一种碳钢工件的真空热处理方法技术

本发明专利技术涉及一种碳钢工件的真空热处理方法，属于钢的热处理技术领域。本发明专利技术的碳钢工件的真空热处理方法，包括以下步骤：将碳钢工件在无氧条件下奥氏体化后，在惰性气氛中淬入液体淬火介质中进行冷却，淬入过程以及冷却过程中持续对液体淬火介质进行搅拌；碳钢工件在无氧条件下奥氏体化的方法包括以下步骤：在真空环境中将碳钢工件加热至奥氏体化温度后进行保温处理。该方法通过惰性气体产生的压力使工件表面蒸汽膜迅速破裂，并将碳钢工件淬入液体淬火介质过程中及在冷却过程持续对其进行搅拌，使碳钢工件淬入液体淬火介质后碳钢工件表面蒸气膜破裂速度进一步加快，使过冷奥氏体能够以大于临界冷速转变为马氏体，淬火后得到较高和较均匀的硬度。较高和较均匀的硬度。较高和较均匀的硬度。

【技术实现步骤摘要】
一种碳钢工件的真空热处理方法


[0001]本专利技术涉及一种碳钢工件的真空热处理方法，属于钢的热处理


技术介绍

[0002]ML25材料是一种冷镦用钢，化学成分见表1，易于成型，常用于加工具备中低强度、良好塑韧性的连接件和紧固件，该材料制造的螺栓、螺柱、托板螺母等紧固件在航天领域应用非常广泛。为提高紧固件的性能，需要对紧固件进行淬火处理。但是由于材料碳含量低，淬透性较差，采用传统方法进行真空淬火后部分紧固件洛氏硬度低于20HRC，无法达到预期热处理力学性能。
[0003]表1ML25化学成分(质量分数，％)
[0004]CMnSiCrCuSP0.22～0.30≤0.6≤0.2≤0.2≤0.2≤0.035≤0.035

