專利名稱：高中碳合金鋼的雙介質淬火熱處理工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬耐磨材料的熱處理工藝，尤其是一種高中碳合金鋼的雙介質淬火熱處理工藝。
背景技術：
金屬耐磨材料是工業生產中消耗量最大的金屬材料。合金鋼是水泥、礦山、電力、 化工等行業應用最廣泛的一種金屬耐磨材料。例如，2011年1 8月水泥產量為13. 2億噸，火電廠用煤為10億噸，水泥和火電廠用煤都必須經過耐磨材料研磨成粉，另外，鐵、銅、 金、鋁、鎳等各類礦山都必須先將礦石進行破碎再研磨成粉再選出精礦粉，每噸原礦的耐磨材料消耗都約為一公斤左右，十分驚人！而在耐磨材料的應用中，合金鋼占絕大部分。金屬材料的大量消耗不僅極大的浪費了人類在地球上的有限資源，而且嚴重地影響工業生產的正常進行，增加成本、增加維修、減少設備運轉率、增大勞動強度，浪費人力、 物力。隨著工業化生產的發展，設備日趨大型化，對耐磨材料的要求越來越迫切。因此，創造新型的耐磨材料是全世界材料科技工作者的愿望。新型耐磨材料的發展主要有兩個方面一是新成份、新材質的研發，這是一個漫長而艱難的過程；二是新生產工藝的研發，這是指在類似的化學成份的前提下，通過不同的冶煉和熱處理工藝，而獲得更好的耐磨性能。耐磨材料質量的好壞的關鍵是熱處理工藝，優異的熱處理工藝是降低消耗，提高效率，節約能源，保護地球有限資源的最有效方法。金屬耐磨材料的熱處理方法主要有空冷、風冷、油冷、水韌等四大類。空冷主要針對高合金化材質。通過高合金化改變材料機體組織、提高材料的淬透性能。缺點是資源浪費大、成本高，通常用于對耐磨程度要求極高，而沖擊力不大的工況。風冷同樣針對高合金化材質。通過強風冷卻，在適當使用貴重金屬材料的前提下，獲得比較優良的耐磨性能。一般應用于對耐磨程度要求比較高的干法工況中。缺點是冷卻速度不均勻，批量生產時產品硬度差別較大、資源消耗較大。油冷這是合金鋼類耐磨材料通常應用的一種熱處理方法，有比較快的冷卻速度， 工件各部位冷卻速度均勻。在批量生產的過程中，產品質量穩定。缺點是冷卻速度不夠快， 成本較高，對工作環境有污染，易著火，不安全。水韌處理僅限高錳鋼這個鋼種。通過水韌處理獲得全部奧氏體組織，以期在應用過程中因遇到強烈沖擊而轉變為馬氏體組織獲得耐磨效果。上述處理方法主要的缺點是一百多年來的應用證明，除了顎式破碎機、圓錐破碎機等沖擊力較大的工況之外，在大多數工況中，高錳鋼無法得到有效的硬化，不能成為理想的耐磨材料。有少數廠家采用水作為淬火介質，來局部處理含碳量在0. 3%左右的低合金鋼。由于耐磨程度的局限，僅限于生產挖掘機鏟齒類產品，利用工況中的較強沖擊，使本身一定數量的奧氏體轉變為馬氏體，絕大多數中等沖擊以下的工況不適宜使用，因而未能被廣泛推
以上所述的方法中，最主要的缺點是不能充分利用碳這個耐磨材料中最廉價最有效的元素，因而導致金屬材料不能得到最有效的應用。

發明內容
本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種高、中碳合金鋼的雙介質淬火熱處理工藝，簡單、清潔、低成本、高質量。按照本發明提供的技術方案，所述高中碳合金鋼包括以下組份，單位為質量百分數C :0· 4 2. 6 % ；Cr 1. 0 12. 0 % ;Mo < 2. 5 % ；Ni < 1. 5 % ；Cu :0· 2 1. 0 % ；Mn 0. 3 1. 2% ；Si 0. 3 2. 0% ；V, Ti, Re < 0. 1%，余量為 Fe。進一步，所述的高中碳合金鋼，包括以下組份，單位為質量百分數C :0. 9 2. 0% ；Cr 8. 0 12. 0% ；Mo < 1. 5% ；Ni < 1. 0% ；Cu 0. 2 0. 