高强度钢制薄壁件真空热处理工艺转让专利
申请号 : CN201110453524.2
文献号 : CN102560037B
文献日 : 2013-11-06
发明人 : 郭十奇 , 马金海 , 谢宏 , 杨有才 , 柯美武
申请人 : 豫西工业集团有限公司
摘要 :
本发明公开了一种高强度钢制薄壁件真空热处理工艺，该高强度钢制薄壁件真空热处理工艺包括真空淬火、真空回火。真空淬火是在1.33×10-4Pa～1.33×10-2Pa真空度，加热至650℃保温25分钟后，再加热至870℃～880℃保温30～35分钟，之后向炉内充入7～9bar高纯度氮气进行气压淬火，冷却至50℃～60℃；真空回火是在1～1.5bar高纯度氮气保护下，对流加热至回火温度保温1.5～2小时，之后向炉内充入3～4bar高纯度氮气进行气压冷却，冷至低温出炉。本发明的优点在于高强度钢制薄壁件真空热处理表面无氧化、无脱碳，尺寸精度高，硬度均匀，强度高，成本低。
权利要求 :
1.一种高强度钢制薄壁件真空热处理工艺，包括真空淬火、真空回火；其特征在于真-4 -2空淬火是在1.33×10 Pa～1.33×10 Pa 真空度，以12℃∕分钟加热至650℃保温25分钟后，再以15℃∕分钟加热至870℃～880℃保温30～35分钟，之后向炉内充入7～9bar高-4 -2纯度氮气进行气压淬火，冷却至50℃～60℃；真空回火是在1.33×10 Pa～1.33×10 Pa真空度，向炉内充入1～1.5bar高纯度氮气后，再以15℃∕分钟对流加热至回火温度保温
1.5～2小时，之后向炉内充入3～4bar高纯度氮气进行气压冷却，冷至50℃～60℃出炉。
说明书 :
高强度钢制薄壁件真空热处理工艺
技术领域
[0001] 本发明属于真空热处理领域，具体涉及一种高强度钢制薄壁件真空热处理工艺。
背景技术
[0002] 真空热处理（高压气淬）具有无氧化、无脱碳、脱脂、变形小、自动化高、光洁度好等优点，是热处理行业长期以来追求的一种金属热加工方式。真空热处理（高压气淬）已广泛应用于模具钢热处理，但很少应用在高强度结构钢热处理。
[0003] 目前国内在高强度结构钢热处理方面，特别是高强度钢制小件，主要还是依靠盐浴加热等温淬火热处理工艺，此工艺是利用箱式炉预热，盐浴加热保温，碱（硝盐）浴等温淬火，该工艺操作流程繁琐、人为因素多、劳动强度大、安全系数小、成本高、有氧化、光洁度差、尺寸精度不高。
发明内容
[0004] 为此，本发明的目的是提供一种高强度钢制薄壁件真空热处理工艺，该工艺能够提高高强度钢制薄壁件的硬度均匀性、强度和尺寸精度。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采取以下具体技术方案：
[0006] 一种高强度钢制薄壁件真空热处理工艺，包括真空淬火、真空回火；真空淬火是在-4 -21.33×10 Pa～1.33×10 Pa 真空度，以12℃∕分钟加热至650℃保温25分钟后，再以
15℃∕分钟加热至870℃～880℃保温30～35分钟，之后向炉内充入7～9bar高纯度氮气-4 -2
进行气压淬火，冷却至50℃～60℃；真空回火是在1.33×10 Pa～1.33×10 Pa 真空度，向炉内充入1～1.5bar高纯度氮气后，再以15℃∕分钟对流加热至回火温度保温1.5～2小时，之后向炉内充入3～4bar高纯度氮气进行气压冷却，冷至50℃～60℃出炉。
15℃∕分钟加热至870℃～880℃保温30～35分钟，之后向炉内充入7～9bar高纯度氮气-4 -2
进行气压淬火，冷却至50℃～60℃；真空回火是在1.33×10 Pa～1.33×10 Pa 真空度，向炉内充入1～1.5bar高纯度氮气后，再以15℃∕分钟对流加热至回火温度保温1.5～2小时，之后向炉内充入3～4bar高纯度氮气进行气压冷却，冷至50℃～60℃出炉。
[0007] 这种工艺得到的钢制薄壁件的抗拉强度在1550Mpa以上，断后伸长率在10％以上。在高强度结构钢制薄壁件热处理中，采用真空热处理（高压气淬）工艺，在高真空度中以一定的加热速度加热并保温，之后向炉内充入7bar以上高纯度N2进行气压淬火，然后在1bar左右高纯度N2的保护下进行对流加热并保温，最后向炉内充入3bar左右高纯度N2进行回火冷却，这种工艺不仅避免了盐浴加热等温淬火热处理工艺的缺点，而且抗拉强度和断后伸长率分别可达到1570Mpa和10％以上，提高了钢制薄壁件综合机械性能，采用上述技术方案的高强度钢制薄壁件真空热处理工艺方法，其特点是：
