CN113930591B - 一种20Cr2Ni4A钢循环淬火细晶工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种20Cr2Ni4A钢循环淬火细晶工艺,包括加热、循环淬火、回火及冷却步骤,循环淬火步骤为:将保温结束的20Cr2Ni4A钢快速冷却到‑50℃~250℃,然后快速加热到850℃~950℃,再快速冷却到‑50℃~250℃,重复上述操作3~5次。本发明通过循环淬火工艺能极大地细化20Cr2Ni4A钢平均晶粒尺寸,得到疲劳寿命长、综合力学性能良好的20Cr2Ni4A钢。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料热处理技术领域,具体涉及一种20Cr2Ni4A钢循环淬火细晶工艺。
背景技术
20Cr2Ni4A钢具有强度高、韧性和淬透性好、表面硬化耐磨性高、渗碳淬火后韧性好等特点,广泛应用于大型机械设备重载齿轮的设计制造中。然而现有的制备工艺获得齿轮钢晶粒尺寸较大,这限制了进一步提高其疲劳寿命和力学性能。
晶粒细化是一种能够极大改善20Cr2Ni4A钢综合力学性能的方法。然而,目前常用的材料组织细化方法主要为剧烈塑性变形技术,如等通道转角挤压、累积叠轧、多向锻造和高压扭转等,该技术对20Cr2Ni4A钢具有如下局限:(1)设备要求高;(2)工艺复杂;(3)大规模生产应用困难;(4)供货态目标实现困难。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供一种20Cr2Ni4A钢循环淬火细晶工艺。
本发明采用的技术方案是:
一种20Cr2Ni4A钢循环淬火细晶工艺,包括如下步骤:
(1)加热:将20Cr2Ni4A钢从室温加热至850℃~1050℃,并在该温度区间内保温一定时间;
(2)循环淬火:将保温结束的20Cr2Ni4A钢快速冷却到-50℃~250℃,然后快速加热到850℃~950℃,再快速冷却到-50℃~250℃,重复上述操作3~5次;
(3)回火:将完成循环淬火的20Cr2Ni4A钢在240℃~600℃温度区间回火30min~60min;
(4)冷却:将回火结束的20Cr2Ni4A钢冷却到室温。
优选20Cr2Ni4A钢的厚度h为0.5~20mm。
作为优选地,在步骤(1)中,20Cr2Ni4A钢的保温时间(t,min)与试样厚度(h,mm)满足关系式1:t=(5~6)h。
作为优选地,在步骤(2)中,保温结束的20Cr2Ni4A钢快速冷却到-50℃~250℃的冷却速率在50℃/s以上,快速加热到850℃~950℃的加热速率在50℃/s以上,再快速冷却到-50℃~250℃的冷却速率在50℃/s以上。
作为优选地,在步骤(2)中,20Cr2Ni4A钢快速加热到850℃~950℃,保温一定时间后再快速冷却到-50℃~250℃。
作为优选地,在步骤(2)中保温时间(t,min)与试样厚度(h,mm)满足关系式2:t=(0.5~1)h。
本发明的有益效果:
1、通过优化循环热处理工艺,使20Cr2Ni4A钢在热处理过程中进行循环再结晶,破坏新相与母相的映射关系,细化马氏体板条,使奥氏体在新生成的板条马氏体界面形核,进而不断细化奥氏体晶粒尺寸,最终使20Cr2Ni4A钢的晶粒尺寸不断细化,得到综合力学性能良好的20Cr2Ni4A钢。
2、本发明细晶工艺简单,免去很多设备依赖,能够大规模工业化应用。
3、本发明充分考虑了不同厚度的20Cr2Ni4A钢在加热过程中完全奥氏体化及避免奥氏体晶粒长大的因素,及后续冷却过程中完全马氏体相变的因素,提出了循环淬火细晶工艺关键的工艺参数,保温时间与试样厚度的映射关系,从而进一步提高20Cr2Ni4A钢的综合力学性能。
附图说明
图1是本发明实施例1的20Cr2Ni4A钢试样循环淬火前的金相形貌图。
图2是本发明实施例1的20Cr2Ni4A钢试样经3道次循环淬火后的金相形貌图。
图3是本发明实施例1的20Cr2Ni4A钢试样经5道次循环淬火后的金相形貌图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种10mm厚20Cr2Ni4A钢的循环淬火细晶工艺,其循环淬火步骤包括:
