CN105154815A - 一种利用双排渗碳炉获得高质量金相的渗碳热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用双排渗碳炉获得高质量金相的渗碳热处理方法，包括以下步骤：将预处理的低碳合金钢放入双排渗碳炉，经过余热、加热、强渗碳、扩散和保温等工序之后进行淬火和回火。从上述过程可知，本发明的一种利用双排渗碳炉获得高质量金相的渗碳热处理方法，实现了利用双排渗碳炉对低碳合金钢进行渗碳淬火，淬火后的低碳合金钢工件接近真空渗碳的水平。

Description

一种利用双排渗碳炉获得高质量金相的渗碳热处理方法
技术领域
本发明涉及热处理工艺领域，具体涉及一种利用双排渗碳炉获得高质量金相的渗碳热处理方法。
背景技术
对于渗碳淬火后要求齿轮工件的表面出现极少的晶间氧化和非马氏体组织。正常的解决方案为：真空炉渗碳工艺：丙烷（C3H8）和液体经汽化的高纯度氮气（N2）进行间歇式通入以获得950℃渗碳所必须的碳势进行渗碳。渗碳淬火过程中无氧化性气氛进入炉内，最终得到需求的高要求金相组织，
但是，针对重卡或大型工程机械用的后桥螺伞齿轮，该种齿轮外径为490mm，其最大模数为Mn=9.42，需要在更快速的淬火油中采用压淬工艺。但是此类产品在真空炉中是无法完成，只能在配套（配有自动淬火压床）的双排连续渗碳线上完成。
那么对于热处理连续渗碳生产线怎样才能达到真空炉渗碳淬火的质量水平，满足渗碳淬火后得到极少的晶间氧化和极少的非马氏体组织。因此大胆研发新工艺满足此类产品的质量，自主研发形成具有核心竞争力的高端产品走向国际市场，具有非常重要的意义。
如图1所示，如果直接利用现有的连续渗碳生产线工艺对低碳合金钢进行热处理，整个渗碳过程中，炉内的氧化性气氛（CO2等含量较高），最终导致工件齿表面晶间氧化及非马氏体组织严重超标，图1中工件表面有大量交叉网纹状的非马氏体组织。
发明内容
本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种利用双排渗碳炉获得高质量金相的渗碳热处理方法，实现了利用双排渗碳炉对低碳合金钢进行渗碳淬火，避免工件齿表面晶间氧化及非马氏体组织严重超标，淬火后的低碳合金钢工件接近真空渗碳的水平；
低碳合金钢中硅的质量百分比较低，防止硅与氧结合之后留存在工件中，避免热处理的时候造成晶间氧化和非马氏体组织的形成；
淬火介质的流速很大，使低碳合金钢充分和均匀冷却以达到降低晶间氧化和非马氏体组织；
当双排渗碳炉的强渗Ⅰ区内、强渗Ⅱ区内、扩散区内或保温区内混合气体中碳的实际质量百分比高于各自区域内对于混合气体中碳的质量百分比要求的时候，没有直接通入空气，而是丙烷气，使各自区域内混合气体中碳的实际质量百分比自然降低以达到各自区域内对于混合气体中碳的质量百分比要求，从而避免混合气体中氧含量的提高；防止晶间氧化和非马氏体组织的形成。
本发明所采取的技术方案是：
一种利用双排渗碳炉获得高质量金相的渗碳热处理方法，包括以下步骤：
1）将预处理后的低碳合金钢放入双排渗碳炉预热区进行预热，所述双排渗碳炉预热区的炉温在45~55摄氏度范围内；
2）当双排渗碳炉预热区工序完成之后，低碳合金钢进入双排渗碳炉加热区进行加热，所述双排渗碳炉预热区的炉温在895~905摄氏度范围内，同时向双排渗碳炉预热区通入甲醇和氮气，将双排渗碳炉预热区内的空气排出；
