一種20CrNi2MoV鋼表面和心部組織的調(diào)控方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熱處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種20CrNi2MoV鋼表面和心部組織的調(diào)控方法。
【背景技術(shù)】
[0002]20CrNi2MoV鋼是一種優(yōu)質(zhì)的低碳中合金結(jié)構(gòu)鋼，合金配比良好。20CrNi2MoV鋼通過滲碳及熱處理后表面會(huì)獲得高的硬度、耐磨性，高的疲勞強(qiáng)度，同時(shí)心部還會(huì)具有高的強(qiáng)韌性，可用于制造鐵路軸承套圈。由于鐵路軸承必須具有在高速運(yùn)轉(zhuǎn)服役條件下的高可靠性、耐沖擊性和變軸向負(fù)荷承載能力，這就需要其裝配的軸承必須能夠承受更大沖擊負(fù)荷，表面必須具有較高硬度和良好的耐磨性，同時(shí)心部仍保持足夠的強(qiáng)度和韌性，因此采用滲碳及熱處理工藝對(duì)軸承表面和心部的組織調(diào)控至關(guān)重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種20CrNi2MoV鋼表面和心部組織的調(diào)控方法，本發(fā)明的20CrNi2MoV鋼適用于制造鐵路軸承套圈，即通過對(duì)20CrNi2MoV鋼表面滲碳及隨后熱處理，使其具備表面高硬度同時(shí)心部保持高強(qiáng)度和高韌性的良好配合。
[0004]本發(fā)明的20CrNi2MoV鋼，化學(xué)成分的重量百分比為:C:0.16?0.22 %，Mn:0.30 ?0.45%, Si:0.4 ?0.6%，P:彡 0.008%, S..( 0.002%, Cr:0.30 ?0.45%, Mo:
0.20 ?0.35%, Ni:1.8 ?2.0%, V:0.12 ?0.18%, Nb:0.02 ?0.06%，余量為 Fe。
[0005]本發(fā)明的20CrNi2MoV鋼表面和心部組織的調(diào)控方法，包括以下步驟:
[0006]步驟I，熔煉:按照20CrNi2MoV鋼的化學(xué)成分，熔煉，并鍛造成型；
[0007]步驟2，表面滲碳處理:
[0008]采用強(qiáng)滲和擴(kuò)散兩步工藝對(duì)20CrNi2MoV鋼進(jìn)行表面滲碳，滲碳溫度為900°C?9450C，強(qiáng)滲的碳勢為1.2?1.3%，滲碳時(shí)間為10?15h，擴(kuò)散的碳勢為0.9?I %，擴(kuò)散時(shí)間為12?18h，滲碳層厚度為2.0?2.3mm ；
[0009]步驟3，后續(xù)熱處理:
[0010](I) 20CrNi2MoV鋼滲碳結(jié)束后，隨爐冷卻至860?880°C，再出爐油冷至室溫，油溫為50?80Γ:
[0011](2)進(jìn)行低溫回火:回火溫度為180?200°C，回火時(shí)間為2?3h ;
[0012](3)進(jìn)行二次淬火:淬火溫度為820°C?880°C，再出爐油冷至室溫，油溫為50?80 0C ；
[0013](4)進(jìn)行水浴處理:水浴溫度為80?90°C，水浴時(shí)間為30?45min ；
[0014](5)水浴處理后立即進(jìn)行深冷處理:深冷處理溫度為-70?-80 °C，深冷處理時(shí)間為1.5?2h ;
[0015](6)進(jìn)行回火處理:回火溫度為160?200°C，回火時(shí)間為2?3h。
[0016]本發(fā)明的20CrNi2MoV鋼表面和心部組織的調(diào)控方法，提出的二次淬火之后的水浴處理+深冷處理代替了傳統(tǒng)的一次淬火后的高溫長時(shí)間回火，具有顯著的工藝特點(diǎn):
