CN107326321A - 一种改善钢材工件使用特性的处理方法 - Google Patents

一种改善钢材工件使用特性的处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改善钢材工件使用特性的处理方法，包括如下步骤：（1）表面清洁处理、（2）渗碳处理、（3）油淬处理、（4）保温处理、（5）二次油淬处理、（6）低温回火处理。本发明对钢材工件的处理方法进行了特殊的处理，有效提升了其硬度、强度、韧性、耐磨性、耐温性、耐腐性等性能，综合品质得到明显改善，具有很好的推广使用价值。

Description

一种改善钢材工件使用特性的处理方法
技术领域
本发明属于工程机械技术领域，具体涉及一种改善钢材工件使用特性的处理方法。
背景技术
工程机械是装备工业的重要组成部分。概括地说，凡土石方施工工程、路面建设与养护、流动式起重装卸作业和各种建筑工程所需的综合性机械化施工工程所必需的机械装备，称为工程机械。工程机械的加工制造中必然少不了钢材工件的使用，钢材工件因其使用部位和目的等不同，其对应所要求的品质特性也不同，如轴承、轴套等工件要求其具有良好的强度、韧性、耐磨等特性，表层保护类工件要求其具有良好的耐腐、耐温、耐形变等特性。而初始钢材材料对应的上述基本性能不佳，还需要后续的改性处理，也就是常见的金属表面处理，现有的金属表面处理方式较多，但鲜少见到能有效综合提升钢材工件强度、韧性、耐磨等多种性能的方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种改善钢材工件使用特性的处理方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种改善钢材工件使用特性的处理方法，包括如下步骤：
（1）表面清洁处理：
对待加工的工件表面先进行化学除油处理，然后再用清水冲洗一遍，最后对其进行干燥处理后备用；
（2）渗碳处理：
将步骤（1）处理后的工件放入到真空渗碳炉内进行表面渗碳处理，期间控制渗碳的温度为910~930℃，渗碳处理3~3.5h后备用；
（3）油淬处理：
将步骤（2）渗碳处理后的工件取出后立即浸入到冷却油中进行油淬处理，待工件的温度降至400~440℃时取出备用；
（4）保温处理：
将步骤（3）处理后的工件立即移放入保温箱内，对保温箱进行抽真空处理，并加热保持保温箱内的温度为400~440℃，同时还对工件施加超声波处理，30~40min后取出备用；
（5）二次油淬处理：
将步骤（4）处理后的工件取出后立即浸入到冷却油中进行二次油淬处理，待工件的温度降至常温后取出备用；
（6）低温回火处理：
将步骤（5）处理后的工件放入165~175℃的条件下进行低温回火处理，保温处理1~1.5h后取出空冷至常温后即可。
进一步的，步骤（1）中所述的化学除油处理中所用除油剂为丙酮。
进一步的，步骤（1）中所述的干燥处理的温度控制为70~75℃。
进一步的，步骤（2）中所述的渗碳处理采用气体渗碳处理方法，具体是向真空渗碳炉内连续通入乙炔气体，通入量为1100~1300升/小时。
进一步的，步骤（4）中所述的超声波处理的施加频率为88~90kHz。
进一步的，步骤（6）中所述的低温回火处理时，以8~10℃/min的升温速度将工件从常温升至165~175℃。
渗碳处理是现有钢材等金属常见的表面处理方法之一，其能向金属表面内渗入含碳物质来改善表面强度等特性，但其对应提升性能的程度不能满足人们的需求，同时其对于工件韧性等特性影响甚微。对此本发明在以渗碳处理为基础，对应添加了多种处理工艺，共同提升了对工件的处理效果，其中对渗碳处理后的工件进行了油淬处理，渗碳处理后的工件温度较高，对其进行高温淬火能有效的改善工件的硬度、强度、韧性等性能，为了进一步提升油淬的效果，将其分为了两次进行处理，先进行了一次油淬处理，将其冷却至400~440℃后便取出，然后将其放入到温度为400~440℃的保温箱内进行保温处理，此一次油淬处理过程中，渗碳的碳化物固溶于奥氏体晶格内，弥散分布的碳化物使得晶格发生畸变，随着油淬降温的进行，钢材内晶体、晶格继续形变，虽然能改善钢材表面的抗拉强度、硬度等特性，但若一直淬至室温会导致工件韧性损伤严重，其内部会产生较大的位错滑移，进而会产生大的应力团，不仅会使得工件后续加工使用中产生裂纹、损伤甚至断裂的风险，还会影响低温回火的处理效果，故将工件淬至400~440℃后取出，此温度下保温可降低奥氏体晶格的畸变程度，保留改善了工件的韧性，同时又进行了超声波处理，不仅能缓解油淬的应力，同时还能促进碳化物向其它组织晶格内的扩散渗透，实现了碳化物的二次分布，提升了整体的强度、韧性等，以及各处组织品质的均匀性，随后又对其进行了二次油淬处理，在一次油淬组织结构调整的基础上，二次油淬处理更容易完成组织的相变和性能的改善增强，最后对工件进行了低温回火处理，再次促进了钢材内晶粒的重新聚集移动，提升了整体特性。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明对钢材工件的处理方法进行了特殊的处理，有效提升了其硬度、强度、韧性、耐磨性、耐温性、耐腐性等性能，综合品质得到明显改善，具有很好的推广使用价值。
具体实施方式
实施例1
一种改善钢材工件使用特性的处理方法，包括如下步骤：
（1）表面清洁处理：
对待加工的工件表面先进行化学除油处理，然后再用清水冲洗一遍，最后对其进行干燥处理后备用；
（2）渗碳处理：
将步骤（1）处理后的工件放入到真空渗碳炉内进行表面渗碳处理，期间控制渗碳的温度为910℃，渗碳处理3h后备用；
（3）油淬处理：
将步骤（2）渗碳处理后的工件取出后立即浸入到冷却油中进行油淬处理，待工件的温度降至400℃时取出备用；
（4）保温处理：
