CN103233106A - 一种钢热处理变形处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢热处理变形处理方法，所述方法针对在热处理过程中容易变形的零件，如由25Cr2Ni4WA钢等制成的零件，在热处理前预留一定的热处理收缩变形量，使得热处理后零件复原到原有尺寸；同时，所述方法采用直接空冷淬火方法，使得零件不变形或轻微变形。因而，通过采用本发明的钢热处理变形方法，能够有效解决由25Cr2Ni4WA钢等易变形材料制成的零件在热处理过程的严重变形问题。

Description

一种钢热处理变形处理方法

技术领域

本发明涉及一种改进的钢热处理变形处理方法，尤其涉及一种适合用25Cr2Ni4WA钢热处理变形的处理方法，可应用于解决易变形材料如为25Cr2Ni4WA的枪械零件热处理严重变形问题，属于金属材料热处理领域。 

背景技术

25Cr2Ni4WA钢是一种具有高的综合力学性能，高的抗缺口敏感性和低的脆性转变温度的马氏体型高级优质合金结构钢。凡是在枪械上尺寸单薄、形状复杂、受力条件恶劣的零件，都选用25Cr2Ni4WA钢制造。在***造中，这种钢多用于制作承受较大疲劳或冲击负载的零件如击针、击锤、节套、枪机、枪机框、机头、拉壳钩、顶杆等。 

然而，25Cr2Ni4WA钢虽然具有优良的力学性能，但这种材料在热处理时容易变形，且变形严重，远比40、40Cr、45、50常用钢的变形大，比如外形尺寸为φ4.4×56.4的击针淬火后，如此短小的长度却仍然要收缩0.03～0.05的尺寸，而且还会产生弯扭变形，其变形大的一个主要原因是该材料为高合金结构钢（合金含量≥5%），化学成份复杂，含有大量铬、镍、钨等合金元素，合金元素提高了钢的淬透性的同时也增加了淬火组织应力。另外，合金元素大部分形成大量碳化物，组织不均以及碳化物偏析、碳化物网的存在等均使其变形增加。 

这样，如果对于形状尺寸复杂、厚薄不均的零件如果仍然按常规方法热处理，变形则会更大。 

通常，零件的热处理变形，主要是由于热应力和组织应力两种应力造成。 

淬火变形对热处理质量影响最大，因为淬火过程中，组织的比体积变化大，加热温度高，冷却速度快，故淬火变形最严重，此外淬火工艺通常安排在零件生产流程的后期，严重的淬火变形往往很难通过最后的精加工加以修正和外力校正，结果使工件因形状尺寸超差而报废，造成先前各道工序的人力物力的损失。若采取常规淬火方式，更容易变形。 

25Cr2Ni4WA钢热处理变形主要表现在零件体积收缩，长短缩小、内孔缩小和形状畸变。 

常规热处理淬火方法是采取水、油、硝盐或聚合物溶剂等冷却介质淬火，难免变形大，目前通常的解决办法是热处理后校正（热校正、冷压校正、锤击校正等），少数采取机加时预留变形量。 

然而，经过热处理后的零件，由于硬度高，屈服强度也高，热处理后校正容易产生裂纹；此外机加时预留变形量也存在一定的局限性，会改变零件的某些部位厚薄设计尺寸等，这对尺寸要求高的零件时不允许的。 

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种改进的钢热处理变形处理方法，所述方法打破传统的热处理工艺方法，采用与传统方法迥然不同的处理方式。 