(1)加热:在马弗炉中将常温20Cr2Ni4A钢试样加热至850℃,保温60min。
(2)循环淬火:将高温状态的的20Cr2Ni4A钢试样以50℃/s速率冷却到-50℃,然后在马弗炉以50℃/s速率加热到850℃,保温5min,再以50℃/s速率冷却到-50℃,重复上述操作3次、4次、5次。
(3)回火:将循环淬火结束的20Cr2Ni4A钢试样在300℃~360℃温度区间回火30min。
(4)冷却:将回火结束的20Cr2Ni4A钢试样冷却到室温。
借助线切割制备10mm×10mm的热处理试样,用不同型号的砂纸将样品逐级研磨至2000#,随后进行抛光和腐蚀;借助于光学金相显微镜对对20Cr2Ni4A钢经850℃/60min、850/60min+3道次循环淬火、850/60min+5道次循环淬火的试样进行微观表征,表征结果如图1、2、3所示。
结果表明:
(1)20Cr2Ni4A钢经850℃/60min后平均晶粒尺寸约为10μm,经850/60min+3道次循环淬火后平均晶粒尺寸约为5μm,经850/60min+4道次循环淬火后平均晶粒尺寸约为4.3μm,经850/60min+5道次循环淬火后平均晶粒尺寸约为4μm;
(2)循环淬火工艺能极大地细化20Cr2Ni4A钢平均晶粒尺寸。
实施例2
一种1mm厚20Cr2Ni4A钢的循环淬火细晶工艺,其循环淬火步骤包括:
(1)加热:在真空感应炉中将20Cr2Ni4A钢试样加热至1050℃,保温5min。
(2)循环淬火:将高温状态的20Cr2Ni4A钢试样以60℃/s速度冷却到-50℃,然后以50℃/s速度加热到950℃,保温2min,再以60℃/s速度冷却到-50℃,分别重复上述操作3次、4次和5次。
(3)回火:将循环淬火结束的20Cr2Ni4A钢试样在240℃~300℃温度区间回火1h。
(4)冷却:将回火结束的20Cr2Ni4A钢试样冷却到室温。
借助线切割制备10mm×10mm的热处理试样,用不同型号的砂纸将样品逐级研磨至2000#,随后进行抛光和腐蚀;借助于光学金相显微镜对对20Cr2Ni4A钢经1050℃/5min、1050/5min+3道次循环淬火、1050/5min+5道次循环淬火的试样进行微观表征,表征结果如表1所示。
表1
工艺参数 | 平均晶粒尺寸 |
1050℃/5min | 11.5μm |
1050/5min+3道次循环淬火 | 6.7μm |
1050/5min+5道次循环淬火 | 4.1μm |
实施例3
一种20mm厚20Cr2Ni4A钢循环淬火细晶工艺,其循环淬火步骤包括:
(1)加热:在马弗炉中将20Cr2Ni4A钢试样加热至850℃,保温2h。
(2)循环淬火:将高温状态的20Cr2Ni4A钢试样以50℃/s速率冷却到50℃,然后在感应炉中以60℃/s速率加热到900℃,保温6min,再以50℃/s速率冷却到50℃,分别重复上述操作3次、4次和5次。
(3)回火:将循环淬火结束的20Cr2Ni4A钢试样在540℃~600℃温度区间回火30min。
(4)冷却:将回火结束的20Cr2Ni4A钢试样冷却到室温。
借助线切割制备10mm×10mm的热处理试样,用不同型号的砂纸将样品逐级研磨至2000#,随后进行抛光和腐蚀;借助于光学金相显微镜对对20Cr2Ni4A钢经850℃/2h、850℃/2h+3道次循环淬火、850℃/2h+5道次循环淬火的试样进行微观表征,表征结果分别如表2所示。
表2
工艺参数 | 平均晶粒尺寸 |
850℃/2h | 13μm |
850℃/2h+3道次循环淬火 | 7.8μm |
850℃/2h+5道次循环淬火 | 4.6μm |
实施案例4
一种10mm厚20Cr2Ni4A钢的循环淬火细晶工艺,其循环淬火步骤包括:
(1)加热:在马弗炉中将20Cr2Ni4A钢加热至1050℃,保温1h。
(2)循环淬火:将高温状态的20Cr2Ni4A钢以70℃/s速率冷却到250℃,然后以80℃/s速率加热到950℃,保温6min,再以70℃/s速率冷却到250℃,重复上述操作3次和5次。
(3)将循环淬火结束的20Cr2Ni4A钢试样在400~450℃温度区间回火30min。
(4)冷却:将回火结束的20Cr2Ni4A钢试样冷却到室温。