将步骤（3）处理后的工件立即移放入保温箱内，对保温箱进行抽真空处理，并加热保持保温箱内的温度为400℃，同时还对工件施加超声波处理，30min后取出备用；
（5）二次油淬处理：
将步骤（4）处理后的工件取出后立即浸入到冷却油中进行二次油淬处理，待工件的温度降至常温后取出备用；
（6）低温回火处理：
将步骤（5）处理后的工件放入165℃的条件下进行低温回火处理，保温处理1h后取出空冷至常温后即可。
进一步的，步骤（1）中所述的化学除油处理中所用除油剂为丙酮。
进一步的，步骤（1）中所述的干燥处理的温度控制为70℃。
进一步的，步骤（2）中所述的渗碳处理采用气体渗碳处理方法，具体是向真空渗碳炉内连续通入乙炔气体，通入量为1100升/小时。
进一步的，步骤（4）中所述的超声波处理的施加频率为88kHz。
进一步的，步骤（6）中所述的低温回火处理时，以8℃/min的升温速度将工件从常温升至165℃。
实施例2
一种改善钢材工件使用特性的处理方法，包括如下步骤：
（1）表面清洁处理：
对待加工的工件表面先进行化学除油处理，然后再用清水冲洗一遍，最后对其进行干燥处理后备用；
（2）渗碳处理：
将步骤（1）处理后的工件放入到真空渗碳炉内进行表面渗碳处理，期间控制渗碳的温度为920℃，渗碳处理3.2h后备用；
（3）油淬处理：
将步骤（2）渗碳处理后的工件取出后立即浸入到冷却油中进行油淬处理，待工件的温度降至420℃时取出备用；
（4）保温处理：
将步骤（3）处理后的工件立即移放入保温箱内，对保温箱进行抽真空处理，并加热保持保温箱内的温度为420℃，同时还对工件施加超声波处理，35min后取出备用；
（5）二次油淬处理：
将步骤（4）处理后的工件取出后立即浸入到冷却油中进行二次油淬处理，待工件的温度降至常温后取出备用；
（6）低温回火处理：
将步骤（5）处理后的工件放入170℃的条件下进行低温回火处理，保温处理1.2h后取出空冷至常温后即可。
进一步的，步骤（1）中所述的化学除油处理中所用除油剂为丙酮。
进一步的，步骤（1）中所述的干燥处理的温度控制为73℃。
进一步的，步骤（2）中所述的渗碳处理采用气体渗碳处理方法，具体是向真空渗碳炉内连续通入乙炔气体，通入量为1200升/小时。
进一步的，步骤（4）中所述的超声波处理的施加频率为89kHz。
进一步的，步骤（6）中所述的低温回火处理时，以9℃/min的升温速度将工件从常温升至170℃。
实施例3
一种改善钢材工件使用特性的处理方法，包括如下步骤：
（1）表面清洁处理：
对待加工的工件表面先进行化学除油处理，然后再用清水冲洗一遍，最后对其进行干燥处理后备用；
（2）渗碳处理：
将步骤（1）处理后的工件放入到真空渗碳炉内进行表面渗碳处理，期间控制渗碳的温度为930℃，渗碳处理3.5h后备用；
（3）油淬处理：
将步骤（2）渗碳处理后的工件取出后立即浸入到冷却油中进行油淬处理，待工件的温度降至440℃时取出备用；
（4）保温处理：
将步骤（3）处理后的工件立即移放入保温箱内，对保温箱进行抽真空处理，并加热保持保温箱内的温度为440℃，同时还对工件施加超声波处理，40min后取出备用；
（5）二次油淬处理：
将步骤（4）处理后的工件取出后立即浸入到冷却油中进行二次油淬处理，待工件的温度降至常温后取出备用；
（6）低温回火处理：
将步骤（5）处理后的工件放入175℃的条件下进行低温回火处理，保温处理1.5h后取出空冷至常温后即可。
进一步的，步骤（1）中所述的化学除油处理中所用除油剂为丙酮。
进一步的，步骤（1）中所述的干燥处理的温度控制为75℃。
进一步的，步骤（2）中所述的渗碳处理采用气体渗碳处理方法，具体是向真空渗碳炉内连续通入乙炔气体，通入量为1300升/小时。
进一步的，步骤（4）中所述的超声波处理的施加频率为90kHz。
进一步的，步骤（6）中所述的低温回火处理时，以10℃/min的升温速度将工件从常温升至175℃。
对比实施例1
本对比实施例1与实施例2相比，省去步骤（4）保温处理中的超声波处理操作，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例2
本对比实施例2与实施例2相比，将步骤（3）油淬处理时工件的温度保持为550℃，同时将步骤（4）保温处理中保温箱内的温度保持为550℃，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例3
本对比实施例3与实施例2相比，省去步骤（4）保温处理操作，将步骤（3）油淬处理和步骤（5）二次油淬处理合并成一步处理，除此外的方法步骤均相同。
对照组
现有的钢材工件表面渗碳处理方法。
为了对比本发明效果，选用低碳钢板材作为实验对象，所用的低碳钢板材内各化学成分及其对应重量百分数为：C 0.15%、Cr 1.15%、Ni 2.20%、Mo 3.50%、Si 1.00%、S ≤0.005%、P ≤0.008%，余量为铁；然后对其分别进行上述实施例2、对比实施例1、对比实施例2、对比实施例3、对照组所述的方法进行表面处理，完成后对处理后的板材进行性能测试，具体对比数据如下表1所示：
表1
冲击功（J） 硬度（HRC） 表面平均摩擦系数
实施例2 203 44.2 0.42
对比实施例1 182 40.2 0.53
对比实施例2 188 40.7 0.51
对比实施例3 163 36.1 0.57
对照组 152 33.4 0.60
注：上表1中所述的冲击功对应的是冲击实验性能指标，冲击试验具体参照GB/T 229-1994进行测试，冲击试验机的型号为JBN-300B；所述的硬度采用TIME公司的TH300型洛氏硬度计按GB/T 230.1-2004进行测试。
由上表1可以看出，在各步骤的共同配合作用下，本发明方法对应处理后的钢材工件的综合性能较现有处理工艺有明显的提升，综合品质好，推广价值高。

