[发明专利]一种潜孔冲击器活塞的热处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种潜孔冲击器活塞的热处理工艺，特别是材质为20Cr₂Ni₄的活塞热处理工艺。

背景技术

潜孔冲击器的活塞长期处于较大冲击力的反复作用和接触疲劳状态下工作，因而活塞表面应有较高的硬度和耐磨性，芯部应有足够的强度和韧性，为此活塞的热处理工艺有严格的要求。

热处理技术是生产冲击器过程中最为关键的技术，现在市场上使用较广泛的一些冲击器寿命之所以不长，其根源就在于热处理技术不能过关。有的淬硬层太深，心部硬度过高，活塞不堪一击，有的淬硬层太薄，抗疲劳能力不够。因而寿命不稳定，平均使用寿命低。

对于冲击器而言，活塞的选材至关重要，活塞材料的优劣直接影响冲击器的寿命。本发明快速潜孔冲击器的活塞采用的材料是20Cr₂Ni_4.20Cr₂Ni₄镍基单晶高温合金是在高温及一定应力作用下，可长期工作的一类金属材料，由于具有良好的高温性能，良好的抗氧化和抗腐蚀性能，成为目前制造先进航空发动机活塞和燃气轮机叶片的首选材料之一。

由于单晶高温合金中没有晶界存在，其强化主要是靠γ基体的固溶强化和γ′相第二相强化来实现。γ′作为强化相，它的形状、尺寸、体积分数及分布等对单晶高温合金力学性能都有重要影响。而改变热处理工艺能不同程度地调整合金中γ′相的形态和分布，进而影响合金的力学性能。研究表明，20Cr₂Ni₄单晶高温合金的高温持久寿命随初始γ′沉淀尺寸的变化是先增后减，存在一个峰值。需要通过热处理工艺使20Cr₂Ni₄单晶高温合金的γ′沉淀尺寸达到最大，从而使20Cr₂Ni₄镍基单晶高温合金高温性能得到提高。

发明内容

为了解决上述弊端，本发明所要解决的技术问题是，提供一种对材质为20Cr₂Ni₄的活塞进行热处理的工艺。使活塞寿命延长，与国内其他同行产品相比钻孔深度能增加500-1000m。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种潜孔冲击器活塞的热处理工艺，依序包括如下步骤，

一、渗碳：将工件置入具有活性渗碳介质中，加热到900℃的单相奥氏体区，保温10小时后，使渗碳介质中分解出的活性碳原子渗入钢件表层，从而获得表层高碳，芯部仍保持原有成分。使渗过碳的工件表面获得很高的硬度，提高其耐磨程度。优选采用真空渗碳设备，对活塞进行渗碳强化处理，采用红外仪表测控碳势，以控制渗碳层的深度。

二、淬火：将工件加热到800℃，保温3小时后，放入油中急速冷却，以得到马氏体组织。

三、回火：将淬火后的工件在200℃的条件下回火2小时，得到回火马氏体，这样可以使钢件淬火残余内应力得到部分消除，韧度提高一些，并保持58-62HRC的硬度。

四、冰冻：将回火后冷却至室温的工件继续冷却到零下80℃。使相当一部分残余奥氏体转变为马氏体，剩下的未转变的少量残余奥氏体变得更加稳定。从而增加了工件的硬度和尺寸稳定性。

五、固溶处理：固溶温度1300℃，固溶时间4小时。

当固溶温度低于1295℃时，合金中可观察到残余共晶组织，1300℃时共晶组织基本溶净，1305℃时共晶完全溶净；固溶温度低于1290℃时严重偏析，枝晶花样仍比较清晰。经1295，1300℃和1305℃固溶后，合金组织偏析较轻。经1300℃/4小时处理的试样持久性能最好。

1295℃固溶处理后，合金还存在一定的枝晶偏析，而偏析的存在使合金不能充分发挥其潜力，因此固溶处理温度越高，合金元素分布越均匀，对合金的性能越有利。同时，在单晶高温合金中，除了偏析外，微观孔洞对合金的性能也有很大影响，因为微孔不仅能够减少试样的有效截面积，同时也会成为应力集中的位置，可能引起最终断裂。孔洞的形成有两种途径：第一种是凝固过程中补缩不充分而形成的；第二种是在固溶处理过程中，空位聚合形成。由于固溶温度不同，空位扩散的速率不同，导致由空位聚合形成的孔洞的数量也不同。因此在1305℃固溶后尽管偏析程度略有降低，但合金的持久性能并没有提高反而略有下降，其主要原因可能为在较高温度下，空位扩散聚合引起空洞较多的缘故。综上所述，合金经1300℃/4小时处理具有良好的综合性能，选1300℃/4小时为最佳固溶处理制度。

六、时效处理：一次时效温度为1100℃。