50鋼超細化馬氏體等溫淬火熱處理硬化工藝的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種50鋼超細化馬氏體等溫淬火熱處理硬化工藝，包括以下步驟：將沖壓成型的材料50鋼零件通過熱處理加熱設備升溫至850℃，根據50鋼帶厚度保溫；將50鋼零件淬入硝鹽槽中，又將50鋼零件轉入水中冷卻；50鋼零件回火，回火結束后50鋼零件水冷或空冷，整個熱處理強化工序結束。本發明提供的50鋼超細化馬氏體等溫淬火熱處理硬化工藝在50鋼零件經歷不同熱處理工藝后得到相同的硬度水平下，通過本工藝方法可提高50鋼材料的抗拉伸強度、屈強比、彈性、疲勞強度、韌性和塑性。
【專利說明】
50鋼超細化馬氏體等溫淬火熱處理硬化工藝
技術領域
[0001] 本發明涉及材料主要為50鋼熱處理工藝強化硬化方法，在同一種材質同一種形 狀規格的片狀50鋼上，該發明可提高材料的抗拉伸強度，提高片狀50鋼的彈性和拉伸力。
【背景技術】
[0002] 中碳鋼50鋼的傳統熱處理強化工藝方法是：先將材料通過熱處理專用加熱爐（如 箱式電爐、鹽浴爐、真空爐等）加熱至840°C ±10°C保溫一段時間后，50鋼油冷，然后50鋼 回火340°C ±20°C，保溫90分鐘，空氣中冷卻（回火設備可以是井式電阻回火爐、硝鹽回火 爐、真空回火爐等）。由于50鋼材料在850°C奧氏體化時，隨著奧氏體晶粒內的合金元素均 勻化，奧氏體晶粒不可避免要發生長大，在隨后的淬火油冷卻中，在奧氏體晶粒內形成片狀 馬氏體，初生成的片狀馬氏體長度與奧氏體晶粒大小成正比，片狀馬氏體的大小是由奧氏 體晶粒度大小所決定，通過一般熱處理強化工藝方法對奧氏體晶粒度加以改善和細化，較 為常見的熱處理奧氏體晶粒細化工藝方法有二種：第一種為50鋼預先進行正火，稱之為正 火狀態細化奧氏體晶粒。第二種是控制并適當降低50鋼奧氏體化溫度，以得到晶粒度細小 的奧氏體晶粒。材料50鋼按常規的熱處理淬火工藝并經過回火后的片50鋼，其抗拉伸強 度、屈強比、彈性、疲勞強度、韌性和塑性一般固定在一個范圍內，通過以上兩種常規的奧氏 體晶粒細化工藝方法對以上性能指標的提高有限，效果不是十分顯著。
【發明內容】
[0003] 為了通過超強細化奧氏體晶粒，進而提高50鋼材料的抗拉伸強度、屈強比、彈性、 疲勞強度、韌性和塑性指標，本發明提供一種全新的50鋼材料超強細化馬氏體熱處理等溫 淬火強化工藝方法，該工藝方法是在50鋼材料奧氏體化后，奧氏體向馬氏體轉變前，某一 等溫溫度段孕育生核生成的細微條狀馬氏體將奧氏體晶粒分隔成若干個奧氏體小區域，達 到了細化奧氏體晶粒的目的。
[0004] 本發明解決其技術問題所采用的技術工藝方案是：
[0005] -種50鋼超細化馬氏體等溫淬火熱處理硬化工藝，包括以下步驟：
[0006] 將沖壓成型的材料50鋼零件通過熱處理加熱設備升溫至850°C，根據50鋼帶厚度 保溫；
[0007] 將50鋼零件淬入硝鹽槽中，又將50鋼零件轉入水中冷卻；
[0008] 50鋼零件回火，回火結束后50鋼零件水冷或空冷，整個熱處理強化工序結束。
[0009] 可選的，所述熱處理加熱設備為鹽浴爐、箱式電阻爐或網帶式加熱爐。
[0010] 優選的，所述50鋼零件淬入的硝鹽槽溫度為230°C ±10°C，保溫15分鐘至18分 鐘。
[0011] 可選的，所述回火設備為硝鹽回火爐、井式電阻爐或網帶式電阻爐。
[0012] 優選的，所述回火溫度330°C~350°C，回火保溫時間為90分鐘至120分鐘。
[0013] 優選的，所述水冷卻時間1-2分鐘。
[0014] 優選的，所述空冷時間15-20分鐘。
[0015] 50鋼普通傳統的馬氏體熱處理淬火強化機理為：50鋼材料加熱淬火，經850°C奧 氏體化后，金相組織上獲得奧氏體組織，在保溫過程中，碳原子和微量的合金元素如鉻、鎳 元素等在奧氏體晶粒內擴散，使50鋼的奧氏體得到均勻化，以提高50鋼的淬透性和力學性 能。保溫結束。50鋼淬入32號機械油（或普通淬火油）中，進行快速冷卻，在油中冷卻5 至10分鐘后完成淬火，進入下一道常規的工序一一回火，50鋼在回火中，所獲得的金相組 織為回火馬氏體，該組織以細針狀馬氏體為基體，分布有彌散的滲碳體的混合組織。其中滲 碳體是低溫（330°C _350°C )回火50鋼中的強化相之一。