一种渗碳淬火工艺控制方法与流程

1.本发明涉及金属材料热处理加工制造技术领域，具体涉及一种渗碳淬火工艺控制方法。


背景技术：

2.钢制零部件经热处理渗碳淬火后，在渗碳面表层会形成一段从表面到芯部，硬度由高到低逐渐降低的有效渗碳硬化层深，渗碳淬火后一般渗碳面硬度在700hv左右，芯部硬度在350hv左右，而按gb/t9450-2005《钢件渗碳淬火硬化层深度的测定和校核》，渗碳淬火有效硬化层深度为从零件渗碳表面到维氏硬度值550hv1处的垂直距离。由于零部件尤其是大型薄壁类零件、齿圈类零件等易变形零件经渗碳淬火后均存在不同程度的变形，渗碳淬火后需要对渗碳面进行磨削等加工，而渗碳面的成品硬度一般要求为≥58hrc(即653hv1)，因此，为保证渗碳面经磨削等加工后的成品表面硬度合格，需要渗碳层具有一定的高硬度深度。因此，提高渗碳淬火后零件的有效硬化层深中的高硬度深度占比(渗碳层从表面到653hv1处的垂直距离占整个有效硬化层深度的比例)，可更好的保证对渗碳面经磨削等加工后零件的成品表面硬度合格，避免因磨削量过大，或渗碳层高硬度深度占比过小，造成成品表面硬度不满足设计要求而产生零件过早失效，降低了零件的使用寿命，甚至直接报废。
3.对于材料为17crnimo6(18crnimo7-6、17cr2ni2mo)的大中型渗碳淬火零件，现有控制技术主要步骤为：1、900℃-950℃渗碳；2、渗碳时一般采用两段法渗碳，强渗碳势1.15％
±
0.05％，扩散碳势0.73％
±
0.05％，强渗时间、扩散时间的比值一般为2-3：1；3、淬火一般采用820
±
10℃淬油或硝盐(硝盐含水量一般要求0.5％～1.0％；4、淬火后200
±
20℃进行低温回火处理。
4.现有技术的缺点和不足：采用现有技术进行渗碳淬火后，高硬度深度占比(渗碳层从表面到653hv1处的垂直距离占整个有效硬化层深度的比例)平均只有30％-40％左右，且硬化层硬度随深度下降较陡，而对于大型薄壁类零件、齿圈类零件等易变形零件，一般渗碳淬火后变形较大，磨削量较大，因此，磨削量大于高硬度深度的情况时有发生，造成零件磨削后成品表面硬度不满足设计要求的情况，降低零件了的使用寿命，甚至直接报废。