[0008] 1.加热温度高于现行等温淬火加热温度，从而能使高强度钢中铬、钼、钒、镍、锰、硅等元素充分溶入奥氏体中，因此固溶强化效果增加，体现为薄壁件硬度和硬度均匀性增加。
[0009] 2.真空淬火冷却介质采用高纯度氮气，淬火压力为7～9bar，其冷却速度接近于油淬速度，从而使高强度钢充分发生马氏体相变，因此相变强化效果增加，体现为薄壁件抗拉强度增加。
[0010] 3.薄壁件真空淬火加热过程中，真空度控制在1.33×10-4Pa～1.33×10-2Pa，加热速度控制在12℃∕分钟～15℃∕分钟，并在650℃保温25分钟进行预热，从而使薄壁件均匀加热、表面无脱碳、无氧化、脱气、脱脂，因此尺寸精度高，表面无污染。
[0011] 4.相比盐浴加热等温淬火工艺操作过程，真空热处理工艺操作过程自动化程度高，可避免人工冷却操作、清洗操作、淬火冷却时盐液溅出伤人现象，从而形成大批量生产和降低生产成本。
[0012] 综上所述，本发明工艺与现有技术相比，可增加高强度钢固溶强化效果和相变强化效果，从而增加薄壁件的硬度、硬度均匀性和抗拉强度，消除人工冷却操作和清洗操作，降低生产成本，提高生产生产效率。
附图说明
[0013] 下面结合附图与具体实施方式，对本发明作进一步详细说明。
[0014] 图1是本发明高强度钢制薄壁件真空热处理工艺曲线。
[0015] 图2是本发明高强度钢制薄壁件支承筒结构图。
[0016] 图3是本发明高强度钢制薄壁件挡板结构图。
具体实施方式
[0017] 一种高强度钢制薄壁件真空热处理工艺，包括真空淬火、真空回火；真空淬火是在-4 -21.33×10 Pa～1.33×10 Pa 真空度，以12℃∕分钟加热至650℃保温25分钟后，再以
15℃∕分钟加热至870℃～880℃保温30～35分钟，之后向炉内充入7～9bar高纯度氮气-4 -2
进行气压淬火，冷却至50℃～60℃；真空回火是在1.33×10 Pa～1.33×10 Pa 真空度，向炉内充入1～1.5bar高纯度氮气后，再以15℃∕分钟对流加热至回火温度保温1.5～2小时，之后向炉内充入3～4bar高纯度氮气进行气压冷却，冷至50℃～60℃出炉。
15℃∕分钟加热至870℃～880℃保温30～35分钟，之后向炉内充入7～9bar高纯度氮气-4 -2
进行气压淬火，冷却至50℃～60℃；真空回火是在1.33×10 Pa～1.33×10 Pa 真空度，向炉内充入1～1.5bar高纯度氮气后，再以15℃∕分钟对流加热至回火温度保温1.5～2小时，之后向炉内充入3～4bar高纯度氮气进行气压冷却，冷至50℃～60℃出炉。
[0018] 参看图1，其中横坐标是时间（分钟）坐标，纵坐标是温度（℃）坐标。高强度钢制-4 -2薄壁件真空淬火是在真空度1.33×10 Pa～1.33×10 Pa中，以12℃∕分钟加热至650℃保温25分钟后，再以15℃∕分钟加热至870℃～880℃保温30～35分钟，之后向炉内充-4
入7～9bar高纯度氮气进行气压淬火，冷却至50℃～60℃；真空回火是在1.33×10 Pa～-2
1.33×10 Pa 真空度，向内炉充入1～1.5bar高纯度氮气后，再以15℃∕分钟对流加热至回火温度保温1.5～2小时，之后向炉内充入3～4bar高纯度氮气进行气压冷却，冷至
50℃～60℃出炉。
入7～9bar高纯度氮气进行气压淬火，冷却至50℃～60℃；真空回火是在1.33×10 Pa～-2
1.33×10 Pa 真空度，向内炉充入1～1.5bar高纯度氮气后，再以15℃∕分钟对流加热至回火温度保温1.5～2小时，之后向炉内充入3～4bar高纯度氮气进行气压冷却，冷至
50℃～60℃出炉。
[0019] 当热处理高强度钢制薄壁件（支承筒，参看图2，材料35CrMnSiA）时，真空淬火是-4 -2在1.33×10 Pa～1.33×10 Pa 真空度，以12℃∕分钟加热至650℃保温25分钟后，再以
15℃∕分钟加热至870℃保温35分钟，之后向炉内充入8.5bar高纯度氮气进行气压淬火，-4 -2
冷却至60℃；真空回火是在1.33×10 Pa～1.33×10 Pa 真空度，向炉内充入1bar高纯度氮气后，再以15℃∕分钟对流加热至290℃～310℃保温2小时，之后向炉内充入3bar高纯度氮气进行气压冷却，冷至50℃～60℃出炉。