50鋼零件低溫（330°C _350°C ) 回火后鋼中內應力顯著減少，因此，可使鋼保持高的彈性極限，較高強度和高的疲勞極限以 及適宜的韌性。回火結束后進行水冷卻，材料金相組織被固定下來。本專利采用的超細化 馬氏體等溫熱處理強化工藝是：將50鋼淬入溫度為230°C ± 10°C硝鹽槽中，保溫15分鐘至 18分鐘后又將50鋼轉入水中冷卻，50鋼轉入330°C~350°C溫度中的硝鹽回火爐（或井式 電阻爐或網帶式電阻爐等）回火，回火保溫時間為90分鐘至120分鐘。回火結束后50鋼 水冷或空冷，相比較于以上的常規熱處理工藝，50鋼馬氏體超細化等溫淬火的金相組織轉 變過程中，細針狀馬氏體轉變之前先形成的細微條狀馬氏體對原來的奧氏體晶粒有細化作 用。如示意圖1所示，形成的細微條狀馬氏體將一個奧氏體晶粒分隔成數個以上的小區域， 這些小區域在隨后的水冷卻過程中形成多種取向的細小片狀馬氏體區。隨后的回火工藝 叉將這些細小片狀馬氏體區轉變為回火托氏體區，但是馬氏體區域的特征被遺留或繼承下 來。在拉伸受力過程中，裂紋通過奧氏體晶粒區內兩個回火托氏體小區域，遠比通過被細微 條狀馬氏體分隔成數個以上的回火托氏體小區域容易得多，這使材料回火托氏體與細微條 狀馬氏體混合組織具有高強度的同時，也具有高韌性、高彈性的一個原因。
[0016] 本發明提供的50鋼超細化馬氏體等溫淬火熱處理硬化工藝在50鋼零件經歷不同 熱處理工藝后得到相同的硬度水平下，通過本工藝方法可提高50鋼材料的抗拉伸強度、屈 強比、彈性、疲勞強度、韌性和塑性。
【附圖說明】
[0017] 此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，并不 構成對本發明的不當限定，在附圖中：
[0018] 圖1A是普通及傳統熱處理50鋼淬火回火后，50鋼內部奧氏體晶粒內微裂紋擴散 機理圖；
[0019] 圖1B是本專利采用的超細化馬氏體等溫熱處理后50鋼內部奧氏體晶粒微裂紋擴 散機理圖；
[0020] 圖2是本發明的超細化馬氏體等溫熱處理工藝曲線圖；
[0021] 圖3是為50鋼彈簧片零件結構圖；
[0022] 圖4是普通及傳統熱處理，50鋼于850°C奧氏體化、油冷淬火，340°C回火90分鐘 空氣冷卻后的金相組織圖（500倍5%硝酸酒精腐蝕）；
[0023] 圖5是本專利超細化馬氏體等溫熱處理強化，50鋼于850°C奧氏體化、硝鹽槽 240°C等溫15分鐘水冷，340°C回火90分鐘空冷卻后的金相組織圖（500倍5%硝酸酒精腐 蝕）；
[0024] 圖6是普通及傳統熱處理，50鋼油冷淬火340°C回火后的800倍的試樣斷口掃描 圖（TMP-30型電子掃描顯微鏡）；
[0025] 圖7是本專利超細化馬氏體等溫熱處理強化，50鋼于850°C奧氏體化240°C等溫 15分鐘后水冷淬火，340°C回火90分鐘后空氣冷卻后800倍的試樣斷口掃描圖（TMP-30型 電子掃描顯微鏡）。
【具體實施方式】
[0026] 下面將結合附圖以及具體實施例來詳細說明本發明，在此本發明的示意性實施例 以及說明用來解釋本發明，但并不作為對本發明的限定。
[0027] 實施例
[0028] 圖1A是普通及傳統熱處理50鋼淬火回火后，50鋼內部奧氏體晶粒內微裂紋擴散 機理圖；
[0029] 圖1B是本專利采用的超細化馬氏體等溫熱處理后50鋼內部奧氏體晶粒微裂紋擴 散機理圖；
[0030] 以熱處理圖3所示的50鋼彈簧片零件為例，材料：50鋼，技術要求，熱處理硬度為 44HRC-49HRC ;表面處理：磷化后浸黑色電泳漆；檢驗：橫向拉伸力彡11KN。
[0031] 結合工藝圖2,將沖壓好的50鋼彈簧片用鐵絲捆綁好后，垂直放入鹽浴爐中，鹽 浴爐控制溫度為850°C，50鋼彈簧片保溫時間為5分鐘，保溫結束后立即將50鋼彈簧片 淬入等溫硝鹽槽中，硝鹽槽溫度控制在240°C，50鋼彈簧片在硝鹽槽中保溫時間在15分 鐘至18分鐘，取出50鋼彈簧片迅速進入水槽中水冷卻，水冷卻時間為1分鐘，水溫控制 在0°C -30°C，然后將50鋼彈簧片放入硝鹽回火爐中進行回火，硝鹽回火爐溫度控制在 340°C _345°C范圍內，50鋼彈簧片回火時間為90分鐘至120分鐘，回火結束后，50鋼進入冷 水槽中水冷卻，水冷卻時間為1分鐘，水溫控制在〇°C -30°C。
