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16MnCr5多用炉渗碳热处理工艺的确定

文章出处:青岛丰东热处理责任编辑:热处理设备小许查看手机网址
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人气:-发表时间:2016-03-22 09:00【

某16MnCr5零件,厚4mm,渗碳淬火后表面硬度要求大于700HV3, 但在实际生产过程中,热处理表面硬度低于700 HV3。如何合理选配渗碳温度、渗碳碳势、淬火温度、淬火碳势,通过改善热处理后表面残余奥氏体的量来达到要求。

1 实验材料及原热处理工艺

实验材料的化学成分见表1。

实验材料化学成分表

要求渗碳淬火后表面硬度>700HV3,表面组织只允许存在10%的残余奥氏体。

热处理设备为中日合资盐城丰东公司的BBH-600 预抽真空多用炉;淬火用油为上海好富顿HQG 油; 热处理气氛为滴注式气氛, 渗碳温度880℃,碳势:1.15%直接淬火。经此工艺处理后,表面硬度660~690HV3,表面组织中存在约20%的残余奥氏体。

2 原因分析及实验验证

2.1 表面组织的验证

热处理后表面硬度低,通过PFMER 分析,可能原因是热处理后表面残余奥氏体多。经检测金相组织,表面存在约20%的残余奥氏体,如图1所示为验证热处理后表面组织残余奥氏体的真实性通过冷处理和高温回火处理来验证冷处理使残余奥氏体在0以下转变为马氏体零件渗碳后680左右进行长时间的高温回火使奥氏体分解为珠光体然后再低温(750780)淬火

热处理后表面金相组织

2.1.1 深冷处理

先进行深冷处理,在-180℃保温120 min;然后在多用炉中进行低温(200℃)保温120min 回火。热处理后重新检测硬度和金相组织,硬度在770HV3以上,表面组织中不存在残余奥氏体。

2.1.2 高温回火处理

先用井式炉进行退火,650℃保温120 min 后随炉降温,降到250℃左右出炉空冷;然后在多用炉中于780℃保温90min 后直接油冷。热处理后重新检测硬度和金相组织,硬度在730HV3 以上,表面组织不存在残余奥氏体。根据以上分析得, 由于表面组织存在过量的残留奥氏体,引起零件表面硬度低。

2.2 残余奥氏体过量的原因分析

引起残留奥氏体过量的主要原因有: ①钢中合金元素过多。如Cr、Mn 等元素溶入奥氏体中,提高了奥氏体的稳定性,使淬火后残留奥氏体量增多。②渗层碳的质量分数过高。渗碳气体碳势过高和渗碳温度偏高,使溶入奥氏体中的碳量增加,使淬火后残留奥氏体量增多。由于原材料的化学成分不可改变, 只能通过合理选择渗碳温度、淬火温度、炉内碳势来改变表面组织, 降低残留奥氏体量,使表面硬度达到技术要求。

2.3 热处理工艺试验

2.3.1 渗碳温度及淬火温度的选择:

经查手册知:淬火Ⅰ(心部):(850~880)℃,淬火Ⅱ(表层):(810~840)℃油冷; 所以选择在840~860℃做热处理工艺试验。

2.3.2 渗碳碳势及淬火碳势的选择热处理后零件表面含碳量在0.7%时硬度最高, 考虑到炉气碳势要高出零件表面含碳量0.2%~0.4%[5]。通过DOE 试验最终确定,渗碳温度860℃,碳势1.0%;淬火温度840℃,碳势0.6%。热处理后检测表面硬度和金相组织。结果表面硬度>700HV3,表面组织存在约5%的残余奥氏体,满足产品技术要求。

3 结语

(1) 零件热处理表面硬度不合格时, 要充分利用金相学分析组织, 并通过实际试验来验证组织判断的合理性。

(2) 合理选择渗碳热处理工艺参数, 确保金相组织符合技术要求,从而使硬度指标合格。

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