CN101787419A - 一种aisi4340钢锻件的热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于低温下使用的钢锻件产品生产技术领域，公开了一种AISI 4340钢锻件的热处理工艺。正火后采用风冷；淬火后水冷温度为10～20℃，以有效截面尺寸单位为毫米，冷却时间单位为秒计算，冷却时间为AISI 4340钢锻件有效截面尺寸的2～3倍。本发明热处理工艺处理可以在保证AISI 4340钢锻件强度的同时，有效提高低温冲击韧性，从而延长使用寿命。

Description

一种AISI4340钢锻件的热处理工艺
技术领域
本发明属于低温下使用的钢锻件产品生产技术领域，特别涉及一种AISI4340钢锻件的热处理工艺。
背景技术
对于在低温下使用的钢锻件产品，因工作环境温度较低，长期使用过程中产品材料的脆性会增大，若原本钢锻件材料的强度就较高，低温冲击韧性差，则会在很短的时间内因脆性过大而发生断裂等失效形式，降低使用寿命。为使该类产品能正常工作，不致早期失效，在使用状态下，必须具有高的硬度，良好的低温冲击韧性。AISI 4340钢锻件是现有低温常用钢锻件产品，按常规工艺热处理AISI 4340钢锻件产品时，正火后空冷，淬火时采用水淬油冷方式，以有效截面尺寸单位为毫米，冷却时间单位为秒计算，水冷温度为30℃，水冷时间为AISI 4340钢锻件有效截面尺寸的的1～1.3倍，油冷温度为20～70℃，油冷时间为AISI 4340钢锻件有效截面尺寸的的7～9倍，如此处理后的AISI 4340钢锻件强度虽然可以得到保证，但低温冲击韧性较差，无法满足使用要求。
发明内容
为克服现有技术中存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种AISI 4340钢锻件的热处理工艺。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种AISI 4340钢锻件的热处理工艺，包括正火、淬火和回火三个处理过程，其特别之处在于：正火后采用风冷；淬火后采用深冷，即低温长时水冷方式，水冷温度为10～20℃，以有效截面尺寸单位为毫米，冷却时间单位为秒计算，冷却时间为AISI 4340钢锻件有效截面尺寸的2～3倍。正火后风冷，可以提高冷却速度，细化晶粒、消除粗大的片状珠光体及均匀组织和成分；淬火后深冷，可以提高冷却速度和淬透深度，最大限度减少残余奥氏体含量，得到马氏体组织。
为进一步增加风冷效果，风冷时，采用轴流鼓风机进行强制冷却，轴流鼓风机底座高度对准AISI 4340钢锻件，用四台轴流鼓风机分别置于上下装卡平台两侧，从四个方位直接吹到AISI 4340钢锻件上。
本发明中，正火、淬火和回火三个处理过程按现有常规工艺进行，具体可按如下操作：
(1)正火处理，完成奥氏体转变：AISI 4340钢锻件入炉时炉温为室温～650℃，预热至600～680℃，保温消除内应力，随后以20～80℃/h的速度加热至正火温度860～910℃，保温至AISI 4340钢锻件心部达到正火温度完成组织转变及均匀化，出炉风冷至室温；
(2)淬火处理，获得马氏体组织：将经步骤(1)正火处理后的AISI 4340钢锻件入炉，炉温为室温～650℃，随后预热至600～680℃，保温消除内应力，随后以20～80℃/h的速度加热至淬火温度850～900℃，保温至AISI 4340钢锻件心部达到淬火温度完成组织转变及均匀化，出炉水冷至室温；