[0032] 經過以上超細化馬氏體熱處理淬火強化工藝后的50鋼，按技術規范要求的規定， 進行拉伸力試驗，我們選用40毫米（寬）X 200毫米（長）X 2毫米（厚）的試片分別采用 普通及傳統常規熱處理淬火回火強化和本專利超強細化馬氏體熱處理等溫淬火強化，試片 的力學性能測試值見表1，經以上兩種熱處理工藝強化的實物零件彈簧片的實物橫向拉伸 力測試見表2 ;金相組織比較見圖4為50鋼彈簧零件實物于傳統熱處理工藝850°C奧氏體 化、油冷淬火，340°C回火90分鐘水冷，其金相組織為回火托氏體加彌散分布的碳化物（500 倍）。圖5為50鋼彈簧零件實物采用本專利超強細化馬氏體熱處理等溫淬火強化，于850°C 奧氏體化、硝鹽槽240°C等溫15分鐘水冷，340°C回火90分鐘水冷，其金相組織為回火托氏 體加細微條狀馬氏體加彌散分布的碳化物（500倍）。50鋼彈簧零件實物斷口掃描形貌圖 比較，圖6為50鋼850°C奧氏體化后油冷淬火，回火340°C回火90分鐘水冷50鋼的彈簧零 件實物800倍斷口掃描圖，照片上可看出50鋼彈簧零件實物的斷裂方式為脆性斷裂，而圖 7的50鋼于850°C奧氏體化240°C等溫15分鐘淬火水冷卻，340°C回火90分鐘水冷。50鋼 的彈簧零件實物800倍斷口掃描圖，在斷口掃描圖上，為脆性斷裂加少量韌窩。
[0033] 表1 :50鋼傳統油淬火回火與超強細化馬氏體等溫淬火試片的抗拉伸強度對比
[0034]
[0036] 注：傳統油淬試片熱處理工藝為：850°C加熱，油冷卻淬火，340°C回火90分鐘，水 冷卻。本專利超強細化試片熱處理工藝為：850°C加熱，240°C硝鹽槽等溫冷卻15分鐘，水 冷，340°C硝鹽爐回火，時間90分鐘，水冷。
[0037] 表2 :50鋼傳統油淬火回火與超強細化馬氏體等溫淬火彈簧片實物的抗拉伸強度 對比
[0038]
[0039] 注：傳統油淬試片熱處理工藝為：850°C加熱，油冷卻淬火，340°C回火90分鐘，水 冷卻。本專利超強細化試片熱處理工藝為：850°C加熱，240°C硝鹽槽等溫冷卻15分鐘，水 冷，340°C網帶式電阻爐回火，時間90分鐘，空冷。
[0040] 以上對本發明實施例所提供的技術方案進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例 對本發明實施例的原理以及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只適用于幫助理解本 發明實施例的原理；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明實施例，在具體實施方 式以及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
【主權項】
1. 一種50鋼超細化馬氏體等溫淬火熱處理硬化工藝，其特征在于包括以下步驟： 將沖壓成型的材料50鋼零件通過熱處理加熱設備升溫至850°C，根據50鋼帶厚度保 溫； 將50鋼零件淬入硝鹽槽中，又將50鋼零件轉入水中冷卻； 50鋼零件回火，回火結束后50鋼零件水冷或空冷，整個熱處理強化工序結束。2. 如權利要求1所述的50鋼超細化馬氏體等溫淬火熱處理硬化工藝，其特征在于：所 述熱處理加熱設備為鹽浴爐、箱式電阻爐或網帶式加熱爐。3. 如權利要求1所述的50鋼超細化馬氏體等溫淬火熱處理硬化工藝，其特征在于：所 述50鋼零件淬入的硝鹽槽溫度為230°C ± KTC，保溫15分鐘至18分鐘。4. 如權利要求1所述的50鋼超細化馬氏體等溫淬火熱處理硬化工藝，其特征在于：所 述回火設備為硝鹽回火爐、井式電阻爐或網帶式電阻爐。5. 如權利要求1所述的50鋼超細化馬氏體等溫淬火熱處理硬化工藝，其特征在于：所 述回火溫度330°C~350°C，回火保溫時間為90分鐘至120分鐘。6. 如權利要求1所述的50鋼超細化馬氏體等溫淬火熱處理硬化工藝，其特征在于：所 述水冷卻時間1-2分鐘。7. 如權利要求1所述的50鋼超細化馬氏體等溫淬火熱處理硬化工藝，其特征在于：所 述空冷時間15-20分鐘。
【文檔編號】C21D1/22GK105886714SQ201410588466
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年10月20日
【發明人】向宏, 付在再
【申請人】重慶長安工業(集團)有限責任公司