3）当双排渗碳炉加热区工序完成之后，低碳合金钢进入双排渗碳炉强渗Ⅰ区进行渗碳，所述双排渗碳炉强渗Ⅰ区的炉温在905~915摄氏度范围内，同时向双排渗碳炉强渗Ⅰ区通入甲醇、氮气和丙烷，使双排渗碳炉强渗Ⅰ区内混合的气体中碳的质量百分比保持1.00%；
4）当双排渗碳炉强渗Ⅰ区工序完成之后，低碳合金钢进入双排渗碳炉强渗Ⅱ区继续进行渗碳，所述双排渗碳炉强渗Ⅱ区的炉温在905~915摄氏度范围内，同时向双排渗碳炉强渗Ⅱ区通入甲醇、氮气和丙烷，使双排渗碳炉强渗Ⅱ区内的混合气体中碳的质量百分比保持0.90%；
5）当双排渗碳炉强渗Ⅱ区工序完成之后，低碳合金钢进入双排渗碳炉扩散区继续进行热处理，所述双排渗碳炉扩散区的炉温在895~905摄氏度范围内，同时向双排渗碳炉扩散区通入甲醇、氮气和丙烷，使双排渗碳炉扩散区内的混合气体中碳的质量百分比保持0.80%；
6）当双排渗碳炉扩散区工序完成之后，低碳合金钢进入双排渗碳炉保温区进行保温，所述双排渗碳炉保温区的炉温在865~875摄氏度的范围内，同时向双排渗碳炉保温区内通入甲醇、氮气和丙烷，使双排渗碳炉保温区内的混合气体中碳的质量百分比保持0.75%；
7）当双排渗碳炉保温区工序完成之后，将低碳合金钢固定于淬火压床进行压淬处理，所述压淬的淬火介质温度在50~55摄氏度范围内；
8）当淬火工序完成之后，低碳合金钢进入回火炉进行回火处理，所述回火炉的温度在145~155摄氏度的范围内；
9）当回火工序完成之后，低碳合金钢自然冷却至室温。
本发明进一步改进方案是，所述步骤1）中的预处理为清洗低碳合金钢，所述清洗过程为碱液浸洗和清水喷淋洗，所述浸洗时间大于等于2分钟，所述清水喷淋洗时间大于等于2分钟。
本发明更进一步改进方案是，所述步骤7）与步骤8）之间，需要将低碳合金钢进行清洗，所述清洗过程为碱液浸洗和喷淋洗，所述浸洗时间大于等于3分钟，所述喷淋洗时间大于5分钟；所述喷淋洗过程为碱液喷淋洗和清水喷淋洗，所述碱液喷淋洗时间大于等于3分钟，所述清水喷淋洗时间大于2分钟。
本发明更进一步改进方案是，所述碱液和清水的水温在50~70摄氏度范围内，所述碱液中的清洗剂浓度在2~3%范围内。
本发明更进一步改进方案是，所述步骤2）中，甲醇的流量速度在1.0~2.0升每小时的范围内，所述步骤3）~步骤6）中，甲醇的流量速度在1.5~2.1升每小时的范围内。
本发明更进一步改进方案是，所述步骤2）~步骤6）中，氮气的流量速度在1.0~2.0立方米每小时的范围内。
本发明更进一步改进方案是，所述步骤3）中，丙烷的流量速度在0.4~0.6立方米每小时的范围内，步骤4）~步骤6）中，丙烷的流量速度在0.2~0.4立方米每小时的范围内。
本发明更进一步改进方案是，当双排渗碳炉的强渗Ⅰ区内、强渗Ⅱ区内、扩散区内或保温区内混合气体中碳的实际质量百分比达不到各自区域内对于混合气体中碳的质量百分比要求的时候，通入丙烷气，使各自区域内混合气体中碳的实际质量百分比达到各自区域内对于混合气体中碳的质量百分比要求；当双排渗碳炉的强渗Ⅰ区内、强渗Ⅱ区内、扩散区内或保温区内混合气体中碳的实际质量百分比高于各自区域内对于混合气体中碳的质量百分比要求的时候，不通入丙烷气，使各自区域内混合气体中碳的实际质量百分比自然降低以达到各自区域内对于混合气体中碳的质量百分比要求。
本发明更进一步改进方案是，所述步骤7）中，所述淬火介质的流速大于1.07米每秒。
本发明更进一步改进方案是，所述低碳合金钢中硅的质量百分比小于等于0.15。