[0017](I)傳統(tǒng)的熱處理工藝是一次淬火后的進(jìn)行750°C，8?1h長時(shí)間高溫回火，其直接目的是將穩(wěn)定的淬火后殘余奧氏體進(jìn)行充分的分解，降低殘余奧氏體的穩(wěn)定性，從而在二次淬火時(shí)降低殘余奧氏體的量，以此增加軸承的尺寸穩(wěn)定性。本發(fā)明的調(diào)控方法采用二次淬火之后的水浴處理+深冷處理代替了傳統(tǒng)的一次淬火后的高溫長時(shí)間回火，極大地縮短了熱處理工期，同時(shí)大大降低了能耗。
[0018](2)本發(fā)明的調(diào)控方法，采用低于100°C，30?40min的水浴處理一方面沒有引起殘余奧氏體的穩(wěn)定化，另一方面避免了淬火后立即進(jìn)行深冷處理，由于殘余奧氏體急速的馬氏體轉(zhuǎn)變以及淬火應(yīng)力作用所導(dǎo)致的深冷處理裂紋的產(chǎn)生，使得深冷處理效果更加有效。
[0019](3)采用二次淬火后的水浴處理+深冷處理工藝結(jié)果使得軸承套圈表面及心部微觀組織產(chǎn)生了不同程度的不可逆轉(zhuǎn)變，殘余奧氏體在低溫下發(fā)生了分解，轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，針狀馬氏體發(fā)生分解，亞結(jié)構(gòu)細(xì)化并彌散析出微細(xì)碳化物，極大提高了表面硬度及耐磨性；心部貝氏體組織中的殘余奧氏體一部分發(fā)生轉(zhuǎn)變，一部分在低溫下被穩(wěn)定化而保留下來，這種穩(wěn)定的殘余奧氏體提高了心部的強(qiáng)韌性。
[0020](4)采用本發(fā)明的調(diào)控方法制備出的20CrNi2MoV鋼，用做軸承套圈，大大降低了軸承套圈滲碳層的殘余奧氏體量，與傳統(tǒng)的熱處理工藝獲得軸承套圈比較具有更好的硬度和耐磨性。
【附圖說明】
[0021]圖1本發(fā)明實(shí)施例的表面滲碳處理的工藝曲線圖；
[0022]圖2本發(fā)明實(shí)施例的表面滲碳處理后的后續(xù)熱處理的工藝曲線圖；
[0023]圖3本發(fā)明實(shí)施例1經(jīng)表面和心部組織調(diào)控后的20CrNi2MoV鋼表面組織的金相圖片；
[0024]圖4本發(fā)明實(shí)施例1經(jīng)表面和心部組織調(diào)控后的20CrNi2MoV鋼心部組織的金相圖片。
具體實(shí)施例
[0025]以下實(shí)施例采用的20CrNi2MoV鋼，成分按質(zhì)量百分含量為:C:0.18 %，Mn:
0.36%, Si:0.45%, P:0.006%, S:0.002%, Cr:0.35%, Mo:0.27%, Ni:1.8%, V:0.14%,Nb:0.03%，余量為 Fe。
[0026]以下實(shí)施例中，步驟I的表面滲碳處理的工藝曲線圖如圖1所示；步驟2的后續(xù)熱處理的工藝曲線圖如圖2所示。采用掃描電鏡測得鋼的滲碳層厚度。
[0027]實(shí)施例1
[0028]20CrNi2MoV鋼表面和心部組織的調(diào)控方法，包括以下步驟:
[0029]步驟1，熔煉:按照20CrNi2MoV鋼的化學(xué)成分，熔煉，并鍛造成型，制成40mm X 40mm X 80mm的長方體試樣；
[0030]步驟2，表面滲碳處理:
[0031]采用強(qiáng)滲和擴(kuò)散兩步工藝對(duì)20CrNi2MoV鋼進(jìn)行表面滲碳，滲碳溫度為900°C，強(qiáng)滲的碳勢為1.25%，滲碳時(shí)間為10h，擴(kuò)散的碳勢為0.95%，擴(kuò)散時(shí)間為15h。
[0032]步驟3，后續(xù)熱處理:
[0033](l)20CrNi2MoV鋼滲碳結(jié)束后，隨爐冷卻至880 °C，再出爐油冷至室溫，油溫為50 0C ；
[0034](2)進(jìn)行低溫回火:回火溫度為180°C，回火時(shí)間為2h ;
[0035](3)進(jìn)行二次淬火:淬火溫度為850°C，再出爐油冷至室溫，油溫為50°C ;
[0036](4)進(jìn)行水浴處理:水浴溫度為90 °C，水浴時(shí)間為30min ;
[0037](5)水浴處理后立即進(jìn)行深冷處理:深冷處理溫度為-80°C，深冷處理時(shí)間為
1.5h ；
