一种贝氏体-马氏体复相钢/铁分级等温淬火热处理方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种贝氏体-马氏体复相钢/铁分级等温淬火热处理方法和装置，属 于金属材料热处理工艺技术领域。
【背景技术】
[0002] 贝氏体/马氏体复相组织的铸(锻)钢件或铸铁件由于具有优良的耐磨性能和优异 的综合力学性能，广泛应用于耐磨、耐冲击、高强度和高韧性等多种场合中的磨球、衬板中。 传织的方式主要有：（1)采用等温淬火工艺获得，即将奥氏体化后的工件急冷到下贝氏体 温度区等温转变后，再淬火到马氏体转变点以下，获得贝氏体/马氏体复相组织。此方法中 等温介质一般为硝酸盐或淬火油。该工艺的缺点是：能耗大、淬火介质易污染环境、工件易 开裂变形等；（2)通过合金化在空冷或铸态条件下获得贝氏体，即通过加入一定量的合金 元素 Mo、Ni、B等，使CCT曲线右移，推迟高温转变，以适宜的冷却速度使过冷奥氏体连续通 过贝氏体转变的中温区，从而在空冷条件下获得贝氏体/马氏体复相组织。该工艺与工艺 (1)相比，具有节约能源、减少环境污染的特点，但合金元素加入后易形成碳化物或氧化物， 影响材料性能，从而导致材料成本上升、使用性能较差等不足。
[0003] 针对传统钢铁热处理获得贝氏体方法的缺点，中国发明专利CN102605145A公开 了一种钢铁等温淬火-回火冷却工艺，该工艺直接将工件一次性淬到马氏体转变温度线以 下，再用加热炉进行回火，之后再次进行水淬，反复进行水淬-回火，最后使工件处于贝氏 体转变区，利用余热进行贝氏体等温转变，解决了大型工件强韧化处理淬透性难题，环保无 污染，但该工艺存在的问题主要有：（1)热处理时一次性淬到较低温度，工件内外因冷却速 度相差较大，导致热应力较大，容易产生裂纹或增加开裂倾向；（2)反复回火增加了能源消 耗，操作繁杂，不利于产业化。中国发明专利CN1944691A公布了一种贝氏体球墨铸铁的控 制冷却热处理工艺及装置，该工艺采用水作为淬火介质，利用所设计的控制冷却热处理装 置将水雾化，在球墨铸铁工件奥氏体化后进行喷淋，迅速冷却到贝氏体转变区后终止喷淋， 该工艺能节约大量的能源，减少合金元素的加入，降低环境污染，操作简单，但存在的问题 主要有：（1)喷淋时不能保证工件表面所有部位喷水的均匀性，特别是球形工件，难以保证 各部位喷水量相同，冷却速度也就不尽相同，导致组织应力集中；（2)对于尺寸较大的工 件，表面层与心部冷却速度相差较大，表面层处于贝氏体转变温度时，心部温度仍然较高， 处于珠光体温度区，停止喷淋，内部温度向外传导，导致表层温度升高，容易生成上贝氏体， 导致组织性能变差，且组织的均匀性也较差。
[0004] 综上所述，现有的技术对于壁厚较大的工件在进行贝氏体转变时，没有或无法有 效的控制表面与心部的冷却速度，导致表面与心部的组织力学性能差异大，使用过程中易 开裂。
【发明内容】
[0005] 针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种贝氏体-马氏体复相钢/ 铁分级等温淬火热处理方法和装置。本发明针对壁厚较大的工件在获得贝氏体时无法攻克 淬透性的问题，通过"锯齿状"分级等温淬火获得性能优越的贝氏体/马氏体复相组织，本 发明通过以下技术方案实现。
[0006] -种贝氏体-马氏体复相钢/铁分级等温淬火热处理方法，首先将工件奥氏体化 后投入循环水中水冷而不冷透，水冷过后在空气中利用余热回温使工件内外温度相近，然 后再将内外温度相近的工件投入循环水中水冷，每次水冷和余热回温形成一次循环热处理 过程，经循环次数为N的分级等温淬火循环热处理后工件平均温度处于贝氏体转变温度区 间时，工件利用余热堆冷或保温箱保温进行贝氏体等温转变；最后空冷至室温，完成马氏体 转变，得到贝氏体-马氏体组织的贝氏体-马氏体复相钢/铁。
[0007] 其具体步骤如下： 步骤1、首先将工件在850~950°c进行奥氏体化，其中按工件有效厚度每IOOmm保温2h 进行保温； 步骤2、将步骤1的奥氏体化后的工件投入到循环水中水冷而不冷透，第一次水冷时间 T1按工件有效厚度每5~6_水冷I s计算，将工件由水中取出，在空气中利用余热回温，以使 工件内外温度相近，第一次回温时间h按第一次水冷时间T ^勺3/4计算，每次水冷和余热 回温形成一次循环热处理过程，经循环次数为N的分级等温淬火循环热处理，工件表面层 的温度呈"锯齿状"下降趋势，如图1所示，当工件平均温度为贝氏体转变温度时，工件利用 余热堆冷或保温箱保温进行贝氏体等温转变； 步骤3、将经步骤2处理过后的工件空冷至室温，完成马氏体转变，得到贝氏体-马氏体 组织的贝氏体-马氏体复相钢/铁。