为解决上述技术目的，本发明采用如下技术方案： 

一种钢热处理变形处理方法，包括如下步骤： 

第一步，预留热处理变形收缩量：用手搬压力机将待处理零件的尺寸撑大，预留热处理变形收缩量； 

第二步，渗碳：采用箱式多用炉进行渗碳处理； 

第三步，两次退火：将经渗碳处理后的零件置于箱式回火炉中，加热到预定温度，然后保温一段时间，然后冷却至一定温度出炉空冷； 

第四步，校正：用手搬压力机对退火后的零件进行校正； 

上述方法还包括如下步骤： 

第五步，局部淬火：将经退火校正后的零件置于盐浴炉中，加热至预定温度，保温一定时间，出炉空冷。 

第六步，回火：将淬火后的零件置于硝盐炉中，加热至预定温度，保温一段时间后水冷； 

第七步，再次校正：手搬压力机，对零件尺寸超差变大的零件进行校正； 

第八步，去应力：将经再次校正后的零件置于硝盐炉中，加热至预定温度，保温一段时间后水冷； 

第九步，吹砂：采用喷砂机对零件进行喷砂处理； 

第十步，检验校正尺寸：对零件的尺寸进行测量； 

第十一步，探伤：采用磁粉探伤机对零件进行探伤处理。 

上述预定温度、一定温度和保温时间根据待加工零件而定。 

作为一种优选，在上述第一步中的对待处理零件的尺寸进行撑大，采用校正辅助垫块对待处理零件进行保护。其中，校正辅助垫块弯曲的角度为90o和硬度为40HRC~45HRC。 

作为一种优选，上述第一步中的热处理预留热处理变形收缩量为0.20左右。 

作为一种优选，在上述第7步中的校正为压力校正。 

作为另一种优选，上述方法适用于待处理零件为以下钢材料中的一种或多种：25Cr2Ni4WA、30CrNi3A、30CrMnSi、30CrNi2WVA。本发明的改进的25Cr2Ni4WA钢热处理变形方法，与传统的热处理工艺方法。 

上述方法中采用空冷淬火的依据是：25Cr2Ni4WA钢中含有较多的铬、镍、钨极大地提高了奥氏体的稳定性，致使在常规冷却条件下，铁素体转变完全被抑制，贝氏体转变也大部份被抑制，因此，直径小于25mm的钢经奥氏体化后，在空气中冷却，即可得到完全的马氏体组织。 

通过采用本发明的一种钢热处理变形处理方法，与传统热处理工艺相比，具有以下优点： 

1.热处理前故意用外力让零件朝变形畸变的相反方向制造一个畸变量，热处理如渗碳过程中由于变形又自动回复到原有尺寸，这样经过热处理的零件基本上不需要校正； 

2.淬火采取空冷淬火，冷却速度小热应力小，因此经过热处理后的零件基本不变形或变形量极小； 

3.针对超差变大的零件采用压力校正，同时在校正过程中使用校正辅助垫块，能够保证受力均匀，从而使得零件不会由于因校正所形成的内压应力而产生裂纹。 

附图说明

图1是根据本发明实施例的节套的结构示意图； 

图2是根据本发明实施例的节套的渗碳工艺曲线图； 

图3是根据本发明的实施例的节套的热处理前预留变形量的示意图； 

图4是根据本发明的实施例的校正辅助垫块的示意图。 

具体实施方式

下面结合附图1至4对本发明的具体实施方式进行详细描述。 

在本发明的一实施例中，以枪械零件节套为例，将本发明的一种钢热处理变形处理方法应用在对节套的热处理过程中来进行说明。 

需要说明的是，尽管此处通过将根据本发明的一种钢热处理变形处理方法应用于材料为25Cr2Ni4WA钢的典型零件节套的热处理过程中来说明本发明，但是，本领域技术人员能够理解的是，本发明不限于此。而是，还可以将本发明应用于其他采用25Cr2Ni4WA钢制造的零件（例如，击针、击锤、节套、枪机、枪机框、机头、拉壳钩、顶杆等）的热处理过程中。 

