一种提高20MnCr5+HH钢末端淬透性硬度的热处理工艺的制作方法

　　

　　本发明属于金属热处理技术领域；尤其涉及一种提高20mncr5+hh钢末端淬透性硬度的热处理工艺。

　　背景技术：

　　20mncr5+hh钢是渗碳件、截面较大、负荷较高的调质件用钢，具有高的变形强度，耐磨性和淬透性都较好，具有一定的韧性，常用于制造齿轮、轴类、蜗杆、套筒、摩擦轮等。

　　淬透性是齿轮钢的重要特性，钢材淬透性的稳定与否对钢件热处理后变形影响很大。钢材淬透性差，导致心部硬度偏低，齿轮寿命下降。

　　目前，20mncr5+hh钢普遍采用的热处理工艺为：原始材料→正火→机加工φ25mm末端标准毛坯试样→端淬试验。

　　由于受到原始材料元素偏析的影响，正火处理后由于毛坯试样小，空冷时冷却速度快，易形成贝氏体等非平衡组织，预备组织不理想。造成钢材的晶粒度细化效果不明显，内部组织均匀性差，珠光体团大小不一。所以20mncr5+hh钢经上述普遍采用的热处理工艺后，末端淬透性硬度值都偏低，无法满足要求。

　　通常情况下，提高20mncr5+hh钢末端淬透性普遍采用的办法是提高20mncr5+hh钢中mn、cr、mo等元素的含量。这在一定程度上增加了20mncr5+hh钢的生产成本。

　　技术实现要素：

　　本发明的目的是提供了一种在不调整钢材化学成分的情况下，可以提高20mncr5+hh钢末端淬透性硬度的热处理工艺。

　　本发明是通过以下技术方案实现的：

　　本发明涉及一种提高20mncr5+hh钢末端淬透性硬度的热处理工艺，包括以下几个步骤：

　　步骤1：机加工热处理毛坯试样，将原钢材机械加工成热处理毛坯试样，该热处理毛坯试样φ30-32mm；

　　步骤2：等温球化退火处理，将热处理毛坯试样，升温至710±10℃，到温后保温5h，然后随炉冷却至650±5℃、再保温2h，最后出炉空冷。

　　步骤3：将等温球化退火处理后的试样机械加工成φ25mm的末端标准毛坯试样；

　　步骤4：对φ25mm的末端标准毛坯试样进行端淬试验；

　　步骤5：经端淬试验后的试样磨制检验面，采用全自动端淬硬度试验机测定硬度数据。

　　本发明所涉及的20mncr5+hh钢的化学成分，包括以下质量百分比的各组分：c:0.15-0.20％，si:≤0.30％，mn:1.10-1.40％，cr:1.00-1.30％，mo:≤0.05％，al:0.020-0.050％，p：≤0.025％，s：0.015-0.025％。

　　本发明所涉及的主要设备及测量条件如下：

　　(1)主要设备

　　箱式电阻炉，型号rjx-8-13，苏州新工机电厂；

　　端淬试验机，型号eqm-3000-5，耐特检测技术有限公司；

　　全自动端淬硬度试验机，型号at350dr-tm，恩斯特公司；

　　(2)试样制取

　　在钢材端面钻取长度为125mm和直径30mm的毛坯试样，此毛坯试样经正火和球化退火处理后，再车削成直径25mm的试样进行淬火处理。

　　(3)热处理工艺

　　正火工艺：将热处理毛坯试样，升温至920℃，到温后保温1h，然后出炉空冷。

　　球化退火工艺：将热处理毛坯试样，升温至710±10℃，到温后保温5h，然后随炉冷却至650±5℃、再保温2h，最后出炉空冷。

　　(4)硬度检验

　　采用恩斯特公司的at350dr-tm全自动端淬硬度试验机，选择端面距离硬度检测。

　　本发明具有以下优点：

　　(1)本发明工艺方法通过等温退火处理，金相组织珠光体球化率90％以上，提高试样组织均匀性，碳化物细小弥散均匀分布，为端淬试验创造良好的预备组织。同时晶粒度等级从7.5级上升至8.5级，细化毛坯晶粒度。使20mncr5+hh钢的末端淬透性硬度能进一步提高。