[0008] 所述步骤2循环热处理过程中水冷时间与回温时间逐步递减，第η次水冷时间Tn、 第η次回温时间tn、循环次数为N根据下列公式确定：
【主权项】
1. 一种贝氏体-马氏体复相钢/铁分级等温淬火热处理方法，其特征在于：首先将工 件奥氏体化后投入循环水中水冷而不冷透，水冷过后在空气中利用余热回温使工件内外温 度相近，然后再将内外温度相近的工件投入循环水中水冷，每次水冷和余热回温形成一次 循环热处理过程，经循环次数为N的分级等温淬火循环热处理后工件平均温度处于贝氏体 转变温度区间时，工件利用余热堆冷或保温箱保温进行贝氏体等温转变；最后空冷至室温， 完成马氏体转变，得到贝氏体-马氏体组织的贝氏体-马氏体复相钢/铁。
2. 根据权利要求1所述的贝氏体-马氏体复相钢/铁分级等温淬火热处理方法，其特 征在于具体步骤如下： 步骤1、首先将工件在850~950°C进行奥氏体化，其中按工件有效厚度每100mm保温2h进行保温； 步骤2、将步骤1的奥氏体化后的工件投入到循环水中水冷而不冷透，第一次水冷时间 按工件有效厚度每5~6_水冷1s计算，将工件由水中取出，在空气中利用余热回温，以使 工件内外温度相近，第一次回温时间h按第一次水冷时间T:的3/4计算，每次水冷和余热 回温形成一次循环热处理过程，经循环次数为N的分级等温淬火循环热处理后工件平均温 度为贝氏体转变温度时，工件利用余热堆冷或保温箱保温进行贝氏体等温转变； 步骤3、将经步骤2处理过后的工件空冷至室温，完成马氏体转变，得到贝氏体-马氏体 组织的贝氏体-马氏体复相钢/铁。
3. 根据权利要求2所述的贝氏体-马氏体复相钢/铁分级等温淬火热处理方法，其特 征在于：所述步骤2循环热处理过程中水冷时间与回温时间逐步递减，第n次水冷时间Tn、 第n次回温时间tn、循环次数为N根据下列公式确定：
其中D为工件的有效厚度，单 位为mm，]为系数取5~6mm/s，図为系数取16~20mm，n为1、2、3、…、N。
4. 根据权利要求2或3所述的贝氏体-马氏体复相钢/铁分级等温淬火热
处理方法，其特征在于：所述步骤2贝氏体等温转变时间^胃&根据下列公式确 定： ，其中为工件的有效厚度，单位为mm，为系数取 _| irfim 0. 5~0. 8min/mm〇
5. -种贝氏体-马氏体复相钢/铁分级等温淬火热处理装置，其特征在于：包括工作 台（1)、导轨支架（2)、导轨（3)、可调速电机（4)、水箱（5)、感应器（7)、多孔篮筐（8)、气缸 (9)、PLC控制箱（11)和气缸接气孔（12)，工作台（1)上表面焊接导轨支架（2)，导轨支架 (2)上焊接导轨（3)，可调速电机（4)用螺栓固定于工作台（1)上，可调速电机（4)与导轨（3) 通过传送带和齿轮混合连接，水箱（5)位于导轨支架（2)的下端，气缸（9)与导轨（3)通过 卡扣机械嵌合，气缸（9)上设有气缸接气孔（12)，气缸接气孔（12)通过导管与空气压缩机 连接，气缸（9)的下端设有多孔篮筐（8)，导轨支架（2)中间位置设有感应器（7)，可调速电 机（4)、感应器（7)、空气压缩机与PLC控制箱（11)相连。
6. 根据权利要求5所述的贝氏体-马氏体复相钢/铁分级等温淬火热处理装置，其特 征在于：所述导轨（3)为环形跑道结构。
7. 根据权利要求5所述的贝氏体-马氏体复相钢/铁分级等温淬火热处理装置，其特 征在于：所述水箱（5 )下端设有入水口（ 10 )，上端设有出水口（ 6 )。
8. 根据权利要求5所述的贝氏体-马氏体复相钢/铁分级等温淬火热处理装置，其特 征在于：当进行水冷时，将多孔篮筐（8)内的工件通过气缸（9)伸长置于水箱（5)中，达到水 冷时间后气缸（9)压缩将多孔篮筐（8)内的工件进行回温，到达回温时间后，气缸（9)伸长 将多孔篮筐（8)内的工件置于水箱（5)进行水冷，如此循环直至满足实际所需循环次数。
【专利摘要】本发明涉及一种贝氏体-马氏体复相钢/铁分级等温淬火热处理方法和装置，属于金属材料热处理工艺技术领域。将奥氏体化后的工件水冷一定时间，然后取出空冷，利用余热回温使工件内外温度相近，此为一个热处理循环，进行多个循环之后，使工件内外同时进入下贝氏体转变温度区，再利用余热堆冷或保温箱保温进行等温转变，最后空冷完成马氏体转变。采用该方法能够克服壁厚较大的工件淬火易开裂或产生早期裂纹的弊病，得到的组织均匀与综合力学性能良好，运行可靠，成本低，绿色环保。
【IPC分类】C21D1-20, C21D1-60
【公开号】CN104561462
【申请号】CN201410799407
【发明人】李祖来, 潘伟, 蒋业华, 山泉, 冯志扬, 周荣
【申请人】昆明理工大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月22日