CN85106726A - 钢的中等磁场强度磁场热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
钢的中等磁场强度的磁场热处理工艺，采用脉冲频率为30周-300周、磁场强度为1500-85000安培/米的脉冲磁场。脉冲磁场热处理工艺可加速化学热处理过程，缩短钢的退火等温淬火和回火生产周期，取代高精密零件的冷处理工序。
Description
本发明属于钢的热处理工艺方法，特别是高速钢的热处理工艺。
通常高速钢的回火及钢的等温淬火。退火、冷处理和化学热处理工序存在着生产周期长、耗能高、生产效率低等较难克服的弊病。高精密零件的冷处理工序所需的制冷设备在工厂中使用起来很烦琐。通常，高速钢的回火一般需要3——4次每次不少于1个小时，如果淬火后不能及时回火，会发生奥氏体的热陈化稳定现象，为了达到充分地回火还要进一步增加回火次数和时间。钢的等温淬火、退火、冷处理、化学热处理也和钢的回火工序一样，同样存在着工时过长，耗能高的问题。
苏联1983年有一篇报运道，采用电磁场热处理可以显著加速钢中相变过程，从而使钢的组织细化并使钢的机械性能提高，可促进高速钢在热处理过程中碳化物更加弥散析出以及残余奥氏体的转变。苏联采用的是直流磁场，磁场强度高达1000千安培/米以上。如此高的强度目前还只是限于理论研究，未能在工业中应用，因此在工业中没有使用价值。
本发明目的就是要缩短钢的热处理工艺的生产周期，降低磁场强度使电磁场热处理具有工业实用价值。取消高精密零件的冷处理工序，解决热处理工艺过程耗能量高、生产效率低的问题。
发明是这样实现的：在套在热处理炉罐外或炉子外壁的线圈上接一脉冲发生器，产生频率为30周-300千周的脉冲以及中等磁场强度的脉冲磁场，采用的磁场强度为1500-85000安培/米。
本发明因只需在热处理炉罐外或炉子外壁加一个圈产生磁场，所以结构简单使用方便，而收到的效果可观。
经脉冲磁场热处理后的高精密零件可取消冷处理工序来促进合金钢中的残余奥氏体转变，减少内应力，提高零件的尺寸稳定性及质量和寿命。利用脉冲磁场进行化学热处理可使渗硼速度比常规速度提高26％，渗氮速度比常规渗氮速度提高。脉冲磁场热处理可以加速等温淬火的相变过程，大大缩短等温淬火的时间。脉冲磁场回火比常规回火生产周期缩短1倍以上。脉冲磁场退火和常规热处理后脉冲磁场冷处理其所用时间要比常规退火以及常规冷处理所需时间减少1倍，而且钢的特性也有所提高。同时经脉冲磁场热处理后的弹簧以及高强钢筋改善了“松驰”特性。钢的硬度以及红硬性、机械性能都有所提高。
以下将结合附图对发明做进一步的描述。
图1是常规回火和脉冲回火硬度曲线。
图2是常规回火和脉冲回火红硬性曲线。
图3是常规800℃回火、3×1小时、40000×碳化物分布及形态。
图4是脉冲磁场800℃回火、2×45分钟、40000×的碳化物分布及形态。
图5是常规560℃、3×1小时回火扫描电镜4000×
图6是脉冲电磁场560℃、2×45分钟回火扫描电镜4000×
图7是正常560℃、4×1小时、 500×断口。
图8是脉冲磁场560℃、2×45分钟、500×断口。
图9是正常等温淬火560℃回火、4×1小时、300×断口。
图10为脉冲磁场等温淬火560℃回火、2×45分钟、300×断口。
我们选用工业用W6Mo5Cr 4V2高速钢，加热装置选用高温盐浴炉或高温箱式炉在高温箱式炉加热时试样表面涂以高温防氧化脱碳涂料。高速钢的回火工艺在自制的外热式硝盐炉中进行。脉冲热处理炉子功率选用为4.5千瓦，脉冲磁场强度为1500-85000安培/米，脉冲频率为30周-800千周，硝盐成分为50％ NaNO3+50KNO3，淬火加热工艺按标准工艺选用1220℃×2.5-4分钟油冷或620℃分级冷却，然后560℃回火。冲击试样选用10×10×55mm无缺口试样，抗弯试样为10×10×120mm。所有机械性能数据均取三件以上的平均值。残余奥氏体测定采用x一线衍射仪并经电解分离碳化物相分析结果修正。
参照图1.W6Mo5Cr4V2钢经二次脉冲电磁场回火硬度曲线〔1〕在回火时间为45分钟时出现极大值，比常规回火热处理560℃、3×1小时的硬度曲线〔2〕的硬度提高了0.5HRc以上。脉冲电磁场大大加速了回火过程。
图2中〔1〕为2×45分钟脉冲磁场回火红硬性曲线，〔2〕为3×1小时常规回火、W6Mo5Cr4V2高速钢红硬性曲线。图中可见W6Mo5Cr4V2钢经脉冲磁场热处理后比常规处理的红硬性也提高了0.5-1HRC。这是由于脉冲电磁场促使碳化物的弥散析出。
对比不同处理工艺的金相组织见图3、图4、图5和图6。经脉冲电磁场2×45分钟回火的钢由金相照片可见碳化物分布显然比正常回火3×1小时的试样更加均匀和弥散，从电子显微镜形貌同样也可以看出经2×45分钟回火处理比3×1小时正常处理工艺的碳化物颗粒细小弥散，而且回火进行的更加充加充分。
W6Mo5Cr4V2钢在560℃、3×1小时正常回火时其残余奥化体量(％)小于2％。而在560℃、2×45分钟脉冲电磁场回火时其残余奥化体量也小于2％，可见脉冲电磁场可代替多次回火和高温长时间回火的作用，促使更多的残余奥氏体向马氏体转变。
脉冲磁场回火对W6Mo5Cr4V2钢机械性能的影响如下表：
| 热处理工艺、淬火温度1220℃、时间为2.5-4分钟 | 冲击韧性ak公斤米/厘米(无缺口) | 抗弯强度δbb公斤/厘米2 |
