CN1078252C - 热处理构件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供可减少工序、时间、设备并确保必要的耐磨性(硬度)和强度与韧性的热处理构件的制造方法。该热处理构件的制造方法包括将碳含量0.05-0.30%(重量)的低碳系硼钢材料按规定的形状成形成坯料的工序和对该坯料只进行淬火热处理的工序。

Description

热处理构件的制造方法
本发明涉及热处理构件的制造方法
钢铁构件有以轧制态直接使用的，但要求耐磨性(硬度)、强度、韧性的构件要经热处理后使用。由此，进行热处理使用的钢铁构件叫做热处理构件。热处理构件的代表有在铲土机和推土机等建设机械的履带上使用的履板、连杆、销子、轴衬以及推土机等建设机械和除雪机械上使用的刀头，另外，各种工业机械上使用的机械构造用零件的大多数是热处理构件。
以前的热处理构件制造方法，如图2所示，由按规定形状将钢铁材料成形成坯料的工序11和进行坯料热处理的工序12构成，热处理由叫做“淬火”的工序和叫做“回火”的工序的二个工序构成，淬火和回火一定为一组。
必需进行淬火和回火二个工序热处理的理由如下。
一般来说，热处理构件的耐磨性(硬度)和强度与韧性是相反的特性。仅仅淬火，耐磨性(硬度)和强度大幅度提高，但韧性显著降低。由于在叫做“淬火”的热处理后进行叫做“回火”的热处理，与只进行淬火的产物相比，耐磨性(硬度)和强度少许降低，韧性大幅度提高，确保了必需的耐磨性(硬度)和强度与韧性。也就是说，如不进行淬火和回火二个工序的热处理，就不能确保必需的耐磨性(硬度)和强度与韧性。
但是，以前的热处理构件制造方法存在以下问题。
在热处理中必需要有淬火和回火二个工序，导致工序多、时间长、设备大，成本提高。
单纯省去淬火和回火中的一个，必要的耐磨性(硬度)和强度与韧性中的某一个将不能确保。
本发明的目的是，与以前的热处理相比，提供削减工序、时间、设备，而且可以确保必要的耐磨性(硬度)和强度与韧性的热处理构件的制造方法。
达到上述目的的本发明如下。
将由碳含量0.05-0.30％(重量)的低碳系硼钢构成的材料按规定形状成形成坯料的工序和仅进行将该坯料淬火的热处理工序组成的热处理构件制造方法。
上述本发明热处理构件制造方法，在进行热处理的工序中，对坯料进行仅由淬火组成的热处理，与以前由淬火和回火二工序组成的热处理相比省略了回火的工序，除了削减了回火的工序部分、工时、时间外，还不需要回火的设备，其结果，削减了热处理构件的制造成本。
本发明热处理构件的制造方法，虽然没有回火工序，也可确保必要的耐磨性(硬度)和强度与韧性。其理由如下：
碳(合金)钢在中碳(合金)钢(碳含量0.30-0.50％重量)的场合，淬火态的金属组织是中碳马氏体。该中碳马氏体组织硬度和强度高，韧性低。如进行低温(约200℃以下)回火，中碳马氏体变为(低碳马氏体＋碳化物)，硬度和强度有些降低，但韧性提高，热处理构件使用成为可能。另一方面，低碳(合金)钢(碳含量0.3％(重量)以下)的场合，淬火后，进行低温(约200℃以下)回火时的金属组织为单一的低碳马氏体组织，既确保了硬度和强度，也确保了韧性，可以作为热处理构件使用。
在此，对于低碳(合金)钢，检查淬火态的金属组织，仅为低碳马氏体，以淬火后进行低温回火的金属组织是相同的，并判明硬度、强度、韧性与淬火后进行低温回火的也在宽范围内相同。由于本发明使用低碳(合金)钢，硬度、强度、韧性实质上没有降低，因此省略低温回火热处理工序。
碳含量为0.05-0.30％(重量)的理由是，如果小于0.05％(重量)，因淬火生成的低碳马氏体中的炭含量少，得不到规定的硬度、强度，另一方面，如果大于0.30％(重量)，淬火生成的金属组织成为中碳马氏体，韧性低，需要回火。碳含量在0.30％(重量)附近，成为低碳(合金)钢和中碳(合金)钢二者的淬火组织，要使在淬火态仅生成低碳马氏体单一组织，希望碳含量为0.05-0.279％(重量)，更希望为0.20-0.26％(重量)。
