 淬入等溫硝鹽槽中，硝鹽槽溫度控制在240°C，50鋼彈簧片在硝鹽槽中保溫時間在15分 鐘至18分鐘，取出50鋼彈簧片迅速進(jìn)入水槽中水冷卻，水冷卻時間為1分鐘，水溫控制 在0°C -30°C，然后將50鋼彈簧片放入硝鹽回火爐中進(jìn)行回火，硝鹽回火爐溫度控制在 340°C _345°C范圍內(nèi)，50鋼彈簧片回火時間為90分鐘至120分鐘，回火結(jié)束后，50鋼進(jìn)入冷 水槽中水冷卻，水冷卻時間為1分鐘，水溫控制在〇°C -30°C。
[0032] 經(jīng)過以上超細(xì)化馬氏體熱處理淬火強(qiáng)化工藝后的50鋼，按技術(shù)規(guī)范要求的規(guī)定， 進(jìn)行拉伸力試驗，我們選用40毫米（寬）X 200毫米（長）X 2毫米（厚）的試片分別采用 普通及傳統(tǒng)常規(guī)熱處理淬火回火強(qiáng)化和本專利超強(qiáng)細(xì)化馬氏體熱處理等溫淬火強(qiáng)化，試片 的力學(xué)性能測試值見表1，經(jīng)以上兩種熱處理工藝強(qiáng)化的實物零件彈簧片的實物橫向拉伸 力測試見表2 ;金相組織比較見圖4為50鋼彈簧零件實物于傳統(tǒng)熱處理工藝850°C奧氏體 化、油冷淬火，340°C回火90分鐘水冷，其金相組織為回火托氏體加彌散分布的碳化物（500 倍）。圖5為50鋼彈簧零件實物采用本專利超強(qiáng)細(xì)化馬氏體熱處理等溫淬火強(qiáng)化，于850°C 奧氏體化、硝鹽槽240°C等溫15分鐘水冷，340°C回火90分鐘水冷，其金相組織為回火托氏 體加細(xì)微條狀馬氏體加彌散分布的碳化物（500倍）。50鋼彈簧零件實物斷口掃描形貌圖 比較，圖6為50鋼850°C奧氏體化后油冷淬火，回火340°C回火90分鐘水冷50鋼的彈簧零 件實物800倍斷口掃描圖，照片上可看出50鋼彈簧零件實物的斷裂方式為脆性斷裂，而圖 7的50鋼于850°C奧氏體化240°C等溫15分鐘淬火水冷卻，340°C回火90分鐘水冷。50鋼 的彈簧零件實物800倍斷口掃描圖，在斷口掃描圖上，為脆性斷裂加少量韌窩。
[0033] 表1 :50鋼傳統(tǒng)油淬火回火與超強(qiáng)細(xì)化馬氏體等溫淬火試片的抗拉伸強(qiáng)度對比
[0034]
[0036] 注：傳統(tǒng)油淬試片熱處理工藝為：850°C加熱，油冷卻淬火，340°C回火90分鐘，水 冷卻。本專利超強(qiáng)細(xì)化試片熱處理工藝為：850°C加熱，240°C硝鹽槽等溫冷卻15分鐘，水 冷，340°C硝鹽爐回火，時間90分鐘，水冷。
[0037] 表2 :50鋼傳統(tǒng)油淬火回火與超強(qiáng)細(xì)化馬氏體等溫淬火彈簧片實物的抗拉伸強(qiáng)度 對比
[0038]
[0039] 注：傳統(tǒng)油淬試片熱處理工藝為：850°C加熱，油冷卻淬火，340°C回火90分鐘，水 冷卻。本專利超強(qiáng)細(xì)化試片熱處理工藝為：850°C加熱，240°C硝鹽槽等溫冷卻15分鐘，水 冷，340°C網(wǎng)帶式電阻爐回火，時間90分鐘，空冷。
[0040] 以上對本發(fā)明實施例所提供的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個例 對本發(fā)明實施例的原理以及實施方式進(jìn)行了闡述，以上實施例的說明只適用于幫助理解本 發(fā)明實施例的原理；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實施例，在具體實施方 式以及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
【主權(quán)項】
1. 一種50鋼超細(xì)化馬氏體等溫淬火熱處理硬化工藝，其特征在于包括以下步驟： 將沖壓成型的材料50鋼零件通過熱處理加熱設(shè)備升溫至850°C，根據(jù)50鋼帶厚度保 溫； 將50鋼零件淬入硝鹽槽中，又將50鋼零件轉(zhuǎn)入水中冷卻； 50鋼零件回火，回火結(jié)束后50鋼零件水冷或空冷，整個熱處理強(qiáng)化工序結(jié)束。2. 如權(quán)利要求1所述的50鋼超細(xì)化馬氏體等溫淬火熱處理硬化工藝，其特征在于：所 述熱處理加熱設(shè)備為鹽浴爐、箱式電阻爐或網(wǎng)帶式加熱爐。3. 如權(quán)利要求1所述的50鋼超細(xì)化馬氏體等溫淬火熱處理硬化工藝，其特征在于：所 述50鋼零件淬入的硝鹽槽溫度為230°C ± KTC，保溫15分鐘至18分鐘。4. 如權(quán)利要求1所述的50鋼超細(xì)化馬氏體等溫淬火熱處理硬化工藝，其特征在于：所 述回火設(shè)備為硝鹽回火爐、井式電阻爐或網(wǎng)帶式電阻爐。5. 如權(quán)利要求1所述的50鋼超細(xì)化馬氏體等溫淬火熱處理硬化工藝，其特征在于：所 述回火溫度330°C~350°C，回火保溫時間為90分鐘至120分鐘。6. 如權(quán)利要求1所述的50鋼超細(xì)化馬氏體等溫淬火熱處理硬化工藝，其特征在于：所 述水冷卻時間1-2分鐘。7. 如權(quán)利要求1所述的50鋼超細(xì)化馬氏體等溫淬火熱處理硬化工藝，其特征在于：所 述空冷時間15-20分鐘。
【文檔編號】C21D1/22GK105886714SQ201410588466
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年10月20日
【發(fā)明人】向宏, 付在再
【申請人】重慶長安工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司