借助线切割制备10mm×10mm的热处理试样,用不同型号的砂纸将样品逐级研磨至2000#,随后进行抛光和腐蚀;借助于光学金相显微镜对对20Cr2Ni4A钢经1050℃/1h、1050℃/1h+3道次循环淬火、1050℃/1h+5道次循环淬火的试样进行微观表征,表征结果如表3所示。
表3
工艺参数 | 平均晶粒尺寸 |
1050℃/1h | 13.1μm |
1050℃/1h+3道次循环淬火 | 8.6μm |
1050℃/1h+5道次循环淬火 | 6.2μm |
从图1~图3,表1~表3可以看出,循环淬火工艺能极大地细化20Cr2Ni4A钢平均晶粒尺寸。
采用ASTM-E8-E8M和GB/T 3075-2008标准检测实施例1~实施例3所得细晶化20Cr2Ni4A钢试样的疲劳寿命和力学性能如下表4:
表4
从表4可以看出,本发明可以而得到疲劳寿命长、综合力学性能良好的20Cr2Ni4A钢。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种20Cr2Ni4A钢循环淬火细晶工艺,其特征在于,包括如下步骤:
(1)加热:将20Cr2Ni4A钢从室温加热至850℃~1050℃,并在该温度区间内保温一定时间;
(2)循环淬火:将保温结束的20Cr2Ni4A钢快速冷却到-50℃~250℃,冷却速率在50℃/s以上;然后快速加热到850℃~950℃,加热速率在50℃/s以上;再快速冷却到-50℃~250℃,冷却速率在50℃/s以上;重复上述操作3~5次;
(3)回火:将完成循环淬火的20Cr2Ni4A钢在240℃~600℃温度区间回火30min~60min;
(4)冷却:将回火结束的20Cr2Ni4A钢冷却到室温。
2.根据权利要求1所述的一种20Cr2Ni4A钢循环淬火细晶工艺,其特征在于,20Cr2Ni4A钢的厚度h为0.5~20mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种20Cr2Ni4A钢循环淬火细晶工艺,其特征在于,在步骤(1)中,20Cr2Ni4A钢的保温时间(t, min)与试样厚度(h, mm)满足关系式1:t=(5~6)h。
4.根据权利要求1或2所述的一种20Cr2Ni4A钢循环淬火细晶工艺,其特征在于,在步骤(2)中,20Cr2Ni4A钢快速加热到850℃~950℃,保温一定时间后再快速冷却到-50℃~250℃。
5.根据权利要求4所述的一种20Cr2Ni4A钢循环淬火细晶工艺,其特征在于,在步骤(2)中的保温时间(t, min)与试样厚度(h, mm)满足关系式2:t=(0.5~1)h。
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CN101831531A (zh) * | 2010-04-29 | 2010-09-15 | 哈尔滨工程大学 | 一种高强度低合金船体钢的晶粒超细化热处理工艺 |
CN101831530A (zh) * | 2010-04-29 | 2010-09-15 | 哈尔滨工程大学 | 一种提高低合金高强钢综合力学性能的热处理工艺 |
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CN108441624A (zh) * | 2018-02-07 | 2018-08-24 | 常州大学 | 一种提高风电齿轮气体渗碳效率的激光冲击工艺 |
CN108893588B (zh) * | 2018-07-26 | 2019-10-25 | 青岛大学 | 一种提高钢中δ铁素体固溶速率的方法 |
CN110904312A (zh) * | 2019-12-09 | 2020-03-24 | 伊莱特能源装备股份有限公司 | 大型合金钢锻件的水冷淬火回火工艺 |
CN112375881A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-02-19 | 山东建筑大学 | 一种循环淬火+i-q&p处理生产中锰钢的方法及其应用 |
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