一种23CrNi3Mo钎具用材料的硬度分布控制工艺

摘要

本发明涉及一种23CrNi3Mo钎具用材料的硬度分布控制工艺，可实现渗碳后钎具由表及里的平缓硬度梯度分布，即由钎具表面到心部组织的显微硬度呈现平缓下降，使得渗碳后钎具形成表面高硬度、心部高韧性及一定宽度过渡层的复相组织，获得钎具强韧性良好匹配，从而有效的提高了钎具的使用寿命。该方法包括以下步骤：将渗碳后的钎具在880℃±10℃淬火保温45分钟，保温完成后分两段进行冷却，880~450℃温度区间内冷速≥5℃/s，450℃以下随炉冷却至室温。然后在220℃回火保温120分钟，保温完成后空冷至室。

说明书

技术领域

本发明涉及具体一种23CrNi3Mo钎具用材料的硬度分布控制工艺。

背景技术

钎具是凿岩爆破中必不可少的工具，其中钎头在钻凿过程中接触并破碎岩体，承受在高频率、高冲击功凿岩机施加的拉压、弯曲、扭转循环应力作用，同时承受着巨大的冲击载荷和磨料的剧烈磨损。另外，钎头具在高速回转、碰撞的环境条件下还经受岩石、岩粉和矿水等工作介质的腐蚀和磨蚀作用。因此，钎头的服役条件十分恶劣，使用寿命往往只有几分钟或几十分钟。

钢铁机具的质量和性能主要取决于其组织结构，合理的组织结构是获得高寿命钎具的关键。恶劣的工作环境对钎具的质量提出了较高的要求：不仅要求钎具表面具有较高的硬度和耐磨性，同时要求钎具心部具有较高的韧性；而钎具渗碳后由表面到心部的硬度分布状态决定了表面高硬度和心部高韧性能否实现最佳的匹配状态。

目前，国内多数的钎具企业在使用的过程中，淬火保温完成后，一般采用油淬、空冷、等温盐浴淬火等方式，这些制造方式无法实现钎具由表面到心部的显微硬度平缓降低，硬度分布往往在渗碳层和心部基体的过度位置出现快速下降，从而无法使渗碳后钎具表面的高硬度和心部的高韧性获得最佳的匹配过渡，常常造成钎具的早起失效，这也是目前国内钎具寿命较低的主要原因，而对钎具显微硬度梯度分布的合理控制，是提高钎钢钎具使用寿命的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种钎具显微硬度分布控制技术，不仅使的钎具获得最佳的组织状态（表面：高碳马氏体；心部：下贝氏体；中间过渡区域：马氏体+下贝氏体的混合组织），而且实现了由表面到心部的显微硬度平缓的下降，从而真正实现表面高硬度与心部高韧性最佳匹配。

本发明技术方案是：一种23CrNi3Mo钎具用材料的硬度分布控制工艺，具体包括以下步骤：

步骤1）渗碳工艺：钎具采用热轧23CrNi3Mo钢棒，置于930 ℃±10 ℃的多功能渗碳炉内进行渗碳，渗透剂为煤油，渗碳过程分两段进行：碳势控制为1.2%c时渗碳7h；随后将碳势调整为1.0%c保温4h；渗碳完成后随炉冷却到400 ℃，出炉空冷；

步骤2）将经上述步骤渗碳完成后的钎具在680 ℃±10 ℃高温回火，空冷，随后按尺寸要求进行精机加工；

步骤3）淬火处理：将精加工后钎具置于盐浴炉中，在温度为880℃±10下保温45分钟进行淬火，保温完成，以≥5 ℃/s的冷速冷却到450 ℃，保温5-10分钟，随炉冷却至室温；然后进行低温回火工艺：回火温度220℃，回火保温120分钟。

进一步，所述步骤3）淬火处理：将精加工后钎具置于保护气体下，在温度为880℃±10下保温45分钟进行淬火，再以≥5 ℃/s的冷速冷却到450 ℃，保温5-10分钟，随炉冷却至室温；然后进行低温回火工艺：回火温度220 ℃，回火保温120分钟；其中，所述保护气体包括氮气、氩气或氦气。

 