本发明的实施例的节套如图1所示。图1为本发明实施例的节套结构示意图。 

参照图1，本发明实施例的节套长度为56mm，外圆φ39，槽宽27.6mm，内孔φ22。 

接下来对节套的常规热处理工艺进行介绍。在常规热处理工艺中，节套的热处理工艺如下： 

第一步，渗碳：采用箱式多用炉进行渗碳处理； 

第二步，两次退火：将经渗碳处理后的节套置于箱式回火炉中，加热到640℃，保温2h，然后冷却至400℃出炉空冷； 

第三步，校正：采用手搬压力机对退火后的节套进行校正； 

第四步，局部淬火：将经校正后的节套置于盐浴炉中，加热至840℃，保温5min，然后出炉后用油淬或等温硝盐淬冷却； 

第五步，回火：将校正后的节套置于硝盐炉中，加热至170℃，保温8h后水冷； 

第六步，再次校正：采用手搬压力机，将尺寸为27.6的节套槽宽撑大； 

第七步，去应力：将经再次校正后的节套置于硝盐炉中，加热至170℃，保温3h后水冷； 

第八步，吹砂：采用喷砂机对节套进行喷砂处理； 

第九步，检验校正尺寸：对节套的尺寸进行测量； 

第十步，探伤：采用磁粉探伤机对节套进行探伤处理。 

其中，在上述第一步中的节套的渗碳工艺如图2所示。具体地，在箱式多用炉为920℃时，将节套进炉，然后排气降温至910℃±5℃，进行强渗渗碳70min，此时渗碳气氛的碳势为1.1%±0.05%，然后在该温度下继续保温30min，此时为扩散阶段，碳势为0.85%±0.05%，最后降温10min至880℃，出炉空冷。 

通过采用上述常规热处理工艺对节套进行处理后存在以下缺陷： 

（1）变形严重 

经过热处理后的节套，其整个体积缩小，长短收缩在0.4以上，内孔φ22缩小0.06，槽宽缩小0.15～0.25，导致节套的尺寸不合格。然而如果常用普通材料如45钢，在经常规热处理后体积几乎不变，变形相对较小； 

（2）校正困难，或无法校正 

热处理后的节套，表面硬度大于等于54HRC，心部硬度大于等于42HRC，而经热处理后，节套的槽宽尺寸27.6缩小，只能校正撑大，但是由于热处理后的节套的硬度高，屈服强度也高，用手搬压力机撑开槽宽时要用很大的力量，非常费劲，又由于硬度高，脆性大，在撑大尺寸时所形成的向外拉应力在尖角处形成应力集中极容易产生裂纹，极容易造成因产生大量裂纹而导致节套报废。显然，在这高硬度条件下用撑大校正节套槽宽的方法几乎 是不可能的。 

上述经常规热处理后，节套变形大的主要原因是其采用的材料25Cr2Ni4WA钢在热处理时容易变形，且变形严重，远比40、40Cr、45、50常用钢的变形大，此外，还有如下三个因素： 

（1）节套形状复杂厚薄不均 

如图1所示，节套最厚处为7.6mm，最薄处为1.2mm，形状复杂厚薄不均容易造成应力分布不均，变形大； 

（2）节套渗碳 

在化学热处理的零件中，通常选用低碳或低碳合金钢制造，如10、20、20Cr渗碳钢等，25Cr2Ni4WA钢不是通常的专用渗碳钢，一般情况下热处理最终方式仅采取淬火与回火，不采取渗碳。渗碳零件的表面和心部成份和组织不同，具有不同的比体积和不同的奥氏体等温转变曲线，因此其变形的特点和规律不同于一般零件。化学热处理的目的是为了强化零件的表面或改善表面的物理性能和化学性能，提高表面硬度、耐磨性和疲劳强度，改善零件表面的抗氧化性、耐腐蚀性等。化学热处理的层深有限，为了发挥渗层的有利作用，零件经化学热处理后，只允许进行加工余量不大的磨削加工或不再进行机械加工，相对于一般零件，化学热处理零件的变形校正工作更难又以进行。因此，化学热处理零件的变形要求比较严格。节套热处理后仅对外圆和圆孔磨削加工，其它部位不再进行机械加工，因为已无修锉量； 

（3）节套热处理种类与频次多 

在节套的热处理工艺中，其热处理技术指标的项目很多，要求严格，包括层深、内外硬度、退火硬度、局部淬火长度、金相组织、校正尺寸众多指标等；此外，对节套的热处理种类涵盖“化学热处理”和“四把火”，即渗碳、正火（渗碳后的空冷）、退火、淬火、回火，工序多，尺寸要求高，每道工序都可能发生较大变形，凡是牵涉到加热和冷却的热处理过程，都可造成零件的变形。像热处理种类与频次这样多的零件在现实中是很少有的， 因而可见，节套的热处理难度较大。 