[0038](6)進(jìn)行回火處理:回火溫度為160°C，回火時(shí)間為2h。
[0039]本實(shí)施例經(jīng)表面和心部組織調(diào)控后的試樣，表面和心部取樣進(jìn)行組織觀察和硬度測定，在心部取樣加工成標(biāo)準(zhǔn)室溫拉伸試樣和夏比沖擊試樣。結(jié)果表明，經(jīng)過本實(shí)施例的滲碳及熱處理工藝后，鋼的滲碳層厚度為2.1mm，表面硬度達(dá)到64HRC ;心部硬度35HRC，抗拉強(qiáng)度1405MPa，屈服強(qiáng)度1198MPa，室溫沖擊功109J ;試樣的表面和心部組織如圖3，4所示，可以看出經(jīng)過本發(fā)明的滲碳及熱處理工藝后表面組織主要為碎化的針狀馬氏體，心部為低溫回火的貝氏體組織。
[0040]實(shí)施例2
[0041]20CrNi2MoV鋼表面和心部組織的調(diào)控方法，包括以下步驟:
[0042]步驟1，熔煉:按照20CrNi2MoV鋼的化學(xué)成分，熔煉，并鍛造成型，制成40mm X 40mm X 80mm的長方體試樣；
[0043]步驟2，表面滲碳處理:
[0044]采用強(qiáng)滲和擴(kuò)散兩步工藝對(duì)20CrNi2MoV鋼進(jìn)行表面滲碳，滲碳溫度為920°C，強(qiáng)滲的碳勢為1.25%，滲碳時(shí)間為12h，擴(kuò)散的碳勢為0.9%，擴(kuò)散時(shí)間為18h。
[0045]步驟3，后續(xù)熱處理:
[0046](I) 20CrNi2MoV鋼滲碳結(jié)束后，隨爐冷卻至875 °C，再出爐油冷至室溫，油溫為50 0C ；
[0047](2)進(jìn)行低溫回火:回火溫度為180°C，回火時(shí)間為3h ;
[0048](3)進(jìn)行二次淬火:淬火溫度為820°C，再出爐油冷至室溫，油溫為50°C ;
[0049](4)進(jìn)行水浴處理:水浴溫度為90 °C，水浴時(shí)間為45min ;
[0050](5)水浴處理后立即進(jìn)行深冷處理:深冷處理溫度為-80°C，深冷處理時(shí)間為1.5h ；
[0051](6)進(jìn)行回火處理:回火溫度為170°C，回火時(shí)間為2h。
[0052]本實(shí)施例經(jīng)表面和心部組織調(diào)控后的試樣，表面和心部取樣進(jìn)行組織觀察和硬度測定，在心部取樣加工成標(biāo)準(zhǔn)室溫拉伸試樣和夏比沖擊試樣。結(jié)果表明，經(jīng)過本實(shí)施例的滲碳及熱處理工藝后，鋼的滲碳層厚度為2.15mm，表面硬度達(dá)到65HRC，心部硬度36HRC，抗拉強(qiáng)度1401MPa，屈服強(qiáng)度1203MPa，室溫沖擊功105J。
[0053]實(shí)施例3
[0054]20CrNi2MoV鋼表面和心部組織的調(diào)控方法，包括以下步驟:
[0055]步驟1，熔煉:按照20CrNi2MoV鋼的化學(xué)成分，熔煉，并鍛造成型，制成40mm X 40mm X 80mm的長方體試樣；
[0056]步驟2，表面滲碳處理:
[0057]采用強(qiáng)滲和擴(kuò)散兩步工藝對(duì)20CrNi2MoV鋼進(jìn)行表面滲碳，滲碳溫度為930°C，強(qiáng)滲的碳勢為1.2%，滲碳時(shí)間為12h，擴(kuò)散的碳勢為1.0%，擴(kuò)散時(shí)間為12h。
[0058]步驟3，后續(xù)熱處理:
[0059](I) 20CrNi2MoV鋼滲碳結(jié)束后，隨爐冷卻至860 °C，再出爐油冷至室溫，油溫為50 0C ；
[0060](2)進(jìn)行低溫回火:回火溫度為180°C，回火時(shí)間為2h ;
[0061](3)進(jìn)行二次淬火:淬火溫度為850°C，再出爐油冷至室溫，油溫為50°C ;
[0062](4)進(jìn)行水浴處理:水浴溫度為90 °C，水浴時(shí)間為40min ;
[0063](5)水浴處理后立即進(jìn)行深冷處理:深冷處理溫度為-80°C，深冷處理時(shí)間