[发明专利]一种提高20CrMnMo钢强度的处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属的热处理领域，具体涉及一种提高20CrMnMo钢强度的处理方法。

背景技术

20CrMnMo钢用途广泛，对其力学性能的要求也越来越高，现有的20CrMnMo钢的处理方法为渗碳后淬火，然后低温回火，使得钢件表现出较高的强度、硬度和耐磨性，钢件淬火后，会保留一定量的残余奥氏体，残余奥氏体属于不稳定相，在后续的加工或服役过程中会转变为马氏体，影响工件的尺寸稳定性，同时因为奥氏体的不稳定易发生组织转变而导致的体积变化，造成金属碎裂，再者，还有许多物理性能特别是热性能和磁性下降。

现有技术中，一般通过冷处理(室温～—70℃)来减少残余奥氏体量，并提高硬度。深冷处理不仅能够达到冷处理的目的，而且还能够进一步降低残余奥氏体量，并有超细微的碳化物析出，能够显著提高20CrMnMo钢的力学性能。

涉及到20CrMnMo钢冷处理的工艺有两种，1、淬火+冷处理+低温回火处理，2、淬火+低温回火处理+深冷处理+低温回火处理。但是，目前的热处理工艺均有一定的局限性，工艺1只通过冷处理减少残余奥氏体。工艺2在淬火后先进行一次低温回火，减小材料的残余应力，再进行深冷处理，达到上述目的，但是对于20CrMnMo钢来说，淬火后的低温回火，产生残余奥氏体相对比较稳定，随后的深冷处理并不能显著减少残余奥氏体量，相应硬度的增量也很少，进行深冷处理的作用并不明显。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高20CrMnMo钢强度的处理方法，其能够有效提高20CrMnMo钢的强度、硬度和耐磨性，延长20CrMnMo钢的使用寿命。

本发明所述的提高20CrMnMo钢强度的处理方法，所述处理方法按照渗碳、淬火、低温深冷处理、低温回火的顺序进行，包含如下步骤：

步骤一，将已完成渗碳淬火并已冷却至室温的20CrMnMo钢工件放入可控温的低温设备中，钢工件之间设有一定间隙；

步骤二，打开低温设备的制冷系统，在—40±5℃预冷并保温2～30min，保温时间根据20CrMnMo钢工件的尺寸设定；

步骤三，将预冷后的20CrMnMo钢工件以5～20℃/min的速率降温至—230℃～—100℃，保温时间为6～48h；

步骤四，关闭低温设备的制冷系统，使得20CrMnMo钢工件自然升温，温度升至—45℃以上时，取出钢工件；

步骤五，待步骤四取出的20CrMnMo钢工件升至室温后进行低温回火处理，处理方法为将20CrMnMo钢工件加热至200±5℃，保温2～10h，空冷至室温。

进一步，步骤二所述的低温设备为箱式绝热容器。容器四周导热性差、绝热效果好，保证20CrMnMo钢工件温度的稳定性

进一步，步骤二所述的制冷系统采用冷却介质制冷或卡诺循环制冷，所述冷却介质为液氮、液氨或干冰。

进一步，步骤三所述的深冷处理的温度为—165℃，保温时间为24h。

进一步，步骤五所述的回火处理的温度为200℃，保温时间为4h。

所述的20CrMnMo钢中各组分的质量百分比为，C含量为0.17～0.23％，Si含量为0.17～0.37％，Mn含量为0.90～1.20％，Cr含量为1.10～1.40％，Ni含量为0.008～0.030％，Mo含量为0.20～0.30％，余量为Fe。

本发明的有益效果是：

1、将常规热处理与深冷处理方法结合，深冷处理前进行预冷，保证了20CrMnMo钢工件心部和表面温度一致，使得组织转变时间相同，避免产生裂纹，同时使得经渗碳淬火后的20CrMnMo钢工件中的板条马氏体得到均匀细化，并可降低其残余奥氏体含量，还有超细微的碳化物析出，进而提高了20CrMnMo钢的强度、硬度和耐磨性，提高了20CrMnMo钢加工成的零件的使用寿命。

2、只需进行一次深冷＋回火处理，简化工艺步骤。

3、操作简便，成本低廉，无三废排放和环境污染。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作详细说明。

实施例1，一种提高20CrMnMo钢强度的处理方法，其包含如下步骤：

步骤一，将已完成渗碳淬火并已冷却至室温的20CrMnMo钢工件放入可控温的低温设备中，20CrMnMo钢工件之间设有一定间隙；

步骤二，打开低温设备的制冷系统，在—40℃预冷并保温15min；

步骤三，将预冷后的20CrMnMo钢工件以10℃/min的速率降温至—100℃，保温时间为10h；