[发明专利]采用碳分配和回火提高淬火钢件机械性能的热处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种热处理技术领域的方法，具体是一种采用碳分配和回火提高淬火钢件机械性能的热处理方法。

背景技术

钢的热处理一直是钢铁生产过程中的一种重要工艺，通过热处理可以改变钢铁的组织结构从而改变钢铁的性能。传统的马氏体钢的热处理工艺一般包括淬火和回火，即通过淬火(水淬或者油淬)获得马氏体，并通过后继的回火处理改善其塑性。例如，经调质处理(淬火加高温回火)后的组织是回火马氏体和奥氏体分解的产物-渗碳体和铁素体。经过调质处理的钢具有比较高的强度和一定的塑性。但是调质钢由于不含残余奥氏体其塑性相对于先进高强度钢而言，例如相变诱发塑性钢(TRIP钢)，和双相钢(DP钢)还有很大差别。目前钢铁工业和汽车工业的发展需要具有高强度、同时又具较高的塑性的先进高强度钢；组织中的残余奥氏体在许多情况下是有益的，例如在齿轮和轴承中，适量的残余奥氏体能够增加接触疲劳抗力，在比较厚的结构件中，残余奥氏体有可能提高断裂抗力。

经对现有技术的文献检索发现，J.Speer等在Acta Materialia 51(国际材料学报)(2003)P2611-2622上发表的“Carbon partitioning into austenite aftermartensite transformation”(奥氏体向马氏体转变后碳在马氏体和奥氏体之间的分配)一文阐述了碳在马氏体和残余奥氏体之间分配的原理，通过碳的分配可以实现奥氏体富碳，但是该技术强调了在碳分配过程中抑制碳化物析出，而本发明提出在碳分配或随后的回火工艺中使合适的碳化物析出以获得高强度和塑性的先进结构钢。在进一步检索中，尚未发现与本发明主题相同或者类似的文献报道。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种采用碳分配和回火提高淬火钢件机械性能的热处理方法，使其增加工件的强度，相同成分的钢经过本发明工艺处理韧性可以提高20％～40％。

本发明是通过以下技术方案实现的，包括以下步骤：

1)将工件置于有保护气氛或者真空加热炉中，然后加热使之全部奥氏体化；

2)将工件初次淬入液体淬火介质中，根据淬火温度的高低，将有部分奥氏体向马氏体转变；

3)将工件再次上淬至250-450℃的介质中，并在此温度下保温10-1800s，碳由马氏体扩散至奥氏体中，使奥氏体富碳；

4)将工件淬至水中，则获得马氏体和残余奥氏体混合组织；

5)对于经上淬至250-450℃的介质并做长时间(100-1800s)保温处理的工件经水淬后可以直接作为结构件使用，此时马氏体基体中已析出细小弥散的共格碳化物；而对于上淬至250-450℃的介质做短时间(10-100s)等温处理的工件须进行低温回火，回火温度为150-250℃，回火时间100-1800s，这样使马氏体基体中析出更为细小弥散的共格碳化物。上述两种工艺均可增加工件的强度，并可获得良好的综合力学性能。

本发明中，根据工件的成分选择合适的初次淬火介质温度，根据M_s和M_f温度及公式Vm＝1-exp[a(Ms-T)]可以得到获得马氏体时的淬火温度。式中，Vm是马氏体转变量，M_s、M_f分别是马氏体转变开始温度和终结温度，可以从手册上查到，T在M_s和M_f之间；a是与材料有关的系数，通过热膨胀仪测定，液体淬火介质的温度T对应于Vm＝70％～90％的温度。

所述的保护气氛为氮气或氩气。

所述的液体淬火介质，是Sn-Bi、Pb-Sn、Pb-Bi液体、恒温盐浴(50％硝酸钾+50％亚硝酸钠)和恒温水浴。

本发明在淬火后立即上淬至250-450℃的介质中，并在此温度下保温10-1800s，碳由马氏体扩散至马氏体之间的奥氏体中，使奥氏体富碳，从而可以稳定奥氏体，同时随碳分配时间的增加，马氏体基体中可析出细小弥散的共格碳化物，随后淬至水中获得具有析出碳化物马氏体和残余富碳奥氏体组织，以得到高硬度和高强度和良好的塑性相结合的钢件。

本发明在分配温度等温并水淬后，对于保温时间短(10-100s)的钢件再经低温回火处理，回火温度150-250℃，回火时间100-1800s，使马氏体基体中析出更为细小弥散的共格碳化物，从而产生弥散和沉淀强化，增加工件的强度。