(3)回火处理，进行马氏体分解及残余奥氏体的继续转变，使组织转变完全，消除淬火应力，获得细小均匀的回火索氏体组织：将经步骤(2)淬火处理后的AISI 4340钢锻件入炉，炉温为室温～650℃，随后加热至回火温度550～650℃，保温至AISI 4340钢锻件心部达到回火温度完成组织转变及均匀化，出炉空冷至室温。
步骤(1)中，加热至预热温度后保温3～5h。
步骤(1)中，加热至正火温度后保温时间为每100mm AISI 4340钢锻件有效横截面直径0.8～1h。
步骤(2)中，加热至预热温度后保温3～5h。
步骤(2)中，加热至淬火温度后保温时间为每100mm AISI 4340钢锻件有效横截面直径0.8～1h。
步骤(3)中，加热至回火温度后保温时间为每100mm AISI 4340钢锻件有效横截面直径1.5～2h。
本发明热处理工艺采用正火+调质方式进行，通过正火及加快正火后冷却速度可改善锻后晶粒度及消除粗大的片状珠光体，为淬火做好准备；淬火冷却时采用深冷，即低温长时水冷方式，提高冷却速度和淬透深度，再通过高温回火获得细小均匀的回火索氏体，在保证材料强度的同时，有效提高低温冲击韧性，从而延长使用寿命。
附图说明
附图为本发明AISI 4340钢锻件的热处理工艺示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明的技术方案作进一步地详细介绍，但本发明的保护并不局限于此：
下面实施例选用的钢锻件钢种为船用齿轮轴AISI 4340，以质量百分含量计，C＝0.38～0.43％，Si＝0.15～0.35％，Mn＝0.60～0.80％，Cr＝0.70～0.90％，Ni＝1.65～2.00％，Mo＝0.20～0.30％，S≤0.025％，P≤0.025％，余量为铁及其它微量元素，规格为φ470mm的锻件。
实施例1
如附图所示，一种AISI 4340钢锻件的热处理工艺，所述热处理工艺过程是：
(1)正火处理，完成奥氏体转变：AISI 4340钢锻件入炉时炉温为室温，预加热至600℃，预热保温3h消除内应力，随后以20℃/h的速度加热至正火温度860℃，保温(每100mm AISI 4340钢锻件有效横截面直径1h)至AISI 4340钢锻件心部达到正火温度完成组织转变及均匀化，出炉采用轴流风机鼓风进行强制冷却，提高鼓风机底座高度使其对准AISI 4340钢锻件，用四台轴流风机分别置于上下装卡平台两侧，从四个方位直接吹到AISI 4340钢锻件上，迫使整个AISI 4340钢锻件均匀快速冷却至室温；
(2)淬火处理，获得马氏体组织：经步骤(1)正火处理后的AISI 4340钢锻件入炉时炉温为室温，随后预加热至600℃，预热保温3h消除内应力，随后以20℃/h的速度加热至淬火温度850℃，保温(每100mm AISI 4340钢锻件有效横截面直径1h)至AISI 4340钢锻件心部达到淬火温度完成组织转变及均匀化，出炉采用深冷，即低温长时水冷方式，冷却至室温，其中水冷温度为20℃，以有效截面尺寸单位为毫米，冷却时间单位为秒计算，冷却时间为AISI 4340钢锻件有效截面尺寸的3倍；
(3)回火处理，进行马氏体分解及残余奥氏体的继续转变，使组织转变完全，消除淬火应力，获得细小均匀的回火索氏体组织：将经步骤(2)淬火处理后的AISI 4340钢锻件入炉时炉温为室温，随后加热至回火温度550℃，保温(每100mm AISI 4340钢锻件有效横截面直径2h)至AISI 4340钢锻件心部达到回火温度完成组织转变及均匀化，出炉空冷至室温。
对照例1′
与实施例1基本相同，不同之处在于：正火后空冷；淬火时采用水淬油冷方式，以有效截面尺寸单位为毫米，冷却时间单位为秒计算，水冷温度为30℃，水冷时间为AISI 4340钢锻件有效截面尺寸的1.3倍，油冷温度为70℃，油冷时间为AISI 4340钢锻件有效截面尺寸的的7倍。