因而，针对上述常规热处理工艺存在的问题和节套本身热处理的特殊性，本发明提供了一种改进的热处理工艺方案，以节套为例，本发明的一种钢热处理变形处理步骤如下： 

第一步，预留热处理变形收缩量：采用手搬压力机对尺寸为27.6mm的节套槽宽进行撑大处理，预留热处理变形收缩量0.2； 

第二步，渗碳：采用箱式回火炉进行渗碳处理； 

第三步，两次退火：将经渗碳处理后的节套置于箱式回火炉中，加热到640℃，保温2h，然后冷却至400℃出炉空冷； 

第四步，校正：手搬压力机对退火后的节套进行校正； 

第五步，局部淬火：将经校正后的节套置于盐浴炉中，加热至840℃，保温5min，然后出炉后空冷； 

第六步，回火：将校正后的节套置于硝盐炉中，加热至170℃，保温8h后水冷； 

第七步，再次校正：采用手搬压力机，只对槽宽尺寸为27.6mm超差变大的节套进行校正； 

第八步，去应力：将经再次校正后的节套置于硝盐炉中，加热至170℃，保温3h后水冷； 

第九步，吹砂：采用喷砂机对节套进行喷砂处理； 

第十步，检验校正尺寸：对节套的尺寸进行测量； 

第十一步，探伤：采用磁粉探伤机对节套进行探伤处理。 

考虑到节套的热处理工艺被大众所知，因而接下来仅对本发明的一种钢热处理变形处理方法相对于常规热处理工艺改进的步骤进行说明。 

在上述第一步中，采用手搬压力机对尺寸为27.6mm的节套槽宽进行撑大处理的过程如图3所示。 

图3为本发明的实施例的节套热处理前预留热处理变形收缩 量的示意图。 

参照图3，为获得热处理前预留热处理变形收缩量，需要对节套槽宽进行撑大。首先将“厂”形校正辅助垫块安置于节套开口部位，然后将手搬压力机的“V”形撑铁置于垫块上，由于热处理前节套是调质状态，硬度低，为22HRC左右，因而只需对手搬压力机的压头施加轻微的力量就很容易将槽宽尺寸27.60+0.13撑大到变形预留量为0.2左右的规定尺寸。通过撑大处理后，节套槽宽尺寸为27.750+0.10，而且在撑大过程中不会影响到其它相邻的形状尺寸。 

在上述对节套槽宽的撑大步骤中，校正辅助垫块的形状设计很关键，图4为本发明的校正辅助垫块的形状示意图。 

如图4所示，校正辅助垫块的弯曲的角度必须是90°，不得大于或小于90°，这样才能保证垫块的一个平面与节套开口部位内壁形成面接触，使撑力均匀且水平方向，保证不损伤节套接触部位，否则垫块与节套形成点接触或线接触，受力不均，力量倾斜，很容易损伤节套，造成接触之处发生塑性变形变成倒角或形成斜面，这如同不用垫块直接使用撑铁撑大的结果。另外，校正辅助垫块的另一个面应设计成倾斜面，这样才能与V型撑铁的斜面紧贴接触，保证受力均匀。 

在改进的热处理变形处理工艺前，在撑大槽宽27.6尺寸时，没有用校正辅助垫块，直接使用撑铁撑大，因而使得节套损伤严重，甚至接触处因塑性变形产生畸变。 

上述校正辅助垫块的硬度选择也比较重要，硬度太低，垫块容易损伤变形，过高又容易压伤节套，优选40HRC～45HRC的45钢合适。 

在上述步骤第四步中，在对节套进行局部淬火后的冷却方式，不是采用传统的冷却方法，如采用水、硝盐、油或聚合物溶剂等冷却介质进行冷却，而是采取直接空冷的冷却方法，这样使得局部淬火后冷却的节套不变形或轻微变形，其尺寸、硬度与金相均能达到规定的要求。 