8% ；Mn 0. 4 1. 0% ；Si 0. 3 1. 5% ；V, Ti, Re < 0. 1%，余量為 Fe。更進一步，所述的高中碳合金鋼，包括以下組份，單位為質量百分數C :0. 4 0. 8% ；Cr 2. 0 6. 0% ；Mo < 1. 0% ；Ni < 0. 5% ；Cu 0. 3 0. 8% ；Mn 0. 5 0. 8% ；Si 0. 3 1. 0% ；V, Ti, Re < 0. 1%，余量為 Fe。本發明還保護一種高、中碳合金鋼的雙介質淬火熱處理工藝，特征是，包括以下步驟(1)將鑄態耐磨工件均勻地擺放在加熱設備中，入爐溫度為彡130°C，以每分鐘彡3°C的升溫速度升溫至820 960°C，恒溫1 12小時后出爐；(2)將出爐后的工件立即放入裝有淬火液的池中，工件在淬火液池中的停留時間為1 5min ；(3)在工件溫度彡180°C的狀態下，將工件轉入保溫箱自然冷卻；所述的保溫箱不是恒溫箱，保溫箱本身也沒有熱源，僅僅是將工件放在一個箱體內自然冷卻而已，以此適當減小冷卻速度；(4)在工件溫度彡100°C時，將工件由所述保溫箱轉入回火爐，以每分鐘彡3°C的升溫速度升溫至200 460°C，恒溫2 8小時后出爐，在空氣中冷卻至室溫。所述淬火液包括以下組份，單位為質量百分數水77 85%、工業硅酸鈉14 22%、工業氯化鈉0. 5 1. 5%。本發明所述的高中碳合金鋼的雙介質淬火熱處理工藝，簡單、清潔、低成本、高質量，能充分應用水和碳這兩種最有效、最廉價的耐磨材料生產元素。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。本發明所述的雙介質淬火熱處理工藝前期由于水基淬火液具有冷卻速度快、冷卻均勻的特點，很容易獲得細化晶粒的效果，耐磨件在相同合金量的前提下韌性值都會獲得很大的提升。后期在馬氏體轉變溫區處于保溫箱內自然冷卻，大大延長了馬氏體的轉變時間，有利于馬氏體充分轉變，在相同合金量的前提下，容易獲得較高的淬火硬度。因此雙介質淬火工藝，在相同化學成分的前提下，不僅能增加工件的耐磨性能，而且大大提高工件使用的可靠性。更為突出的是，雙介質淬火熱處理工藝能夠有效地允許提高耐磨件的含碳量，從而能夠利用最廉價、最微量的元素獲得優秀的耐磨性能，達到節約能源、節約人類的有限資源的目的。降低成本，減少維修量，提高設備運轉率。本發明可用于各種高、中碳合金鋼的淬火處理，高、中碳合金鋼中的碳元素可有效增加淬透性，并和一定的金屬元素組合高硬度的碳化物，成為耐磨的基本要素。碳的增加能有效的增加耐磨材料的硬度，提高耐磨性能，且價格低廉，是耐磨材料第一要考慮的化學元素。鉻提高淬透性，并可以和碳組成碳化物，是耐磨的基本要素。鉬非常有效地提高材料淬透性，并非常有效的細化晶粒，提高耐磨件的強韌性。鎳能溶入基體，有效的強化基體、提高淬透性；但大量的增加會增加殘余奧氏體，影響耐磨性能。銅能細化晶粒，和鉬結合能大幅度提高淬透性；和鎳一樣大幅度增加會增加殘余奧氏體，影響耐磨性能。錳強淬透性元素，但加入量較大會增加殘余奧氏體，使晶粒粗大，嚴重影響耐磨性能。硅在一定范圍內會提高淬透性，并有效的提高基體強度。釩、鈦、稀土 都是細化晶粒增加淬透性有效元素。鐵和碳形成基體，是材料的最基本成份。本發明的淬、回火加熱設備，可選用電阻爐、燃氣爐、燃煤爐等各種加熱均勻、升溫速度可控的加熱設備。實施一一種高中碳合金鋼的雙介質淬火熱處理工藝，包括以下步驟(1)鑄造工件按組份比例=C :0. 4 0. 5%、Cr 3. 5 4. 5%、Mo 0. 2 0. 3%、 Ni :0. 2 0. 25%,Cu :0. 2 0. 25%,Mn :0. 3 0. 6%、Si :1. 5 2. 0%、V、Ti、Re < 0. 