实施例2
如附图所示，一种AISI 4340钢锻件的热处理工艺，所述热处理工艺过程是：
(1)正火处理，完成奥氏体转变：AISI 4340钢锻件入炉时炉温为350℃，预加热至640℃，预热保温4h消除内应力，随后以50℃/h的速度加热至正火温度890℃，保温(每100mm AISI 4340钢锻件有效横截面直径0.9h)至AISI 4340钢锻件心部达到正火温度完成组织转变及均匀化，出炉采用轴流风机鼓风进行强制冷却，提高轴流风机底座高度使其对准AISI 4340钢锻件，用四台鼓风机分别置于上下装卡平台两侧，从多个方位直接吹到AISI 4340钢锻件上，迫使整个AISI 4340钢锻件均匀快速冷却至室温；
(2)淬火处理，获得马氏体组织：经步骤(1)正火处理后的AISI 4340钢锻件入炉时炉温为350℃，随后预加热至640℃，预热保温4h消除内应力，随后以50℃/h的速度加热至淬火温度870℃，保温(每100mm AISI 4340钢锻件有效横截面直径0.9h)至AISI 4340钢锻件心部达到淬火温度完成组织转变及均匀化，出炉采用深冷，即低温长时水冷方式，冷却至室温，其中水冷温度为15℃，以有效截面尺寸单位为毫米，冷却时间单位为秒计算，冷却时间为AISI 4340钢锻件有效截面尺寸的2.5倍；
(3)回火处理，进行马氏体分解及残余奥氏体的继续转变，使组织转变完全，消除淬火应力，获得细小均匀的回火索氏体组织：经步骤(2)淬火处理后的AISI 4340钢锻件入炉时炉温为350℃，随后加热至回火温度600℃，保温(每100mm AISI 4340钢锻件有效横截面直径1.8h)至AISI 4340钢锻件心部达到回火温度完成组织转变及均匀化，出炉空冷至室温。
对照例2′
与实施例2基本相同，不同之处在于：正火后空冷；淬火时采用水淬油冷方式，以有效截面尺寸单位为毫米，冷却时间单位为秒计算，水冷温度为30℃，水冷时间为AISI 4340钢锻件有效截面尺寸的1.2倍，油冷温度为45℃，油冷时间为AISI 4340钢锻件有效截面尺寸的的8倍。
实施例3
如附图所示，一种AISI 4340钢锻件的热处理工艺，所述热处理工艺过程是：
(1)正火处理，完成奥氏体转变：AISI 4340钢锻件入炉时炉温为650℃，预加热至680℃，预热保温5h消除内应力，随后以80℃/h的速度加热至正火温度910℃，保温(每100mm AISI 4340钢锻件有效横截面直径0.8h)至AISI 4340钢锻件心部达到正火温度完成组织转变及均匀化，出炉采用轴流风机鼓风进行强制冷却，提高鼓风机底座高度使其对准AISI 4340钢锻件，用四台鼓风机分别置于上下装卡平台两侧，从多个方位直接吹到AISI 4340钢锻件上，迫使整个AISI 4340钢锻件均匀快速冷却至室温；
(2)淬火处理，获得马氏体组织：将经步骤(1)正火处理后的AISI 4340钢锻件入炉时炉温为650℃，随后预加热至680℃，预热保温5h消除内应力，随后以80℃/h的速度加热至淬火温度900℃，保温(每100mm AISI 4340钢锻件有效横截面直径0.8h)至AISI 4340钢锻件心部达到淬火温度完成组织转变及均匀化，出炉采用深冷，即低温长时水冷方式，冷却至室温，其中水冷温度为10℃，以有效截面尺寸单位为毫米，冷却时间单位为秒计算，冷却时间为AISI4340钢锻件有效截面尺寸的2倍；
(3)回火处理，进行马氏体分解及残余奥氏体的继续转变，使组织转变完全，消除淬火应力，获得细小均匀的回火索氏体组织：将经步骤(2)淬火处理后的AISI 4340钢锻件入炉时炉温为650℃，随后加热至回火温度650℃，保温(每100mm AISI 4340钢锻件有效横截面直径1.5h)至AISI 4340钢锻件心部达到回火温度完成组织转变及均匀化，出炉空冷至室温。