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种碳钢工件的真空热处理方法，能够显著提高碳钢工件真空热处理的硬度。
[0006]为了实现以上目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0007]一种碳钢工件的真空热处理方法，包括以下步骤：将碳钢工件在无氧条件下奥氏体化后，在惰性气氛中淬入已进行脱气处理的液体淬火介质中进行冷却，在将碳钢工件淬入液体淬火介质过程中以及碳钢工件冷却过程中持续对液体淬火介质进行搅拌；碳钢工件在无氧条件下奥氏体化的方法包括以下步骤：在真空环境中将碳钢工件加热至奥氏体化温度后进行保温处理；所述碳钢工件为低碳钢工件或中碳钢工件。
[0008]本专利技术的碳钢工件的真空热处理方法，奥氏体化后的碳钢工件在惰性气氛中淬入液体淬火介质，由于惰性气氛在液体淬火介质上方产生一定压强使碳钢工件表面蒸汽膜迅速破裂，并将碳钢工件淬入液体淬火介质过程中及在冷却过程中持续对液体淬火介质进行搅拌，使碳钢工件淬入液体淬火介质后碳钢工件表面蒸气膜破裂速度进一步加快，使过冷奥氏体能够以大于临界冷速转变为马氏体，淬火后得到较高和较均匀的硬度。
[0009]本专利技术中的低碳钢工件是指碳含量低于0.25％的碳素钢，中碳钢工件是指碳含量为0.25～0.6％的碳素钢工件。在将碳钢工件淬入液体淬火介质过程中以及碳钢工件冷却过程中持续对液体淬火介质进行搅拌，具体实施时在将碳钢工件淬入液体淬火介质前开始对液体淬火介质进行搅拌，在碳钢工件淬入液体冷却介质过程中以及淬入液体淬火介质后持续对液体淬火介质进行搅拌。
[0010]进一步地，碳钢工件在无氧条件下奥氏体化的方法还包括以下步骤：保持碳钢工件在奥氏体化温度，在真空环境中充入惰性气体形成惰性气氛，然后结束碳钢工件在奥氏体化温度的保温。
[0011]进一步地，从将碳钢工件加热至奥氏体化温度开始到奥氏体化温度保温结束的总
时间为60～70min。例如碳钢工件真空环境中进行保温处理的时间为50～60min。为了防止充入惰性气体过程碳钢工件温度下降，在奥氏体化温度保温结束前，在真空环境中充入惰性气体形成惰性气氛。进一步地，从开始充入惰性气体到奥氏体化温度保温结束的时间为8～12min，例如为10min。在真空环境开始充入惰性气体的m分钟内达到设定的惰性气体压力，m为5～7。例如设定的惰性气体的压力为6
×
104～8
×
104Pa。
[0012]进一步地，所述真空热处理方法采用双室油淬加压气冷真空炉进行，所述奥氏体化在双室油淬加压气冷真空炉的加热室中进行，所述冷却在双室油淬加压气冷真空炉的冷却室中进行。所述真空环境通过对加热室抽真空形成；在真空环境中充入惰性气体前，停止对加热室抽真空，然后在加热室和冷却室同时充入惰性气体形成惰性气氛，奥氏体化温度的保温结束后，打开隔热门连通加热室和冷却室，将碳钢工件转移到冷却室，关闭隔热门后将碳钢工件淬入液体淬火介质。液体淬火介质位在冷却室的下方。可以理解的是在冷却室充入惰性气体前，冷却室也处于真空环境中。为了使加热室和冷却室维持压力平衡，在加热室充入惰性气体的同时也在冷却室内充入惰性气体。冷却室也在开始充入惰性气体的m分钟内达到设定的惰性气体压力。
[0013]进一步地，所述真空环境的真空度为0.13～13.3Pa。将碳钢工件在真空环境中进行保温处理可以避免碳钢工件表面氧化脱碳，保持碳钢工件表面的光泽。
[0014]通过在液体淬火介质表面以及液体淬火介质上方施加一定压力的惰性气体，破坏双室真空油淬气冷炉冷却室的真空状态，可以使碳钢工件表面蒸汽膜迅速破裂。为进一步加快蒸气膜破裂，所述惰性气氛中惰性气体的压力为6
×
104Pa～8
×
104Pa。优选地，所述惰性气体为氩气。进一步地，所述氩气的纯度为99.999％。
[0015]进一步地，所述碳钢工件为ML25碳钢工件或45#碳钢工件。所述碳钢工件为ML25碳钢工件时，所述奥氏体化温度为880～900℃，例如890℃。所述碳钢工件为45#碳钢工件时，所述奥氏体化温度为820～860℃，例如为840℃。更进一步地，所述ML25工件为ML25碳钢紧固件。所述45#碳钢工件为45#碳钢紧固件。
[0016]进一步地，将碳钢工件加热至奥氏体化温度前，先在真空环境中将碳钢工件加热至650～720℃进行预热处理，然后再升温至奥氏体化温度。如预热处理的温度680℃。进一步地，预热处理的时间为60～70min，例如65min。升温至预热处理的温度的速率为10～30℃/min，例如为20℃/min。由预热处理的温度升温至奥氏体化温度的速率为10～30℃/min，例如为20℃/min。
[0017]为了降低液体淬火介质的运动粘度，进一步地，所述液体淬火介质的温度为45～65℃，液体淬火介质的运动粘度越小，流动性越好，越能够在搅拌时加快带走工件的热量，钢工件淬火后的硬度和均匀性较好。进一步地，碳钢工件在液体淬火介质中的冷却时间为8～10min。进一步地，所述液体淬火介质为真空淬火油。
[0018]为避免往真空环境中充入惰性气体时，碳钢工件温度下降，进一步地，奥氏体化前将碳钢工件装入料筐并在碳钢工件上覆盖不锈钢网，在将碳钢工件淬入液体淬火介质时，将碳钢工件连同料筐以及覆盖在碳钢工件上的不锈钢网一同淬入液体淬火介质中。将碳钢工件装入料筐，在碳钢上放置的不锈钢网能够起到保温作用。例如，所述不锈钢网的覆盖层数为2层，不锈钢网的目数为16目。碳钢工件在料筐中的装料厚度不大于30mm。
[0019]进一步地，所述碳钢工件的真空热处理方法，还包括以下步骤：将碳钢工件从液体
淬火介质中取出后进行回火处理。优选地，所述回火处理的温度为350～540℃，例如480℃。所述回火处理的时间为90～120min。进一步地，进行回火处理前，先将碳钢工件从液体淬火介质中取出后进行清洗。进一步地，碳钢工件从液体淬火介质中取出后2小时内进行所述回火处理。进一步地，回火处理后对碳钢工件进行冷却处理，所述冷却处理优选为空冷。回火处理前，将碳钢工件装入料筐，碳钢工件在料筐内的装料厚度不大于30mm。
附图说明
[0020]图1为实施例1的热处理方法的步骤3)中ML25碳钢本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳钢工件的真空热处理方法，其特征在于：包括以下步骤：将碳钢工件在无氧条件下奥氏体化后，在惰性气氛中淬入已进行脱气处理的液体淬火介质中进行冷却，在将碳钢工件淬入液体淬火介质过程中以及碳钢工件在冷却过程中持续对液体淬火介质进行搅拌；碳钢工件在无氧条件下奥氏体化的方法包括以下步骤：在真空环境中将碳钢工件加热至奥氏体化温度后进行保温处理；所述碳钢工件为低碳钢工件或中碳钢工件。2.根据权利要求1所述的碳钢工件的真空热处理方法，其特征在于：碳钢工件在无氧条件下奥氏体化的方法还包括以下步骤：保持碳钢工件在奥氏体化温度，在真空环境中充入惰性气体形成惰性气氛，然后结束碳钢工件在奥氏体化温度的保温。3.根据权利要求2所述的碳钢工件的真空热处理方法，其特征在于：从将碳钢工件加热至奥氏体化温度开始到奥氏体化温度保温结束的总时间为60～70min；从开始充入惰性气体到奥氏体化温度保温结束的时间为8～12min；在真空环境开始充入惰性气体的m分钟内达到设定的惰性气体压力，m为5～7。4.根据权利要求2或3所述的碳钢工件的真空热处理方法，其特征在于：所述真空热处理方法采用双室油淬加压气冷真空炉进行，所述奥氏体化在双室油淬加压气冷真空炉的加热室中进行，所述冷却在双室油淬加压气冷真空炉的冷却室中进行；所述真空环境通过对加热室抽真空形成；在真空环境中充入惰性气体前，停止对加热室抽真空，然后在加热室和冷却室同时充入惰性气体形成惰性气氛，奥氏体化温度的保温结束后，打开隔热门连通加热室和冷却室，将碳钢工件转移到冷却室，关闭隔热门后将碳钢工件淬入液体淬火介质。5.根据权利要求1或2或3所述的碳钢工件的真空热处理方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈亚秋，李建坤，王欢，关海瑛，
申请(专利权)人：北京首航科学技术开发有限公司，
类型：发明
国别省市：