Claims (6)

1.一种改善钢材工件使用特性的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）表面清洁处理：
对待加工的工件表面先进行化学除油处理，然后再用清水冲洗一遍，最后对其进行干燥处理后备用；
（2）渗碳处理：
将步骤（1）处理后的工件放入到真空渗碳炉内进行表面渗碳处理，期间控制渗碳的温度为910~930℃，渗碳处理3~3.5h后备用；
（3）油淬处理：
将步骤（2）渗碳处理后的工件取出后立即浸入到冷却油中进行油淬处理，待工件的温度降至400~440℃时取出备用；
（4）保温处理：
将步骤（3）处理后的工件立即移放入保温箱内，对保温箱进行抽真空处理，并加热保持保温箱内的温度为400~440℃，同时还对工件施加超声波处理，30~40min后取出备用；
（5）二次油淬处理：
将步骤（4）处理后的工件取出后立即浸入到冷却油中进行二次油淬处理，待工件的温度降至常温后取出备用；
（6）低温回火处理：
将步骤（5）处理后的工件放入165~175℃的条件下进行低温回火处理，保温处理1~1.5h后取出空冷至常温后即可。
2.根据权利要求1所述的一种改善钢材工件使用特性的处理方法，其特征在于，步骤（1）中所述的化学除油处理中所用除油剂为丙酮。
3.根据权利要求1所述的一种改善钢材工件使用特性的处理方法，其特征在于，步骤（1）中所述的干燥处理的温度控制为70~75℃。
4.根据权利要求1所述的一种改善钢材工件使用特性的处理方法，其特征在于，步骤（2）中所述的渗碳处理采用气体渗碳处理方法，具体是向真空渗碳炉内连续通入乙炔气体，通入量为1100~1300升/小时。
5.根据权利要求1所述的一种改善钢材工件使用特性的处理方法，其特征在于，步骤（4）中所述的超声波处理的施加频率为88~90kHz。
6.根据权利要求1所述的一种改善钢材工件使用特性的处理方法，其特征在于，步骤（6）中所述的低温回火处理时，以8~10℃/min的升温速度将工件从常温升至165~175℃。
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