另外，在本发明低碳钢中添加0.0001-0.0100％(重量)的硼。添加硼的理由是确保淬透性和确保在高硬度区的韧性。淬透性问题就是低碳钢在淬火工序中有热处理构件的芯部难以硬化的问题，确保必要的淬透性要添加硼0.0001-0.0100％(重量)，更优选0.0005-0.0030％(重量)。由此，不但由高频淬火仅表面层淬硬的场合，而且必需芯部淬硬的一般热处理构件，本发明方法也适用。
大型热处理构件只通过硼确保必要的淬透性困难的场合，除硼之外，也可添加提高淬透性的其他元素(成分)如Mn，Cr，Mo等。
添加硼的第二个理由是确保在高硬度区(HRC40以上)的韧性。
如上所述，对于坯料由于使用低碳系硼钢，所以仅用淬火(不进行回火)就可确保必需的硬度、强度、韧性。
本发明实施例的热处理构件的制造方法，如图1所示，由将碳含量0.05-0.30％(重量)、硼含量0.0001-0.0100％(重量)的低碳系硼钢(表1所示实施例的场合，除硼之外，又添加1.0％(重量)左右的锰，也叫做低碳系锰硼钢)构成的材料按规定形状成形成坯料的工序1和将该坯料仅进行淬火热处理的工序2构成。
坯料的低碳系硼钢的碳含量希望为0.15-0.279％(重量)，更希望坯料的低碳系硼钢的碳含量为0.20-0.26％(重量)。另外，坯料的低碳系硼钢的硼含量为0.0001-0.0100％(重量)，希望为0.0005-0.0030％(重量)。
坯料的组成如表1所示。表1
                  本发明实施例坯料的组成
                                (重量％)
      C      Si      Mn      P      S          B
 0.15～0.279   0.15～0.35  0.80～1.10  0.025以下  0.015以下    0.0005～0.0030
材料坯料的成形可用轧制、锻造、铸造等成形方法的任一种。
作为热处理构件的代表，如图3所示的铲土机和推土机等建设机械的履带20上使用的履板21、连杆22、销子23、轴衬24以及如图4所示的推土机等建设机械30和如图5所示的除雪机等的除雪机械32上使用的刀头31等，其他，各种工业机械上使用的机械构造用零件的大多数是热处理构件。另外，成形是指按热处理构件的形状成形。
热处理工序2仅由淬火工序构成，这意味着热处理工序2包含淬火工序，不包含回火工序(低温回火工序或高温回火工序)。也就是说，使用淬火态坯料作热处理构件。
淬火与以前的低碳(合金)钢淬火相同。也就是，进行淬火，将上述坯料加热到Ac3相变点以上温度(例如约900℃)形成均匀的奥氏体组织，加热后将上述坯料急冷到约200℃以下。
该淬火态坯料表面附近完全淬火部分的金属组织是单一的低碳马氏体组织，该完全淬火部分的品质特性(机械性能)如表2所示，硬度为HRC42-49，强度为135-155kg/mm2，韧性为夏氏冲击值7-10kg·m/cm2。
本发明具体的实施例采纳铲土机和推土机等的建设机械的履带20上使用的履板21以及推土机等建设机械30及除雪机械32上使用的刀头31二种，并将按本发明方法制造的和按以前方法制造的进行比较。
表2是关于建设机械履带20上使用的履板21的本发明产品和以前产品品质的调查、比较的结果。