对照例3′
与实施例3基本相同，不同之处在于：正火后空冷；淬火时采用水淬油冷方式，以有效截面尺寸单位为毫米，冷却时间单位为秒计算，水冷温度为30℃，水冷时间为AISI 4340钢锻件有效截面尺寸的1倍，油冷温度为20℃，油冷时间为AISI 4340钢锻件有效截面尺寸的的9倍。
将以上各实施例及相应的对照例产品按GB/T 228和GB/T229标准进行测试，结果如下表：常规工艺生产的产品(对照例1′～3′)，正火后空冷，冷却速度慢，晶粒细化效果不好，且淬火冷却时初始水温高，冷却系数小，淬火冷却烈度差，造成强度和冲击均低；而本发明工艺生产的产品(实施例1～3)，一方面正火后风冷，冷却速度快，晶粒能够很好地细化，并且消除粗大的片状珠光体及均匀组织和成分，另一方面淬火时采用深冷，即低温长时水冷方式，提高了冷却速度和淬透深度，最大限度减少残余奥氏体含量，得到马氏体组织，保证了淬火冷却烈度又不过激，故强度和冲击搭配良好，综合力学性能高。
实施例1～3与对照例1′～3′产品测试数据
备注：各项目下所列数值为目标值；冲击吸收功测试时，一个试片上取了三个纵向冲击试样，对应三个冲击值。

Claims (8)

1.一种AISI 4340钢锻件的热处理工艺，包括正火、淬火和回火三个处理过程，其特征在于：正火后采用风冷；淬火后水冷温度为10～20℃，以有效截面尺寸单位为毫米，冷却时间单位为秒计算，冷却时间为AISI 4340钢锻件有效截面尺寸的2～3倍。
2.如权利要求2所述的AISI 4340钢锻件的热处理工艺，其特征在于：风冷时，用四台轴流鼓风机分别置于上下装卡平台两侧，从四个方位直接吹到AISI 4340钢锻件上。
3.如权利要求1或2所述的AISI 4340钢锻件的热处理工艺，其特征在于正火、淬火和回火三个处理过程，具体操作如下：
(1)正火处理：AISI 4340钢锻件入炉时炉温为室温～650℃，预热至600～680℃，保温，随后以20～80℃/h的速度加热至正火温度860～910℃，保温，出炉风冷至室温；
(2)淬火处理：将经步骤(1)正火处理后的AISI 4340钢锻件入炉，炉温为室温～650℃，随后预热至600～680℃，保温，随后以20～80℃/h的速度加热至淬火温度850～900℃，保温，出炉水冷至室温；
(3)回火处理：将经步骤(2)淬火处理后的AISI 4340钢锻件入炉，炉温为室温～650℃，随后加热至回火温度550～650℃，保温，出炉空冷至室温。
4.如权利要求3所述的AISI 4340钢锻件的热处理工艺，其特征在于：步骤(1)中，加热至预热温度后保温3～5h。
5.如权利要求4所述的AISI 4340钢锻件的热处理工艺，其特征在于：步骤(1)中，加热至正火温度后保温时间为每100mm AISI 4340钢锻件有效横截面直径0.8～1h。
6.如权利要求5所述的AISI 4340钢锻件的热处理工艺，其特征在于：步骤(2)中，加热至预热温度后保温3～5h。
7.如权利要求6所述的AISI 4340钢锻件的热处理工艺，其特征在于：步骤(2)中，加热至淬火温度后保温时间为每100mm AISI 4340钢锻件有效横截面直径0.8～1h。
8.如权利要求7所述的AISI 4340钢锻件的热处理工艺，其特征在于：步骤(3)中，加热至回火温度后保温时间为每100mm AISI 4340钢锻件有效横截面直径1.5～2h。
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