技术实现要素：

5.本发明的发明目的在于：针对现有技术中零件渗碳淬火后，高硬度深度占比较低，且硬化层硬度随深度下降较陡，导致零件磨削后成品表面硬度不满足设计要求的问题，提供一种渗碳淬火工艺控制方法。
6.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
7.一种渗碳淬火工艺控制方法，包括如下步骤：
8.s1：对零件进行渗碳处理，渗碳处理的温度为900℃～950℃，强渗期碳势为1.20％
±
0.05％，扩散期碳势为0.78％
±
0.05％，强渗时间与扩散时间的比值为1：2-3；
9.s2：对渗碳后零件进行淬火处理；
10.s3：对淬火后零件进行低温回火处理。
11.采用前述技术方案的本发明，通过在对零件渗碳处理时，提高强渗期碳势和扩散期碳势，在保证淬火后金相组织合格的前提下，有利于提高整个渗碳层的碳浓度，而高的碳浓度有利于提高淬火后的渗碳层硬度，从而提高高硬度深度占比；同时通过改变强渗时间与扩散时间的比值，相对缩短了高碳势的强渗时间，延长了低碳势的扩散时间，碳浓度随深度增加下降更加平缓，进而使得硬化层硬度下降更加平缓；并且，在提高强渗和扩散碳势的情况下，扩散时间相对更长会有利于降低碳化物级别，从而保证金相组织的合格，相比于现有技术中零件渗碳淬火后，高硬度深度占比较低，且硬化层硬度随深度下降较陡，导致零件磨削后成品表面硬度不满足设计要求的问题，本发明可提高渗碳淬火有效硬化层高硬度深度占比，且可使得硬化层硬度随深度增加下降更加平缓，确保渗碳淬火后的零件经磨削加工后，其成品表面硬度能够满足设计要求，保证零件足够的使用寿命。
12.进一步的，步骤s1中，所述强渗时间为30h
±
5h，所述扩散时间为60h
±
10h。
13.进一步的，步骤s1中，零件渗碳后随炉降温至800℃
±
10℃，之后出炉空冷至室温。
14.进一步的，步骤s2中，将零件升温至淬火温度820℃
±
10℃均温，然后淬170℃
±
10℃的硝盐；通过实验对比，同材料同炉同位置渗碳的试样，采用相同温度淬硝盐后的高硬度深度占比较淬油后平均高8％左右，因此淬硝盐更有利于高硬度深度占比的提高。
15.进一步的，步骤s2中，将零件在650℃
±
30℃高温回火后，再升温至所述淬火温度。
16.进一步的，所述硝盐的含水量为1％～1.5％；硝盐含水量由现有工艺要求的0.5％～1.0％提高至1％～1.5％，有利于提高硝盐浴的冷却速度，提高淬火后的渗碳层硬度，从而提高高硬度深度占比。
17.进一步的，步骤s3中，低温回火的温度为200℃
±
20℃，该温度下可充分消除应力。
18.进一步的，步骤s1中，所述零件的材料选自17crnimo6、18crnimo7-6或17cr2ni2mo。
19.本发明的有益效果为：对零件渗碳处理时，提高强渗期碳势和扩散期碳势，同时相对缩短了高碳势的强渗时间，延长了低碳势的扩散时间，使得可以在保证淬火后金相组织合格的前提下，提高渗碳淬火有效硬化层高硬度深度占比，且可使得硬化层硬度随深度增加下降更加平缓；同时，对渗碳后零件进行淬硝盐处理，并提高硝盐含水量，有利于提高硝盐浴的冷却速度，提高淬火后的渗碳层硬度，提高高硬度深度占比；从而确保渗碳淬火后的零件经磨削加工后，其成品表面硬度能够满足设计要求，保证零件足够的使用寿命。
具体实施方式
20.下面对本发明作详细的说明。
21.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
22.本发明实施例提供了一种渗碳淬火工艺控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
23.s1：对零件进行渗碳处理，渗碳处理的温度为900℃～950℃，强渗期碳势为1.20％
±
0.05％，扩散期碳势为0.78％
±
0.05％，强渗时间与扩散时间的比值为1：2-3；
24.具体的，零件的材料选自17crnimo6、18crnimo7-6或17cr2ni2mo；将零件升温到渗
碳温度900℃～950℃时的升温段根据零件结构可选择是否进行分段升温；渗碳时间根据硬化层深要求确定，本实施例中，选择强渗时间为30h
±
5h，扩散时间为60h
±
10h；零件渗碳后随炉降温至800℃
±
10℃，之后出炉空冷至室温。
25.s2：对渗碳后零件进行淬火处理；
26.具体的，步骤s2中，将零件升温至淬火温度820℃