本发明的有益效果在于：
第一、本发明的一种利用双排渗碳炉获得高质量金相的渗碳热处理方法，实现了利用双排渗碳炉对低碳合金钢进行渗碳淬火，避免工件齿表面晶间氧化及非马氏体组织严重超标，淬火后的低碳合金钢工件接近真空渗碳的水平。
第二、本发明的一种利用双排渗碳炉获得高质量金相的渗碳热处理方法，低碳合金钢中硅的质量百分比较低，防止硅与氧结合之后留存在工件中，避免热处理的时候造成晶间氧化和非马氏体组织的形成。
第三、本发明的一种利用双排渗碳炉获得高质量金相的渗碳热处理方法，淬火介质的流速很大，使低碳合金钢充分和均匀冷却以达到降低晶间氧化和非马氏体组织。
第四、本发明的一种利用双排渗碳炉获得高质量金相的渗碳热处理方法，当双排渗碳炉的强渗Ⅰ区内、强渗Ⅱ区内、扩散区内或保温区内混合气体中碳的实际质量百分比高于各自区域内对于混合气体中碳的质量百分比要求的时候，没有直接通入空气，而是丙烷气，使各自区域内混合气体中碳的实际质量百分比自然降低以达到各自区域内对于混合气体中碳的质量百分比要求，从而避免混合气体中氧含量的提高；防止晶间氧化和非马氏体组织的形成。
附图说明：
图1为现有热处理之后的产品金相图。
图2为本发明热处理之后的产品金相图。
具体实施方式：
本发明包括以下步骤：
1）将预处理后的低碳合金钢放入双排渗碳炉预热区进行预热，所述双排渗碳炉预热区的炉温在45~55摄氏度范围内；
2）当双排渗碳炉预热区工序完成之后，低碳合金钢进入双排渗碳炉加热区进行加热，所述双排渗碳炉预热区的炉温在895~905摄氏度范围内，同时向双排渗碳炉预热区通入甲醇和氮气，将双排渗碳炉预热区内的空气排出；
3）当双排渗碳炉加热区工序完成之后，低碳合金钢进入双排渗碳炉强渗Ⅰ区进行渗碳，所述双排渗碳炉强渗Ⅰ区的炉温在905~915摄氏度范围内，同时向双排渗碳炉强渗Ⅰ区通入甲醇、氮气和丙烷，使双排渗碳炉强渗Ⅰ区内混合的气体中碳的质量百分比保持1.00%；
4）当双排渗碳炉强渗Ⅰ区工序完成之后，低碳合金钢进入双排渗碳炉强渗Ⅱ区继续进行渗碳，所述双排渗碳炉强渗Ⅱ区的炉温在905~915摄氏度范围内，同时向双排渗碳炉强渗Ⅱ区通入甲醇、氮气和丙烷，使双排渗碳炉强渗Ⅱ区内的混合气体中碳的质量百分比保持0.90%；
5）当双排渗碳炉强渗Ⅱ区工序完成之后，低碳合金钢进入双排渗碳炉扩散区继续进行热处理，所述双排渗碳炉扩散区的炉温在895~905摄氏度范围内，同时向双排渗碳炉扩散区通入甲醇、氮气和丙烷，使双排渗碳炉扩散区内的混合气体中碳的质量百分比保持0.80%；
6）当双排渗碳炉扩散区工序完成之后，低碳合金钢进入双排渗碳炉保温区进行保温，所述双排渗碳炉保温区的炉温在865~875摄氏度的范围内，同时向双排渗碳炉保温区内通入甲醇、氮气和丙烷，使双排渗碳炉保温区内的混合气体中碳的质量百分比保持0.75%；
7）当双排渗碳炉保温区工序完成之后，将低碳合金钢固定于淬火压床进行压淬处理，所述压淬的淬火介质温度在50~55摄氏度范围内；
8）当淬火工序完成之后，低碳合金钢进入回火炉进行回火处理，所述回火炉的温度在145~155摄氏度的范围内；
9）当回火工序完成之后，低碳合金钢自然冷却至室温。
所述步骤1）中的预处理为清洗低碳合金钢，所述清洗过程为碱液浸洗和清水喷淋洗，所述浸洗时间大于等于2分钟，所述清水喷淋洗时间大于等于2分钟。
