低碳中合金/高合金渗碳钢渗碳淬火方法

摘要

本发明提出了低碳中合金/高合金渗碳钢渗透碳淬火方法，采用温度≥40℃的水作为淬火介质，具体步骤为：零件经渗碳后预冷到810～880℃；出炉，在淬火介质中直接淬火或利用淬火介质加压淬火。上述方法，打破了传统认为的低碳低合金/中合金渗碳钢渗碳淬火不能用水作为淬火介质的观念。用水淬火，工件不会开裂，变形在质量要求的范围内；另一方面，降低了生产成本，避免了环境污染，避免了原来淬火油燃烧造成的危险，生产过程具有安全性。

说明书

技术领域

本发明涉及钢的淬火方法，尤其是低碳中合金渗碳钢及低碳高合金渗碳钢渗碳淬火方法。

背景技术

目前，在实际生产中低碳中合金渗碳钢或低碳高合金渗碳钢渗碳淬火，在淬火介质的采用上一般为10号油或10号油与20号油各50％的混合油，这也是一般技术理论上的要求，若用水淬或是高温水淬火也是绝对不允许的，其原因是会造成淬火件的开裂或至少变形太大不能达到质量要求，这是同行技术的人都知道的常识。当说到工件淬火开裂，我们同样知道生产实践中45^#钢，T7、T8等钢有时会淬裂，我们对其淬裂的原因那种成熟性的认识中可知，淬裂必须是能够淬硬的较深的内部硬度至少接近于表面的硬度，这种内部很强大的膨胀性的组织内变力，才能将工件表面先硬化的，并且适合于或易于拉裂的部位将其拉裂。

发明内容

本发明的目的是克服现有理论认为低碳中合金渗碳钢及低碳高合金渗碳钢渗碳淬火中不能用水作为淬火介质的技术偏见，提出低碳中合金/高合金渗碳钢渗碳淬火方法。

为此，本发明的技术方案为：低碳中合金/高合金渗碳钢渗透碳淬火方法，采用温度≥40℃的水作为淬火介质，具体步骤为：零件经渗碳后预冷到810～880℃；出炉，在淬火介质中直接淬火或利用淬火介质加压淬火。所述淬火方法，用温度≥40℃的水替代原来的油为淬火介质，可用于原有的一切低碳合金钢渗碳后的淬火和中碳合金钢等淬火工艺之用。

对于低碳高合金渗碳钢，根据不同零件的技术要求，其渗碳淬火方法中，采用温度≥40℃的水作为淬火介质的特点不变化，也可在有步骤上一定的变化，具体为：零件经渗碳后预冷到860～880℃；出炉，正火后二次加热到810～880℃，然后在在淬火介质中直接淬火或利用淬火介质加压淬火。

作为本发明的优化措施，最好采用温度≥60℃的水作为淬火介质。

上述方法，打破传统认为的低碳低合金/中合金渗碳钢渗碳淬火不能用水作为淬火介质，采用温度≥40℃的水作为介质淬火，淬火件不会开裂，变形在质量要求的范围内，水的价格是油的万分之一，降低生产成本的经济效益是非常明显的；另一方面，避免了环境污染，实现洁净淬火，水不会燃烧，避免了原来淬火油燃烧造成的危险，生产过程具有安全性。

具体实施方式

下面，结合试验实例对本发明作进一步描述和分析。

例1：

汽车后桥主动轮，材料是低碳中合金渗碳钢，牌号为：22CrMoH，渗碳淬火要求表面硬度HRC58～63，齿根HRC30～40。其渗碳淬火方法为：将工件放在渗碳炉中，在930℃的温度下渗碳，并扩散；然后，在渗碳中把工件预冷到830～840℃；随后，从渗碳炉中取出工件，在温度≥60℃的水中直接淬火。其中，用冷却后的循环水控制淬火槽里的水温。

在用上述零件经渗碳后在水中淬火，并未出现开裂，随后也没有即时回火，并且放置了长达3个月的时间后经磨后观察未见有任何裂纹出现，对此，分析其不开裂的原因是因为低碳合金渗碳钢渗透碳后具有高碳浓度表面，一般为≤2.2mm(有效硬化层)，渗碳层以下为材料基体为0.2.％、0.22％的半均含碳量，这种低含碳量经淬火后，对于22CrMoH材料，齿根部的硬度一般为HRC 30～40度的范围，这样的硬度所具有的应力，远不具备将硬化后的渗碳层给予拉裂的力量，用≥40℃的水对工件的冷速比常温水的冷速要低很多更不会将工件淬裂，这就是不会将低碳合金钢渗碳工件渗碳后不会被淬裂的原因分析。

