[發明專利]采用碳分配和回火提高淬火鋼件機械性能的熱處理方法

無效

• 申請號: 200710045886.1
• 申請日: 2007-09-13
• 公開（公告）號: CN101121955A
• 公開（公告）日: 2008-02-13
• 發明（設計）人: 徐祖耀;鐘寧;王曉東;李洪巖;金學軍;戎詠華
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C21D1/18
• 分類號: C21D1/18;C21D1/74;C21D11/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種熱處理技術領域的方法，具體是一種采用碳分配和回火提高淬火鋼件機械性能的熱處理方法。

背景技術

鋼的熱處理一直是鋼鐵生產過程中的一種重要工藝，通過熱處理可以改變鋼鐵的組織結構從而改變鋼鐵的性能。傳統的馬氏體鋼的熱處理工藝一般包括淬火和回火，即通過淬火(水淬或者油淬)獲得馬氏體，并通過后繼的回火處理改善其塑性。例如，經調質處理(淬火加高溫回火)后的組織是回火馬氏體和奧氏體分解的產物-滲碳體和鐵素體。經過調質處理的鋼具有比較高的強度和一定的塑性。但是調質鋼由于不含殘余奧氏體其塑性相對于先進高強度鋼而言，例如相變誘發塑性鋼(TRIP鋼)，和雙相鋼(DP鋼)還有很大差別。目前鋼鐵工業和汽車工業的發展需要具有高強度、同時又具較高的塑性的先進高強度鋼；組織中的殘余奧氏體在許多情況下是有益的，例如在齒輪和軸承中，適量的殘余奧氏體能夠增加接觸疲勞抗力，在比較厚的結構件中，殘余奧氏體有可能提高斷裂抗力。

經對現有技術的文獻檢索發現，J.Speer等在Acta?Materialia?51(國際材料學報)(2003)P2611-2622上發表的“Carbon?partitioning?into?austenite?aftermartensite?transformation”(奧氏體向馬氏體轉變后碳在馬氏體和奧氏體之間的分配)一文闡述了碳在馬氏體和殘余奧氏體之間分配的原理，通過碳的分配可以實現奧氏體富碳，但是該技術強調了在碳分配過程中抑制碳化物析出，而本發明提出在碳分配或隨后的回火工藝中使合適的碳化物析出以獲得高強度和塑性的先進結構鋼。在進一步檢索中，尚未發現與本發明主題相同或者類似的文獻報道。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供了一種采用碳分配和回火提高淬火鋼件機械性能的熱處理方法，使其增加工件的強度，相同成分的鋼經過本發明工藝處理韌性可以提高20％～40％。

本發明是通過以下技術方案實現的，包括以下步驟：

1)將工件置于有保護氣氛或者真空加熱爐中，然后加熱使之全部奧氏體化；

2)將工件初次淬入液體淬火介質中，根據淬火溫度的高低，將有部分奧氏體向馬氏體轉變；

3)將工件再次上淬至250-450℃的介質中，并在此溫度下保溫10-1800s，碳由馬氏體擴散至奧氏體中，使奧氏體富碳；

4)將工件淬至水中，則獲得馬氏體和殘余奧氏體混合組織；

5)對于經上淬至250-450℃的介質并做長時間(100-1800s)保溫處理的工件經水淬后可以直接作為結構件使用，此時馬氏體基體中已析出細小彌散的共格碳化物；而對于上淬至250-450℃的介質做短時間(10-100s)等溫處理的工件須進行低溫回火，回火溫度為150-250℃，回火時間100-1800s，這樣使馬氏體基體中析出更為細小彌散的共格碳化物。上述兩種工藝均可增加工件的強度，并可獲得良好的綜合力學性能。

本發明中，根據工件的成分選擇合適的初次淬火介質溫度，根據M_s和M_f溫度及公式Vm＝1-exp[a(Ms-T)]可以得到獲得馬氏體時的淬火溫度。式中，Vm是馬氏體轉變量，M_s、M_f分別是馬氏體轉變開始溫度和終結溫度，可以從手冊上查到，T在M_s和M_f之間；a是與材料有關的系數，通過熱膨脹儀測定，液體淬火介質的溫度T對應于Vm＝70％～90％的溫度。

所述的保護氣氛為氮氣或氬氣。

所述的液體淬火介質，是Sn-Bi、Pb-Sn、Pb-Bi液體、恒溫鹽浴(50％硝酸鉀+50％亞硝酸鈉)和恒溫水浴。

本發明在淬火后立即上淬至250-450℃的介質中，并在此溫度下保溫10-1800s，碳由馬氏體擴散至馬氏體之間的奧氏體中，使奧氏體富碳，從而可以穩定奧氏體，同時隨碳分配時間的增加，馬氏體基體中可析出細小彌散的共格碳化物，隨后淬至水中獲得具有析出碳化物馬氏體和殘余富碳奧氏體組織，以得到高硬度和高強度和良好的塑性相結合的鋼件。

本發明在分配溫度等溫并水淬后，對于保溫時間短(10-100s)的鋼件再經低溫回火處理，回火溫度150-250℃，回火時間100-1800s，使馬氏體基體中析出更為細小彌散的共格碳化物，從而產生彌散和沉淀強化，增加工件的強度。