[發明專利]一種改善高速鋼強韌性的熱處理工藝方法

有效

• 申請號: 201110329534.5
• 申請日: 2011-10-26
• 公開（公告）號: CN102392124A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 董立新;周友龍;劉力菱
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: C21D11/00
• 分類號: C21D11/00;C21D1/20;C21D1/32;C21D6/04
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 張澎

技術領域

本發明屬于高速鋼件熱處理工藝技術領域。

背景技術

高速鋼具有很高的硬度、紅硬性和耐磨性，現已大量應用于制造各種切削加工工具，除此之外，還被用于制造冷、熱作模具、軋輥、高溫軸承和具有較高硬度、高精度、耐熱和耐磨的特殊機械部件。在現代機械化大生產的背景下，高速鋼隨著科技發展和工業生產水平的提升，對工業的發展起到促進的作用。

在現有的技術中，高速鋼件常用的熱處理方法為退火預處理及淬火或等溫淬火+多次回火最終熱處理。

退火處理方法采用完全退火，退火溫度在A_c1點之上，使鋼的基體轉變為奧氏體。通過相變，可消除在冷或熱加工之后產生的晶體缺陷和應力，降低鋼的硬度，使鋼材具有合適的退火組織，為機械加工和淬火處理做好準備。在完全退火保溫后一般采用兩種冷卻方式：1)緩慢冷卻退火，以20～30℃/h的冷卻速度冷至550℃左右后進行爐冷，2)等溫處理退火，在退火等溫轉變曲線上奧氏體分解轉變為珠光體速度最快的溫度保溫，在奧氏體完全分解轉變之后進行爐冷。經完全退火之后的組織為索氏體基體和較均勻分布的細小粒狀碳化物的球化組織。處理后硬度為230～260HBS。

最終熱處理方法如下：

(1)淬火+回火熱處理工藝：1150～1300℃油淬時，再經520～600℃回火三次；

(2)等溫淬火+低溫回火熱處理工藝：1150～1300℃加熱，在下貝氏體轉變溫度等溫油淬，再經520～600℃回火三次.

其中，工藝(1)具有較高的硬度。采用工藝(2)，其硬度比工藝(1)的有所降低，但沖擊韌性可以得到一定的提高。以上兩種最終處理工藝方法在常規處理工藝下使該材料的強度和韌性不能兼得。不具有最佳綜合性能。

為了改善高速鋼材料性能，研究同時提高高速鋼的強度和韌性的熱處理工藝方法，有助于顯著提高高速鋼的綜合性能和使用壽命，開發高速鋼的使用潛力，這具有重大的實際價值和意義。

發明內容

鑒于現有技術的以上不足，本發明的目的研究一種改善高速鋼強韌性的熱處理工藝方法，使之具有更為良好的硬度、韌性和耐磨性能以及較長的使用壽命。

本發明的目的是通過如下手段實現的：

一種改善高速鋼強韌性的熱處理工藝方法，鋼件經退火預處理，在機械加工成型后再施以復合最終熱處理，其特征在于：預熱處理采用等溫球化退火；機械加工成型后的復合最終熱處理步驟為：加熱奧氏體化后等溫油淬，然后深冷處理至少24小時，再經二次循環520～600℃加熱分級淬火后深冷處理，最后在520～600℃保溫1-2小時回火。

本發明的方案采用了等溫球化退火預處理、等溫淬火、分級淬火和深冷處理相結合的新工藝，對高速鋼材料強韌性能有顯著的改變，較大地提高了該類材料的綜合性能，同時提高了高速鋼加工工具的使用性能和壽命。本方法將等溫、分級淬火工藝與深冷技術相結合，獲得一種最佳的提高其強韌性的新工藝。與常規淬火/等溫淬火+低溫回火的處理方法相比較，不僅在力學性能上得到較大提高，同時在紅硬性、耐磨性能和使用壽命上都得到了顯著提高。

具體實施方式：

一般情況下，等溫球化退火在鹽浴爐或真空爐或有保護措施的加熱爐中進行，工序為：加熱到950～1000℃保溫，保溫時間為工件的有效厚度或直徑乘以2～3min/mm，但不少于1小時；然后降至在退火等溫轉變曲線上奧氏體分解轉變為珠光體速度最快的溫度保溫3～5小時，最后爐冷至550℃出爐空冷；得到索氏體基體和較均勻分布的細小粒狀碳化物的球化組織。復合最終處理的等溫淬火為：850～900℃預熱后加熱到1150～1300℃奧氏體化，轉移至下貝氏體轉變溫度等溫1～1.5小時油淬，該處理均在鹽浴爐或真空爐或有保護措施(通保護氣或裝箱密封)加熱爐中進行。復合最終處理的深冷處理方法為：從室溫快速冷卻到-160～-190℃，保溫24小時或以上，然后取出放在室溫水中，待溫度回復到室溫；深冷處理采用液氮作為深冷介質，深冷方式為氣體法(又稱干式深冷法)，使工件與液氮不接觸。復合最終處理的二次循環520～600℃分級淬火+深冷處理為：在520～600℃保溫1小時油冷至室溫，然后從室溫快速在-160～-190℃深冷處理24小時后取出放在室溫水中，待溫度回復到室溫，該處理過程循環二次；其中520～600℃加熱在鹽浴爐或真空爐或有保護措施(通保護氣或裝箱密封)加熱爐中進行；深冷處理采用液氮作為深冷介質，深冷方式為氣體法，工件與液氮不接觸。復合所述最終處理的520～600℃回火為：在鹽浴爐或真空爐或有保護措施加熱爐中加熱到520～600℃，保溫1-2小時回火。