例2：

以汽车差速器中的半轴齿轮为例，其材质为低碳中合金渗碳钢，牌号为：20CrMnTi，原工艺为渗碳后在10号油中淬火，生产实践中有半轴部位的花键孔收缩得太多而形成“喇叭孔”的现象。采用本发明的方法对半轴齿轮进行渗碳淬火，具体步骤如下：将工件放在渗碳炉中，在925～935℃的温度下渗碳，并扩散；然后，在渗碳炉中把工件预冷到830～840℃；随后，从渗碳炉中取出工件，在温度≥60℃的水中直接淬火。其中，用冷却后的循环水控制淬火槽里的水温。

用高温水淬火后经检查，半轴齿轮没出现开裂现象，花键孔反而不出现“喇叭孔”。对此进行了分析，从温度为60℃的高温水和10号油两种不同的冷却介质性能来看，当温度在650～500℃时，高温水和10号对工件的冷却速度大体相等，当冷至500℃以下到200℃时，高温水对淬火工件的冷却速度要快4倍左右。当工件淬火开始冷却至到马氏体转变前，金属材料在这一时间段是属于冷收缩，当马氏体转变开始后是属膨胀现象，前段的收缩现象停止。用10号油作为淬火介质，工件从830～840℃开始冷却至马氏体转变开始温度点的这段时间比较长，那么工件冷收缩的时间比较长，其结果形成收缩太多，变形大；用高温水作为淬火介质，工件从830～840℃冷却马氏体转变的温度点前这一时间比油冷在时间上要短得多，工件在这一阶段的收缩时间短，结果收缩的量小，变形也小。上述是差速器半轴齿轮用原工艺油淬变形大，用高温水淬变形反而小的原因。

以上通过例1、例2分析了在低碳中合金渗碳钢渗碳淬火中，水为淬火介质的淬火方法的可行性。根据实践分析，低碳中合金渗碳钢渗碳淬火方法中，最好是在温度≥60℃的水中直接淬火，这样可以更好的避免低碳中合金渗碳钢渗碳淬火后开裂和变形的倾向，提高淬火质量。

例1、例2中所述的低碳中合金渗碳钢渗碳淬火方法同样也适用于低碳高合金渗碳钢。对于低碳高合金渗碳钢可以采用温度≥40℃的水作为淬火介质的机理，基本与低碳中合金渗碳钢相同，在此不在作重复描述。

对于低碳高合金渗碳钢，渗碳后预冷到一般淬火温度，因奥氏体稳定性特别大，可在温度≥40℃的水中直接淬火，若达不到硬度的技术要求，其淬火方法可以有一定变化，具体为：采用温度≥40℃的水作为淬火介质的特点不变化；零件经渗碳后预冷到860～880℃；出炉，正火后二次加热到810～880℃，然后在在淬火介质中直接淬火或利用淬火介质加压淬火。

现在回过头来看，传统工艺规定低碳中合金/高合金渗碳钢渗碳淬火只能油淬，不能用高温水或常温水淬易开裂和变形大会造成质量不合格的结论是不完全正确的，出于以下两种原因：第一对高温水淬火的认知上不完全准确，第二在此基础上形成了技术偏见，这就造成了由于技术偏见而舍弃了一种很好的技术手段。至此也就说明了“高温水淬火”是否会使低碳中合金钢开裂和变形大，这样两个技术上可否成立的两个关键问题，结论是技术上完全可行的。

如汽车后桥被动轮之类的零件渗碳后，应当用温度≥40℃的水作为淬火介质，采用加压淬火。

本发明低碳中合金/高合金渗碳钢渗碳淬火方法与传统的渗碳淬火方法相比，还具有以下优点：工件表面硬度比油淬高2～3度(洛氏硬度)；水的价格是油的万分之一，降低生产成本的经济效益是非常明显的，避免了环境污染；水不会着火，安全性好。

本发明低碳/中碳合金钢渗透碳淬火方法中，主要特征是采用温度≥40℃的水作为淬火介质，可以扩展到调质处理的淬火中。