　　(2)本发明工艺使得20mncr5+hh钢j7、j10末端淬透性硬度值提高3-5hrc，提高齿轮心部硬度，增加疲劳寿命，延长齿轮使用周期。

　　(3)本发明工艺在不调整钢材化学成分的情况下，未增加20mncr5+hh钢冶炼生产成本，在节能、降本方面具有优势。

　　附图说明

　　图1是等温退火处理的工艺曲线图；

　　图2是不同热处理下的末端淬透性硬度曲线图；

　　图3是球化退火金相组织图；

　　图4是正火金相组织图。

　　具体实施方式

　　下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。应当指出的是，以下的实施实例只是对本发明的进一步说明，但本发明的保护范围并不限于以下实施例。

　　以下实施例中所涉及的20mncr5+hh钢的化学成分，包括以下质量百分比的各组分：c:0.15-0.20％，si:≤0.30％，mn:1.10-1.40％，cr:1.00-1.30％，mo:≤0.05％，al:0.020-0.050％，p：≤0.025％，s：0.015-0.025％。

　　本发明实施例所涉及的主要设备及测量条件如下：

　　(1)主要设备

　　箱式电阻炉，型号rjx-8-13，苏州新工机电厂

　　端淬试验机，型号eqm-3000-5，耐特检测技术有限公司

　　全自动端淬硬度试验机，型号at350dr-tm，恩斯特公司

　　(2)试样制取

　　在钢材端面钻取长度为125mm和直径30mm的毛坯试样，此毛坯试样经正火和球化退火处理后，再车削成直径25mm的试样进行淬火处理。

　　(3)热处理工艺

　　正火工艺：将热处理毛坯试样，升温至920℃，到温后保温1h，然后出炉空冷。

　　球化退火工艺：将热处理毛坯试样，升温至710±10℃，到温后保温5h，然后随炉冷却至650±5℃、再保温2h，最后出炉空冷。

　　(4)硬度检验

　　采用恩斯特公司的at350dr-tm全自动端淬硬度试验机，选择端面距离硬度检测。

　　取原始钢材料取6个样品，3个样品用于实施例1中，3个样品用于实施例2中。

　　实施例1

　　本实施例涉及一种提高20mncr5+hh钢末端淬透性硬度的热处理工艺，所述方法包括如下步骤：

　　步骤1：机加工热处理毛坯试样，将原钢材机械加工成热处理毛坯试样，该热处理毛坯试样φ30mm；

　　步骤2：正火处理见图4所示正火金相组织图，将热处理毛坯试样，升温至920℃，到温后保温1h，然后出炉空冷；

　　步骤3：将正火处理后的试样机械加工成φ25mm的末端标准毛坯试样；

　　步骤4：对φ25mm的末端标准毛坯试样进行端淬试验；

　　步骤5：经端淬试验后的试样磨制检验面，采用全自动端淬硬度试验机测定硬度数据。

　　实施例2

　　步骤1：在不调整钢材化学成分的情况下，机加工热处理毛坯试样，将原钢材机械加工成热处理毛坯试样，该热处理毛坯试样尺寸为φ30mm；

　　步骤2：等温球化退火处理如图1和图3所示，将热处理毛坯试样随炉升温至710℃，到温后保温5h，然后随炉冷却至650℃、再保温2h，最后出炉空冷；

　　步骤3：将等温球化退火处理后的试样机械加工成φ25mm的末端标准毛坯试样，可见图2不同热处理下的末端淬透性硬度曲线图；

　　步骤4：对φ25mm的末端标准毛坯试样进行端淬试验；

　　步骤5：经端淬试验后的试样磨制检验面，采用全自动端淬硬度试验机测定硬度数据。

　　原始钢材经过实施例1、实施例2的热处理后，末端硬度值对比数值见表1所示：

　　表1

　　本发明与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明工艺方法通过等温退火处理，金相组织珠光体球化率90％以上，提高试样组织均匀性，碳化物细小弥散均匀分布，为端淬试验创造良好的预备组织。同时晶粒度等级从7.5级上升至8.5级，细化毛坯晶粒度。使20mncr5+hh钢的末端淬透性硬度能进一步提高。本发明工艺使得20mncr5+hh钢j7、j10末端淬透性硬度值提高3-5hrc，提高齿轮心部硬度，增加疲劳寿命，延长齿轮使用周期。本发明工艺在不调整钢材化学成分的情况下，未增加20mncr5+hh钢冶炼生产成本，在节能、降本方面具有优势。