以前的低碳系硼钢轧制后，进行了淬火、(低温)回火热处理的热处理构件，金属组织是单一的低碳马氏体组织，如表2所示，硬度为HRC42-49，强度为135-155kg/mm2，韧性为夏氏冲击值7-10kg·m/cm2。而按本发明实施例热处理构件制造方法制造的热处理构件，虽然不进行(低温)回火，可是具有与以前的低碳系硼钢轧制后，进行了淬火、(低温)回火热处理的热处理构件同等的耐磨性(硬度)、强度、韧性。
其结果是按本发明实施例的热处理构件的制造方法，热处理可省略(低温)回火，这样，热处理时可削减工序、时间、设备，可降低成本。
在表2中示出本发明实施例的热处理构件的耐磨性(硬度)、强度、韧性的同时，为了比较示出了以前的低碳系硼钢进行淬火、回火的热处理构件，以前的中碳系锰钢进行淬火、回火的热处理构件、以前的中碳系锰硼钢进行淬火、回火的热处理构件的耐磨性(硬度)、强度、韧性。另外，以前的热处理进行淬火、回火二个工序的热处理，为了与本发明实施例的只进行淬火热处理比较，对于以前的热处理构件的热处理，为调查、比较示出了只进行淬火省略回火情况的坯料的耐磨性(硬度)、强度、韧性。以前的坯料淬火态韧性非常低，不能作为热处理构件使用。表2
 类别 钢种 制造工序                 品质特性
耐磨性：硬度(HRC) 强度：抗拉强度(kg/mm2) 韧性：夏氏冲击值(kg.m/cm2)
 以前产品 中碳系锰钢 轧制→淬火 50-55  160-175     1-3
轧制→淬火→(高温)回火 37-43  120-135     3-8
中碳系锰硼钢 轧制→淬火 50-55  160-175     2-5
轧制→淬火→(低温)回火 45-51  145-160     4-8
低碳系锰硼钢 轧制→淬火→(低温)回火 42-49  135-155     7-10
 ■ 轧制→淬火 42-49  135-155     7-10
(■)：本发明产品)
表3是在建设机械30和除雪机械32上使用的刀头31的本发明产品和以前产品品质调查比较。表3
 类别    钢种    制造工序                    品质特性
耐磨性硬度(HRC) 强度硬度(kg/mm2) 韧性夏氏冲击值(kg.m/cm2)
 以前产品 中碳系锰钢 轧制→淬火→(低温)回火 45-50 135-155 3-5
 本发明产品 低碳系锰硼钢 轧制→淬火 42-49 135-155 7-9
如表3所示，本发明产品具有与以前产品同等以上的品质特性。特别是，与以前产品相比，本发明产品仅进行淬火，但具有同样的硬度(同样的强度)和优越的韧性。
如按本发明热处理构件的制造方法，热处理工序可省略回火工序，这样，可减少工序、时间、设备，并可降低成本。
另外，使用低碳系硼钢热处理可省略回火，可确保与进行了淬火回火的热处理构件相同的耐磨性(硬度)、强度、韧性。另外，由于含有硼，可确保必要的淬透性。
图1是本发明一个实施例的热处理构件制造方法的操作工序图。
图2是以前热处理构件制造方法的操作工序图。
图3是部分履带的斜视图。
图4是建设机械的斜视图。
图5是除雪机械的斜视图。
符号说明
1坯料的成形工序
2(不含回火工序)热处理工序
20履带
21履板
22连杆
23销子
24轴衬
30建设机械
31建设机械和除雪机械上使用的刀头
32除雪机械

Claims (1)

1.热处理构件的制造方法，该方法由以下工序组成，
将由碳含量0.05～0.30重量％的低碳系硼钢材料按规定形状成形为坯料的工序，所说的规定形状是包括用于建设机械的履带的履板、连杆、销子、轴衬以及用于建设机械和除雪机械的刀头在内的热处理构件的规定形状；
对上述坯料进行热处理使坯料整体成为低碳马氏体单一组织的工序，所说的热处理是加热到Ac3相变点以上的温度后，只进行淬火降低温度至200℃以下，而省略了淬火后的回火。
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