[发明专利]一种提高20CrNiMo合金钢冲击功的热处理工艺

说明书

技术领域

本发明属于机械材料热处理技术领域，具体涉及一种提高20CrNiMo合金钢冲击功的热处理工艺。

背景技术

20CrNiMo合金钢，是中国国家标准《GB/T 3077-1999》规定的一种合金结构钢的牌号，统一数字代号：A50202。

国标中指出，20CrNiMo合金钢的热处理工艺具体如下：锻造温度1177℃～1232℃；正火温度：899℃～954℃；硬度：187HBW；渗碳温度：899℃～927℃；淬火温度：850℃，冷却剂：油；回火温度：200℃，冷却剂：空气。获得的机械性能如下：冲击功Akv：≥47J；冲击韧性值αkv：≥59J/cm²。

由于20CrNiMo合金钢的淬透性较高，无回火脆性，焊接性相当好，形成冷裂的倾向很小，可切削性及冷应变塑性良好。一般在调质或渗碳淬火状态下使用，常用于制造中小型汽车、拖拉机的发动机和传动系统中的齿轮，如汽轮机的齿轮整转子内燃机连杆汽门截面锻件。亦可代替12CrNi3钢制造要求心部性能较高的渗碳件、氰化件，如石油钻探和冶金露天矿用的牙轮钻头的牙爪和牙轮体。

经过长期对国内机械行业进行深入调研、跟踪，以及对各类国家标准、规范手册的研究学习，发现目前普遍采用的热处理工艺为：930℃渗碳，渗碳层深度1.8mm～2.2mm，860℃油淬，200℃回火。但是在实际的生产使用过程中发现，经渗碳淬火处理后的20CrNiMo合金钢作为重要零部件使用时，却因其心部韧性较差而经常出现断裂现象，冲击功Aku较低，通常只有60J左右，严重影响产品使用，并且对市场造成很恶劣的影响。

由于20CrNiMo合金钢材料中含有少量Mo元素，提高了材料的抗回火性能；又因Mn含量较高，使奥氏体等温转变曲线的上部往右移，使过冷奥氏体更加稳定，从而使其淬透性很好；尤其是在同等抗拉强度和屈服强度的条件下，该材料的碳当量Cev只有0.6，具有良好的焊接性能，是其他钢都无法比及的，并且在获得同等机械性能及焊接性能的前提下，该材料的经济性能也是很优异的。整体评价，20CrNiMo合金钢综合性能较好，唯独冲击功较低。

因此，亟需研发一种提高20CrNiMo合金钢冲击功的热处理工艺，使20CrNiMo合金钢获得良好的冲击功，最终使得合金钢材料的整体机械性能大大提高，发挥更好的适用性能，拥有更广泛的使用范围。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种提高20CrNiMo合金钢冲击功的热处理工艺。本发明通过改善20CrNiMo合金钢的热处理工艺，解决因冲击功较低而导致20CrNiMo合金钢的其他良好性能无法充分发挥作用的问题，使该材料的适用性能更好，使用范围更广。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种提高20CrNiMo合金钢冲击功的热处理工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：

步骤一、渗碳：将20CrNiMo合金钢在温度为930℃的条件下进行渗碳处理，直至渗碳层的深度为1.4mm～1.7mm为止；

步骤二、一次淬火：将步骤一中渗碳后的20CrNiMo合金钢降温至870℃～890℃，在碳势为0.8％～0.9％的条件下保温2.5h后油淬；

步骤三、一次回火：将步骤二中一次淬火后的20CrNiMo合金钢升温至590℃～610℃，保温3h后空冷；

步骤四、二次淬火：将步骤三中一次回火后的20CrNiMo合金钢升温至830℃～850℃，在碳势为0.8％～0.9％的条件下保温3h后油淬；

步骤五、二次回火：将步骤四中二次淬火后的20CrNiMo合金钢升温至190℃～210℃，保温4h后空冷。

上述的一种提高20CrNiMo合金钢冲击功的热处理工艺，其特征在于，步骤一中所述20CrNiMo合金钢为经电渣重熔处理后的合金钢。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明在完全不影响20CrNiMo合金钢其他力学性能的原则下，现经过对传统热处理的各个环节进行缜密分析，反复论证、试验，通过在不同温度、时间、介质环境下对金相组织进行改变，然后对得到的不同状态的试样进行测试、对比、优化，使其在热处理的每一个环节都能获得较好的组织性能，从而获得最终良好的性能。