| 脉冲电磁场回火560℃、2×45分钟 | 3.9 | 339.8 |
| 6.5 | ||
| 正常回火560℃、4×1小时 | 3.1 | 300.5 |
| 6 |
由表可知W6Mo5Cr4V2钢经脉冲磁场2×45分钟回火后不但硬度、红硬性提高而且冲击韧性和抗弯强度均有不同程度的提高。
脉冲电磁场对W6055Cr4V2钢断口的影响见图7，图8。图中表明不同回火工艺最后获得的断口形态有明显的不同，我们先后对试样、冲击、抗弯试样断口进行了多次观察均与照片的情况类似。
经脉冲磁场回火处理的钢断口有大量的撕裂岭而常规回火处理工艺的断口是结晶状脆性断口。
脉冲磁场在等温淬火中应用。高速钢经脉冲磁场等温淬火处理的断口图10撕裂岭均比正常等温淬火图9的多而且深，并且时间可大大缩短。
脉冲电磁场在化学热处理中的应用。
脉冲磁场氮化与普通氮化对GCr15、45#和W6Mo5Cr4V2钢的影响对照如下：
GCr15钢正常渗硼与脉冲磁场渗硼对照
| 组别 | 材料及组织状态 | 温度 | 时间(小时) | 处理状态 | 渗层深度(u) | 磁场作用层深增加率 | ||
| 白亮层 | 扩散层 | 白亮层 | 扩散层 | |||||
| 1 | 6-5-4-2钢退火态 | 560℃570℃ | 4 | 正常 | 5 | 67.2 | 40％ | 17％ |
| 磁场 | 7 | 78.2 | ||||||
| 2 | 6-5-4-2钢退火态 | 560℃570℃ | 3 | 正常 | 3 | 78.4 | 200％ | 14％ |
| 磁场 | 9 | 89.6 | ||||||
| 3 | 6-5-4-2钢淬火态 | 560℃570℃ | 4 | 正常 | 10 | 67.2 | 30％ | 17％ |
| 磁场 | 13 | 78.4 | ||||||
| 4 | GCr15钢退火态 | 560℃570℃ | 4 | 正常 | 12 | 156 | 58％ | 29％ |
| 磁场 | 19 | 202 | ||||||
| 5 | 45#调质状态 | 560℃570℃ | 4 | 正常 | 10 | 240 | 40％ | 12％ |
| 磁场 | 14 | 270 | ||||||
| 6 | 38CrMoAL调质状态 | 560℃570℃ | 4 | 正常 | 7 | - | 86％ | |
| 磁场 | 13 | - | ||||||
| 组别 | 渗剂序号 | 处理工艺 | 温度 | 保温时间(小时) | 渗层组织 | 渗层深度(u) | 磁场作用效果(渗层增加％) | |
| 最大 | 平均 | |||||||
| 1 | 1 | 正常 | 750℃-760℃ | 4 | 低B相 | 22.4 | 22.4 | - |
| 磁场 | 低B相 | 22.4 | 22.4 | |||||
| 2 | 1 | 正常 | 810℃ | 4 | 双相(较少高B相) | 44.8 | 33 | 21％ |
| 磁场 | 双相(较多高B相) | 44.8 | 40 | |||||
| 3 | 1 | 正常 | 840℃ | 4 | 微量高B相 | 56 | 49.3 | 14％ |
| 磁场 | 较多高B组 | 60 | 56 | |||||
| 4 | 1 | 正常 | 840℃ | 3 | 单相低B相 | 45 | 40 | 13％ |
| 磁场 | 双相较厚高B相 | 49.3 | 45 | |||||
| 5 | 2 | 正常 | 840℃ | 4 | 单相低B相 | 56 | 42 | 7％ |
| 磁场 | 双相 | 58 | 45 | |||||
| 6 | 1 | 正常 | 860℃ | 4 | 单相低B相 | 60 | 56 | 8％ |
| 磁场 | 较多高B相 | 67.2 | 60.5 | |||||
| 7 | 1 | 正常 | 860℃ | 3 | 单相低B相 | 49.3 | 43 | 26％ |
| 磁场 | 双相微量FeB相 | 60.5 | 54 | |||||
Claims (3)
1.一种钢，特别是高速钢的磁场热处理工艺方法，其特征在于磁场是一个具有一定脉冲频率和一定中等磁场强度的脉冲磁场。其热处理工艺包括回火、退火、等温淬火、冷处理和化学热处理。
2.按照权利要求1所述的磁场热处理工艺，其特征在于所说的一定的脉冲频率为30周-300千周。
3.按照权利要求1，2所述的磁场热处理工艺，其特征在于所说的一定的中等磁场强度的脉冲磁场的磁场强度为1500-85000安培/米。
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| CN 85106726 CN85106726A (zh) | 1985-09-04 | 1985-09-04 | 钢的中等磁场强度磁场热处理工艺 |
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1985
- 1985-09-04 CN CN 85106726 patent/CN85106726A/zh active Pending
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