通过采用淬火后空冷的冷却方式，结果显示经热处理后的节套只有少数4%左右的节套的槽宽稍微变大，而对于这些少数变宽的节套，只需用压力校正即可缩小到原有尺寸。压力校正操作简单方便，而且这种以压外圆的方式校正所形成的向内压应力不会产生裂纹。 

采取以上本发明的改进的一种钢热处理变形处理方法对节套进行热处理后，相对于上述采用常规热处理工艺后的节套，减小变形的效果明显：节套长短收缩量小于等于0.1，内孔φ22缩小量小于等于0.02，槽宽尺寸为27.6mm，符合尺寸要求，对称度合格。 

此外，需要说明的是，除节套的槽宽收缩可按照上述改进的热处理变形处理方法进行预留热处理变形收缩量外，其他的如节套的长短收缩、内孔缩小等也可以采用热处理前预留热处理变形收缩量的方法。 

综上，本发明的一种钢热处理变形处理方法，在热处理前故意朝变形的相反方向用外力给予一定畸变量，渗碳变形自然复原到原有尺寸，最后采取反传统的直接空冷淬火方法，从而不变形或变形极小。对于击针、击针、击锤、拉壳钩等不需要渗碳的零件，直接采取空冷淬火，就能有效解决热处理变形问题，同时可实现节能减排。 

以上只是对本发明可实现的优选实施例的一部分进行的说明，但是，本发明的范围不应被解释为由如上的实施例进行限定，将如上所述的本发明的技术思想作为其根本的所有技术思想应当被涵盖于本发明的范围。 

Claims (9)

1.一种钢热处理变形处理方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

第一步，预留热处理变形收缩量：用手搬压力机将待处理零件的尺寸撑大，预留热处理变形收缩量；

第二步，渗碳：采用箱式回火炉进行渗碳处理；

第三步，两次退火：将经渗碳处理后的零件置于箱式回火炉中，加热到预定温度，然后保温一段时间，然后冷却至一定温度出炉空冷；

第四步，局部淬火：将经退火后的零件置于盐浴炉中，加热至预定温度，保温一定时间，出炉空冷。

2.根据权利要求1所述的一种钢热处理变形处理方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：

第五步，校正：用手搬压力机对淬火后的零件进行校正；

第六步，回火：将校正后的零件置于硝盐炉中，加热至预定温度，保温一段时间后水冷；

第七步，再次校正：用手搬压力机，对零件尺寸超差变大的零件进行校正；

第八步，去应力：将经再次校正后的零件置于硝盐炉中，加热至预定温度，保温一段时间后水冷；

第九步，吹砂：采用喷砂机对零件进行喷砂处理；

第十步，检验校正尺寸：对零件的尺寸进行测量；

第十一步，探伤：采用磁粉探伤机对零件进行探伤处理。

3.根据权利要求1或2所述的一种钢热处理变形处理方法，其特征在于，所述预定温度、一定温度和保温时间根据待加工零件而定。

4.根据权利要求1所述的一种钢热处理变形处理方法，其特征在于，所述一定温度根据待加工零件而定。

5.根据权利要求1所述的一种钢热处理变形处理方法，其特征在于，在所述第一步中的对待处理零件的尺寸进行撑大，采用校正辅助垫块对热处理零件进行保护。

6.根据权利要求5所述的一种钢热处理变形处理方法，其特征在于，所述校正辅助垫块弯曲的角度为90o和硬度为40HRC~45HRC。

7.根据权利要求1所述的一种钢热处理变形处理方法，其特征在于，所述第一步中的预留热处理变形收缩量为0.15左右。

8.根据权利要求2所述的一种钢热处理变形处理方法，其特征在于，所述第五步和第7步中的校正为压力校正，其中校正过程中使用校正辅助垫块。

9.根据权利要求1或2所述的一种钢热处理变形处理方法，其特征在于，所述待处理零件为由以下任一种钢材料制作：25Cr2Ni4WA、30CrNi3A、30CrMnSi、30CrNi2WVA。

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