1%, 余量為Fe，進行冶煉，冶煉在2噸中頻爐里進行，出鋼溫度大于1600°C，澆鑄溫度為1550°C 左右，型腔為水玻璃砂制成；(2)將步驟(1)澆鑄得到的工件均勻地擺放在臺車式電阻爐中，入爐溫度小于 130°C，以每分鐘3°C的升溫速度升溫至940°C，恒溫3. 5小時后出爐；(3)將出爐后的工件立即放入裝有淬火液的池中，工件在淬火液池中的停留時間為lmin，出池溫度為220°C ；所述淬火液包括以下組份，單位為質量百分數水77%、工業硅酸鈉22%、工業氯化鈉； (4)將工件轉入保溫箱自然冷卻；(5)工件溫度150°C時，將工件由保溫箱轉入回火爐，以每分鐘3°C的升溫速度升溫至260°C，恒溫5小時后出爐，在空氣中冷卻至室溫。工件的機械性能為》HRc52 ；沖擊吸收能140J。實施二 一種高中碳合金鋼的雙介質淬火熱處理工藝，包括以下步驟(1)鑄造工件按組份比例=C :2. 0 2. 5%,Cr :10. 0 12. 0%,Mo :0. 6 1. 0%, Ni :0. 2 0. 25%,Cu :0. 2 0. 25%,Mn :0. 3 0. 6%、Si :0. 3 0. 8%、V、Ti、Re < 0. 1%, 余量為Fe，進行冶煉，冶煉在2噸中頻爐里進行，出鋼溫度大于1550°C，澆鑄溫度為1420°C 左右，型腔為水玻璃砂制成；(2)將步驟(1)澆鑄得到的工件均勻地擺放在臺車式電阻爐中，入爐溫度為小于 130°C，以每分鐘2. 5°C的升溫速度升溫至980°C，恒溫3小時后出爐；(3)將出爐后的工件立即放入裝有淬火液的池中，工件在淬火液池中的停留時間為2min，出池溫度為210°C ；所述淬火液包括以下組份，單位為質量百分數水85%、工業硅酸鈉14%、工業氯化鈉；(4)將工件轉入保溫箱自然冷卻；
(5)工件溫度130°C時，將工件由保溫箱轉入回火爐，以每分鐘2. 5°C的升溫速度升溫至280°C，恒溫6小時后出爐，在空氣中冷卻至室溫。工件的機械性能HRc56 ；沖擊吸收能6J。實施三一種高中碳合金鋼的雙介質淬火熱處理工藝，包括以下步驟(1)鑄造工件按組份比例=C :0. 8 1. 2%,Cr :10. 0 12. 0%,Mo :0. 8 1. 0%, Ni 0. 4 0. 6%,Cu 0. 3 0. 5%,Mn 0. 3 0. 6%,Si 0. 3 0. 8%,V,Ti,Re < 0. 1%, 余量為Fe，進行冶煉，冶煉在2噸中頻爐里進行，出鋼溫度大于1600°C，澆鑄溫度為1520°C 左右，型腔為水玻璃砂制成；(2)將步驟(1)澆鑄得到的工件均勻地擺放在臺車式電阻爐中，入爐溫度小于 130°C，以每分鐘2°C的升溫速度升溫至960°C，恒溫4. 5小時后出爐；(3)將出爐后的工件立即放入裝有淬火液的池中，工件在淬火液池中的停留時間為3min，出池溫度為200°C ；所述淬火液包括以下組份，單位為質量百分數水78%、工業硅酸鈉21%、工業氯化鈉；(4)將工件轉入保溫箱自然冷卻；(5)工件溫度120°C時，將工件由保溫箱轉入回火爐，以每分鐘2°C的升溫速度升溫至280°C，恒溫6小時后出爐，在空氣中冷卻至室溫。工件的機械性能彡HRc55 ；沖擊吸收能35J。實施四一種高中碳合金鋼的雙介質淬火熱處理工藝，包括以下步驟(1)鑄造工件按組份比例=C :0. 4 0. 6%、Cr 2. 0 3· 0%、Mo :0. 3 0. 5%、 Ni 0. 2 0. 3%,Cu 0. 3 0. 5%,Mn 0. 5 0. 8%,Si 0. 8 1. 0%,V,Ti,Re < 0. 1%, 余量為Fe，進行冶煉，冶煉在2噸中頻爐里進行，出鋼溫度大于1600°C，澆鑄溫度為1520°C 左右，型腔為水玻璃砂制成；(2)將步驟⑴澆鑄得到的工件均勻地擺放在臺車式電阻爐中，入爐溫度為 130°C，以每分鐘2. 