[发明专利]一种渗碳工件及其制备方法

说明书

本发明提供了一种渗碳工件，所述渗碳工件的渗碳层由表面向里，碳浓度先升高后降低，且表面碳浓度不低于0.46％，最高碳浓度为0.58％～0.68％，达到最高碳浓度的渗碳深度为渗碳层总深度的15％～50％。与现有技术相比，本发明通过控制渗碳层碳浓度的变化曲线，同时通过降低外表层碳浓度的方式，有效的控制住了最表层残余奥氏体的量，又降低了最表层的硬度，加速了渗碳工件花键与卡钎套花键的磨合程度，减少了渗碳层在高频摩擦下的热裂现象，从而能够有效的减少渗碳工件花键断体的几率，能够大大的延长渗碳工件的使用寿命，在高频高载潜孔钻头凿岩领域具有广泛的应用。

技术领域

本发明属于材料与工件制备技术领域，尤其涉及一种渗碳工件及其制备方法。

背景技术

随着空压机与凿岩设备技术的提升，钻机输出风压越来越高，导致钻头凿岩频率和冲击作用力越来越高，钻头花键断体的几率也越来越大。

经失效研究表明渗碳钻头花键断体的裂纹源为钻头花键与卡钎套花键之间因摩擦生热而产生的二次淬硬而导致的热裂。钻头花键渗碳层浓度越高，组织中残余奥氏体含量越高，二次淬硬导致的热裂风险越大。而潜孔钻头领域渗碳钻头的渗碳浓度控制普遍较高，渗碳层往往又存在较多的残余奥氏体，因此在不断提高的工作风压下，钻头花键处摩擦热裂的几率不断增加，花键断体的几率也不断增加。此外，刚开始时，由于钻头花键与卡钎套花键的接触为线接触，钻头花键表面硬度越高，钻头花键与卡钎套花键之间的磨合越困难，越容易导致局部过载，进而加快热裂纹的产生于扩展。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种可有效减少花键断体几率的渗碳工件及其制备方法。

本发明提供了一种渗碳工件，所述渗碳工件的渗碳层由表面向里，碳浓度先升高后降低，且表面碳浓度不低于0.46％，最高碳浓度为0.58％～0.68％，达到最高碳浓度的渗碳深度为渗碳层总深度的15％～50％。

优选的，所述渗碳层中达到最高硬度的渗碳深度不超过0.5mm，且所述渗碳层中达到最高硬度后硬度呈梯度下降。

优选的，所述渗碳层的总深度为1.6～2.2mm；达到最高碳浓度的渗碳深度为0.4～1.1mm。

优选的，所述渗碳工件的材料选自18CrNi3Mo、23CrN3iMo或30CrNi4Mo。

本发明还提供了一种渗碳工件的制备方法，包括：

S1)将工件进行渗碳处理；所述渗碳处理的温度为920℃～930℃；强渗碳势为1％～1.15％；扩散碳势为0.78％～0.85％；

S2)将渗碳处理后的工件进行淬火处理；

S3)将淬火处理后的工件进行高温回火；

S4)将高温回火后的工件进行等温盐浴淬火处理；

S5)将等温盐浴淬火处理后的工件进行低温回火，得到渗碳工件。

优选的，所述步骤S1)中强渗阶段的时间为4.5～7h；扩散阶段的时间为4～6h。

优选的，所述步骤S1)中渗碳处理后随炉冷却至小于等于855℃，气淬冷却至室温。

优选的，所述步骤S2)中淬火处理的温度为830℃～850℃；保护碳势为0.45％～0.5％；淬火处理的时间为3～5h。

优选的，所述步骤S3)中高温回火的温度为660℃～700℃；高温回火的时间为5～7h；所述高温回火在惰性气氛中进行。