所述步骤7）与步骤8）之间，需要将低碳合金钢进行清洗，所述清洗过程为碱液浸洗和喷淋洗，所述浸洗时间大于等于3分钟，所述喷淋洗时间大于5分钟；所述喷淋洗过程为碱液喷淋洗和清水喷淋洗，所述碱液喷淋洗时间大于等于3分钟，所述清水喷淋洗时间大于2分钟。
所述碱液和清水的水温在50~70摄氏度范围内，所述碱液中的清洗剂浓度在2~3%范围内。
所述步骤2）中，甲醇的流量速度在1.0~2.0升每小时的范围内，所述步骤3）~步骤6）中，甲醇的流量速度在1.5~2.1升每小时的范围内。
所述步骤2）~步骤6）中，氮气的流量速度在1.0~2.0立方米每小时的范围内。
所述步骤3）中，丙烷的流量速度在0.4~0.6立方米每小时的范围内，步骤4）~步骤6）中，丙烷的流量速度在0.2~0.4立方米每小时的范围内。
当双排渗碳炉的强渗Ⅰ区内、强渗Ⅱ区内、扩散区内或保温区内混合气体中碳的实际质量百分比达不到各自区域内对于混合气体中碳的质量百分比要求的时候，通入丙烷气，使各自区域内混合气体中碳的实际质量百分比达到各自区域内对于混合气体中碳的质量百分比要求；当双排渗碳炉的强渗Ⅰ区内、强渗Ⅱ区内、扩散区内或保温区内混合气体中碳的实际质量百分比高于各自区域内对于混合气体中碳的质量百分比要求的时候，不通入丙烷气，使各自区域内混合气体中碳的实际质量百分比自然降低以达到各自区域内对于混合气体中碳的质量百分比要求。
所述步骤7）中，所述淬火介质的流速大于1.07米每秒。
所述低碳合金钢中硅的质量百分比小于等于0.15。
如图2可知，利用本发明的热处理工艺处理之后的产品，工件表面的非马氏体组织仅表面极少量，而且与马氏体组织的边界非常明显；另外淬火后的低碳合金钢表面硬度可以大于60HRC，回火之后的低碳合金钢表面硬度仍可以大于59HRC。其效果接近真空渗碳的水平，使低碳合金钢工件表面的晶间氧化及非马氏体组织达到卡特的一级质量水平。

Claims (10)

1.一种利用双排渗碳炉获得高质量金相的渗碳热处理方法，其特征在于包括以下步骤：
1）将预处理后的低碳合金钢放入双排渗碳炉预热区进行预热，所述双排渗碳炉预热区的炉温在45~55摄氏度范围内；
2）当双排渗碳炉预热区工序完成之后，低碳合金钢进入双排渗碳炉加热区进行加热，所述双排渗碳炉预热区的炉温在895~905摄氏度范围内，同时向双排渗碳炉预热区通入甲醇和氮气，将双排渗碳炉预热区内的空气排出；
3）当双排渗碳炉加热区工序完成之后，低碳合金钢进入双排渗碳炉强渗Ⅰ区进行渗碳，所述双排渗碳炉强渗Ⅰ区的炉温在905~915摄氏度范围内，同时向双排渗碳炉强渗Ⅰ区通入甲醇、氮气和丙烷，使双排渗碳炉强渗Ⅰ区内混合的气体中碳的质量百分比保持1.00%；
4）当双排渗碳炉强渗Ⅰ区工序完成之后，低碳合金钢进入双排渗碳炉强渗Ⅱ区继续进行渗碳，所述双排渗碳炉强渗Ⅱ区的炉温在905~915摄氏度范围内，同时向双排渗碳炉强渗Ⅱ区通入甲醇、氮气和丙烷，使双排渗碳炉强渗Ⅱ区内的混合气体中碳的质量百分比保持0.90%；
5）当双排渗碳炉强渗Ⅱ区工序完成之后，低碳合金钢进入双排渗碳炉扩散区继续进行热处理，所述双排渗碳炉扩散区的炉温在895~905摄氏度范围内，同时向双排渗碳炉扩散区通入甲醇、氮气和丙烷，使双排渗碳炉扩散区内的混合气体中碳的质量百分比保持0.80%；
6）当双排渗碳炉扩散区工序完成之后，低碳合金钢进入双排渗碳炉保温区进行保温，所述双排渗碳炉保温区的炉温在865~875摄氏度的范围内，同时向双排渗碳炉保温区内通入甲醇、氮气和丙烷，使双排渗碳炉保温区内的混合气体中碳的质量百分比保持0.75%；