8°C的升溫速度升溫至940°C，恒溫4小時后出爐；(3)將出爐后的工件立即放入裝有淬火液的池中，工件在淬火液池中的停留時間為％iin，出池溫度為220°C ；所述淬火液包括以下組份，單位為質量百分數水80%、工業硅酸鈉19. 5%、工業氯化鈉0. 5% ；(4)將工件轉入保溫箱自然冷卻；(5)工件溫度120°C時，將工件由保溫箱轉入回火爐，以每分鐘3°C的升溫速度升溫至260°C，恒溫6小時后出爐，在空氣中冷卻至室溫。工件的機械性能HRc55左右；沖擊吸收能:80Jo
權利要求
1.一種高中碳合金鋼，其特征是，包括以下組份，單位為質量百分數C :0. 4 2. 6% ； Cr 1. 0 12. 0% ；Mo < 2. 5% ；Ni < 1. 5% ；Cu 0. 2 1. 0% ；Mn 0. 3 1. 2% ；Si 0. 3 2. 0% ；V, Ti, Re < 0. 1%，余量為 Fe。
2.如權利要求1所述的高中碳合金鋼，其特征是，包括以下組份，單位為質量百分數 C :0. 9 2. 0% ；Cr 8. 0 12. 0% ；Mo < 1. 5% ；Ni < 1. 0% ；Cu :0. 2 0. 8% ；Mn :0. 4 1. 0% ；Si 0. 3 1. 5% ；V, Ti, Re < 0. 1%，余量為 Fe。
3.如權利要求1所述的高中碳合金鋼，其特征是，包括以下組份，單位為質量百分數 C :0· 4 0. 8% ；Cr :2. 0 6. 0% ；Mo < 1.0% ；Ni < 0. 5% ；Cu :0· 3 0. 8% ；Mn 0. 5 0. 8% ；Si 0. 3 1. 0% ；V, Ti, Re < 0. 1%，余量為 Fe。
4.一種生產權利要求1、2或3所述高中碳合金鋼的雙介質淬火熱處理工藝，其特征是， 包括以下步驟(1)將鑄態耐磨工件均勻地擺放在加熱設備中，入爐溫度為<130°C，以每分鐘< 3°C 的升溫速度升溫至820 960°C，恒溫1 12小時后出爐；(2)將出爐后的工件立即放入裝有淬火液的池中，工件在淬火液池中的停留時間為 1 5min ；(3)在工件溫度>180°C的狀態下，將工件轉入保溫箱自然冷卻；(4)在工件溫度彡100°C時，將工件由保溫箱轉入回火爐，以每分鐘彡3°C的升溫速度升溫至200 460°C，恒溫2 8小時后出爐，在空氣中冷卻至室溫。
5.如權利要求4所述的高中碳合金鋼的雙介質淬火熱處理工藝，其特征是所述淬火液包括以下組份，單位為質量百分數水77 85%、工業硅酸鈉14 22%、工業氯化鈉 0. 5 1. 5%。
全文摘要
本發明涉及一種高中碳合金鋼，包括以下組份，單位為質量百分數C0.4～2.6％；Cr1.0～12.0％；Mo＜2.5％；Ni＜1.5％；Cu0.2～1.0％；Mn0.3～1.2％；Si0.3～2.0％；V、Ti、Re＜0.1％，余量為Fe。本發明還保護一種高中碳合金鋼的雙介質淬火熱處理工藝，包括以下步驟(1)將工件在加熱設備中以每分鐘≤3℃的速度升溫至820～960℃，恒溫后出爐；(2)將出爐后的工件立即放入裝有淬火液的池中；(3)工件溫度≥200℃時，將工件轉入保溫箱自然冷卻；(4)工件溫度≥100℃時，將工件由保溫箱轉入回火爐，以每分鐘≤3℃的速度升溫至200～460℃，出爐后在空氣中冷卻至室溫。本發明簡單、清潔、低成本、高質量，能充分應用水和碳這兩種最有效、最廉價的耐磨材料生產元素。
文檔編號C22C38/50GK102443744SQ20111039780
公開日2012年5月9日 申請日期2011年12月5日 優先權日2011年12月5日
發明者陳長順, 高立新 申請人:無錫市東方抗磨工程有限公司