15℃∕分钟加热至870℃保温35分钟，之后向炉内充入8.5bar高纯度氮气进行气压淬火，-4 -2
冷却至60℃；真空回火是在1.33×10 Pa～1.33×10 Pa 真空度，向炉内充入1bar高纯度氮气后，再以15℃∕分钟对流加热至290℃～310℃保温2小时，之后向炉内充入3bar高纯度氮气进行气压冷却，冷至50℃～60℃出炉。
[0020] 当热处理高强度钢制薄壁件（挡板，见图3，材料45CrNiMo1VA）时，真空淬火是在-4 -21.33×10 Pa～1.33×10 Pa真空度，以12℃∕分钟加热至650℃保温25分钟后，再以
15℃∕分钟加热至880℃保温30分钟，之后向炉内充入8bar高纯度氮气进行气压淬火，冷-4 -2
却至60℃；真空回火是在1.33×10 Pa～1.33×10 Pa真空度，向炉内充入1bar高纯度氮气后，再以15℃∕分钟对流加热至490℃～510℃保温1.5小时，之后向炉内充入3bar高纯度氮气进行气压冷却，冷至50℃～60℃出炉。
15℃∕分钟加热至880℃保温30分钟，之后向炉内充入8bar高纯度氮气进行气压淬火，冷-4 -2
却至60℃；真空回火是在1.33×10 Pa～1.33×10 Pa真空度，向炉内充入1bar高纯度氮气后，再以15℃∕分钟对流加热至490℃～510℃保温1.5小时，之后向炉内充入3bar高纯度氮气进行气压冷却，冷至50℃～60℃出炉。
[0021] 实施例1：高强度钢制薄壁件：支承筒，见附图2，材料35CrMnSiA，使用航空洗涤汽-3油清洗干净，之后经晾干后进行真空热处理。真空淬火时，当真空度达到3.51×10 Pa后，以12℃∕分钟加热至650℃保温25分钟后，再以15℃∕分钟加热至870℃保温35分钟，之后向炉内充入8.5bar高纯度氮气进行气压淬火，冷却至60℃，然后直接进行真空回火；真-3
空回火时，当真空度达到3.32×10 Pa 后，向炉内充入1bar高纯度氮气，再以15℃∕分钟对流加热至290℃～310℃保温2小时，之后向炉内充入3bar高纯度氮气进行气压冷却，冷至50℃～60℃出炉。出炉薄壁件经涂油防锈后进行硬度、尺寸检测，并对随炉试样进行拉伸试验。
空回火时，当真空度达到3.32×10 Pa 后，向炉内充入1bar高纯度氮气，再以15℃∕分钟对流加热至290℃～310℃保温2小时，之后向炉内充入3bar高纯度氮气进行气压冷却，冷至50℃～60℃出炉。出炉薄壁件经涂油防锈后进行硬度、尺寸检测，并对随炉试样进行拉伸试验。
[0022] 实施例2：高强度钢制薄壁件：挡板，见附图3，材料45CrNiMo1VA，真空淬火时，当-3真空度达到4.51×10 Pa后，以12℃∕分钟加热至650℃保温25分钟后，再以15℃∕分钟加热至880℃保温30分钟，之后向炉内充入8bar高纯度氮气进行气压淬火，冷却至60℃，-3
然后直接进行真空回火；真空回火时，当真空度达到4.32×10 Pa 后，向炉内充入1bar高纯度氮气后，再以15℃∕分钟对流加热至490℃～510℃保温1.5小时，之后向炉内充入
3bar高纯度氮气进行气压冷却，冷至50℃～60℃出炉。出炉薄壁件经涂油防锈后进行硬度、尺寸检测，并对随炉试样进行拉伸试验。
然后直接进行真空回火；真空回火时，当真空度达到4.32×10 Pa 后，向炉内充入1bar高纯度氮气后，再以15℃∕分钟对流加热至490℃～510℃保温1.5小时，之后向炉内充入
3bar高纯度氮气进行气压冷却，冷至50℃～60℃出炉。出炉薄壁件经涂油防锈后进行硬度、尺寸检测，并对随炉试样进行拉伸试验。
[0023] 下表列出了上述实施例的材质、规格、装炉量及真空热处理工艺参数表。
[0024] 表1 实施例的材质、规格、装炉量及真空热处理工艺参数
[0025]
[0026] 下表列出了上述实施例的理化性能检验结果数据表。
[0027] 表2 实施例的硬度检测结果数据统计表
[0028]
[0029] 表3 实施例的真空热处理前后尺寸变形检测结果数据统计表
[0030]
[0031] 表3 实施例的拉伸试验结果数据统计表
[0032]
[0033] 综上所述，本发明改进了现有工艺的不足，大大提高了高强度钢制薄壁件的硬度均匀性、尺寸精度和综合机械性能。