±
10℃均温，然后淬170℃
±
10℃的硝盐；将零件在650℃
±
30℃高温回火后，再升温至该淬火温度；硝盐的含水量为1％～1.5％；
27.s3：对淬火后零件进行低温回火处理；
28.具体的，低温回火的温度为200℃
±
20℃；回火时间根据零件有效厚度确定。
29.经工艺实验和产品验证，通过上述步骤进行渗碳淬火得到的零件的有效硬化层深中高硬度深度占比(渗碳层从表面到653hv1处的垂直距离占整个有效硬化层深度的比例)平均可达55％-60％左右，相较现有技术中渗碳淬火工艺高硬度深度占比的30％-40％，提高了20％左右，并且硬化层硬度随深度增加下降得更加平缓。
30.除了17crnimo6、18crnimo7-6或17cr2ni2mo材料，其他材料如20crmnmo、20crmnti等也可参照此方法执行，仅需要对强渗碳势、扩散碳势、淬火温度根据不同材料进行相应调整即可。
31.采用前述技术方案的本发明，通过在对零件渗碳处理时，提高强渗期碳势和扩散期碳势，在保证淬火后金相组织合格的前提下，有利于提高整个渗碳层的碳浓度，而高的碳浓度有利于提高淬火后的渗碳层硬度，从而提高高硬度深度占比；同时通过改变强渗时间与扩散时间的比值，相对缩短了高碳势的强渗时间，延长了低碳势的扩散时间，碳浓度随深度增加下降更加平缓，进而使得硬化层硬度下降更加平缓；并且，在提高强渗和扩散碳势的情况下，扩散时间相对更长会有利于降低碳化物级别，从而保证金相组织的合格；同时，对渗碳后零件进行淬硝盐处理，并提高硝盐含水量，有利于提高硝盐浴的冷却速度，提高淬火后的渗碳层硬度，提高高硬度深度占比；相比于现有技术中零件渗碳淬火后，高硬度深度占比较低，且硬化层硬度随深度下降较陡，导致零件磨削后成品表面硬度不满足设计要求的问题，本发明可提高渗碳淬火有效硬化层高硬度深度占比，且可使得硬化层硬度随深度增加下降更加平缓，确保渗碳淬火后的零件经磨削加工后，其成品表面硬度能够满足设计要求，保证零件足够的使用寿命。
32.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种渗碳淬火工艺控制方法，其特征在于，包括如下步骤：s1：对零件进行渗碳处理，渗碳处理的温度为900℃～950℃，强渗期碳势为1.20％
±
0.05％，扩散期碳势为0.78％
±
0.05％，强渗时间与扩散时间的比值为1：2-3；s2：对渗碳后零件进行淬火处理；s3：对淬火后零件进行低温回火处理。2.根据权利要求1所述的渗碳淬火工艺控制方法，其特征在于，步骤s1中，所述强渗时间为30h
±
5h，所述扩散时间为60h
±
10h。3.根据权利要求1所述的渗碳淬火工艺控制方法，其特征在于，步骤s1中，零件渗碳后随炉降温至800℃
±
10℃，之后出炉空冷至室温。4.根据权利要求1所述的渗碳淬火工艺控制方法，其特征在于，步骤s2中，将零件升温至淬火温度820℃
±
10℃均温，然后淬170℃
±
10℃的硝盐。5.根据权利要求4所述的渗碳淬火工艺控制方法，其特征在于，步骤s2中，将零件在650℃
±
30℃高温回火后，再升温至所述淬火温度。6.根据权利要求4所述的渗碳淬火工艺控制方法，其特征在于，所述硝盐的含水量为1％～1.5％。7.根据权利要求1所述的渗碳淬火工艺控制方法，其特征在于，步骤s3中，低温回火的温度为200℃
±
20℃。8.根据权利要求1所述的渗碳淬火工艺控制方法，其特征在于，步骤s1中，所述零件的材料选自17crnimo6、18crnimo7-6或17cr2ni2mo。

技术总结
本发明涉及一种渗碳淬火工艺控制方法，通过在对零件渗碳处理时，提高强渗期碳势和扩散期碳势，同时相对缩短了高碳势的强渗时间，延长了低碳势的扩散时间，使得可以在保证淬火后金相组织合格的前提下，提高渗碳淬火有效硬化层高硬度深度占比，且可使得硬化层硬度随深度增加下降更加平缓；同时，对渗碳后零件进行淬硝盐处理，并提高硝盐含水量，有利于提高硝盐浴的冷却速度，提高淬火后的渗碳层硬度，提高高硬度深度占比；从而确保渗碳淬火后的零件经磨削加工后，其成品表面硬度能够满足设计要求，保证零件足够的使用寿命。保证零件足够的使用寿命。


技术研发人员：胡云权 胡丽 党军玲 韦宁霞 仲博颖 龙倩 宋天琰
受保护的技术使用者：重庆齿轮箱有限责任公司
技术研发日：2023.07.26
技术公布日：2023/9/14