本发明有益效果是：由于采用上述技术方案，本发明可实现渗碳后钎具由表及里的平缓硬度梯度分布，即由钎具表面到心部组织的显微硬度呈现平缓下降，使得渗碳后钎具形成表面高硬度、心部高韧性及一定宽度过渡层的复相组织，获得钎具强韧性良好匹配，从而有效的提高了钎具的使用寿命。凡属于表面渗碳的钢铁机具，为了实现显微硬度平缓下降的分布状态，使得表面高硬度和心部高韧性获得最佳匹配状态，均可参考本发明所提供的分段淬火工艺，因此使用范围较广。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

实施例1

采用热轧23CrNi3Mo钢棒(化学成分为 C: 0.22-0.24%、Si: 0.20-0.30%、Mn: 0.65-0.75%、Cr 1.25-1.35%、Ni 2.89-2.98%、Mo 0.23-0.28%、P ≤0.015%、S ≤0.008%)进行粗机加工，粗机加工完成后进行如下操作：

1、置于930 ℃的多功能渗碳炉内进行渗碳，渗透剂为煤油，渗碳过程分两段进行：碳势控制为1.2%c时渗碳7h；随后将碳势调整为1.0%c保温4 h；渗碳完成后随炉冷却到400 ℃，出炉空冷；

2、将经上述步骤渗碳完成后的钎具在680 ℃高温回火，空冷，随后按尺寸要求进行精机加工；

3、淬火处理：将精加工后钎具置于盐浴炉中，再淬火温度为880 ℃保温45分钟，保温完成，以≥5 ℃/s的冷速冷却到450 ℃，保温5分钟，随炉冷却至室温；然后进行低温回火工艺：回火温度220 ℃，回火保温120分钟。通过上述方式生产的钎具渗碳层深度1.3 mm，表面渗碳层为高碳马氏体组织，渗碳层硬度达到HRC58~62；过渡区为马氏体+下贝氏体的复相组织，过渡区宽度0.8 mm左右；基体为下贝氏体组织，硬度HRC40左右；不仅是钎具具备了外强内韧的性能，同时由表面到心部的硬度缓慢下降，使高强度和高韧性获得了最佳的匹配状态。

实施例2

采用热轧23CrNi3Mo钢棒(化学成分为 C: 0.22-0.24%、Si: 0.20-0.30%、Mn: 0.65-0.75%、Cr 1.25-1.35%、Ni 2.89-2.98%、Mo 0.23-0.28%、P ≤0.015%、S ≤0.008%)进行粗机加工，粗机加工完成后进行如下操作：

1、置于920 ℃的多功能渗碳炉内进行渗碳，渗透剂为煤油，渗碳过程分两段进行：碳势控制为1.2%c时渗碳7h；随后将碳势调整为1.0%c保温4h；渗碳完成后随炉冷却到400 ℃，出炉空冷；

2、将经上述步骤渗碳完成后的钎具在690 ℃高温回火，空冷，随后按尺寸要求进行精机加工；

3、淬火处理：将精加工后钎具置于盐浴炉中，在淬火温度为870 ℃保温45分钟，保温完成，再以≥5 ℃/s的冷速冷却到450 ℃，保温7.5分钟，随炉冷却至室温；然后进行低温回火工艺：回火温度220 ℃，回火保温120分钟。

实施例3

采用热轧23CrNi3Mo钢棒(化学成分为 C: 0.22-0.24%、Si: 0.20-0.30%、Mn: 0.65-0.75%、Cr 1.25-1.35%、Ni 2.89-2.98%、Mo 0.23-0.28%、P ≤0.015%、S ≤0.008%)进行粗机加工，粗机加工完成后进行如下操作：

1、置于940 ℃的多功能渗碳炉内进行渗碳，渗透剂为煤油，渗碳过程分两段进行：碳势控制为1.2%c时渗碳7h；随后将碳势调整为1.0%c保温4h；渗碳完成后随炉冷却到400 ℃，出炉空冷；

2、将经上述步骤渗碳完成后的钎具在670 ℃高温回火，空冷，随后按尺寸要求进行精机加工；

3、淬火处理：将精加工后钎具置于在氮气的保护气氛下，再温度为890 ℃保温45分钟进行淬火，保温完成，以≥5 ℃/s的冷速冷却到450 ℃，保温10分钟，随炉冷却至室温；然后进行低温回火工艺：回火温度220 ℃，回火保温120分钟。