7）当双排渗碳炉保温区工序完成之后，将低碳合金钢固定于淬火压床进行压淬处理，所述压淬的淬火介质温度在50~55摄氏度范围内；
8）当淬火工序完成之后，低碳合金钢进入回火炉进行回火处理，所述回火炉的温度在145~155摄氏度的范围内；
9）当回火工序完成之后，低碳合金钢自然冷却至室温。
2.如权利要求1所述的一种利用双排渗碳炉获得高质量金相的渗碳热处理方法，其特征在于：所述步骤1）中的预处理为清洗低碳合金钢，所述清洗过程为碱液浸洗和清水喷淋洗，所述浸洗时间大于等于2分钟，所述清水喷淋洗时间大于等于2分钟。
3.如权利要求1所述的一种利用双排渗碳炉获得高质量金相的渗碳热处理方法，其特征在于：所述步骤7）与步骤8）之间，需要将低碳合金钢进行清洗，所述清洗过程为碱液浸洗和喷淋洗，所述浸洗时间大于等于3分钟，所述喷淋洗时间大于5分钟；所述喷淋洗过程为碱液喷淋洗和清水喷淋洗，所述碱液喷淋洗时间大于等于3分钟，所述清水喷淋洗时间大于2分钟。
4.如权利要求2或3其中任意一项所述的一种利用双排渗碳炉获得高质量金相的渗碳热处理方法，其特征在于：所述碱液和清水的水温在50~70摄氏度范围内，所述碱液中的清洗剂浓度在2~3%范围内。
5.如权利要求1所述的一种利用双排渗碳炉获得高质量金相的渗碳热处理方法，其特征在于：所述步骤2）中，甲醇的流量速度在1.0~2.0升每小时的范围内，所述步骤3）~步骤6）中，甲醇的流量速度在1.5~2.1升每小时的范围内。
6.如权利要求1所述的一种利用双排渗碳炉获得高质量金相的渗碳热处理方法，其特征在于：所述步骤2）~步骤6）中，氮气的流量速度在1.0~2.0立方米每小时的范围内。
7.如权利要求1所述的一种利用双排渗碳炉获得高质量金相的渗碳热处理方法，其特征在于：所述步骤3）中，丙烷的流量速度在0.4~0.6立方米每小时的范围内，步骤4）~步骤6）中，丙烷的流量速度在0.2~0.4立方米每小时的范围内。
8.如权利要求1所述的一种利用双排渗碳炉获得高质量金相的渗碳热处理方法，其特征在于：当双排渗碳炉的强渗Ⅰ区内、强渗Ⅱ区内、扩散区内或保温区内混合气体中碳的实际质量百分比达不到各自区域内对于混合气体中碳的质量百分比要求的时候，通入丙烷气，使各自区域内混合气体中碳的实际质量百分比达到各自区域内对于混合气体中碳的质量百分比要求；当双排渗碳炉的强渗Ⅰ区内、强渗Ⅱ区内、扩散区内或保温区内混合气体中碳的实际质量百分比高于各自区域内对于混合气体中碳的质量百分比要求的时候，不通入丙烷气，使各自区域内混合气体中碳的实际质量百分比自然降低以达到各自区域内对于混合气体中碳的质量百分比要求。
9.如权利要求1所述的一种利用双排渗碳炉获得高质量金相的渗碳热处理方法，其特征在于：所述步骤7）中，所述淬火介质的流速大于1.07米每秒。
10.如权利要求1所述的一种利用双排渗碳炉获得高质量金相的渗碳热处理方法，其特征在于：所述低碳合金钢中硅的质量百分比小于等于0.15。
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CN106435462A (zh) * 2016-07-01 2017-02-22 兴化东华齿轮有限公司 一种节能复合型热处理工艺
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