一种提高05Cr17Ni4Cu4Nb钢制零件硬度的热处理工艺方法
【技术领域】
[0001]本发明属于热处理工艺技术领域，特别涉及05Crl7Ni4Cu4Nb钢制造的高强度零件的热处理工艺方法。
【背景技术】
[0002]05Crl7Ni4Cu4Nb钢属于沉淀硬化不锈钢，根据GB/T1220-2007不锈钢棒表10沉淀硬化型不锈钢棒的力学性能及表A5沉淀硬化型不锈钢棒的规范热处理制度所述，05Crl7Ni4Cu4Nb 钢经(1020-1060) °C 快冷固溶、再经 480°C (470 °C -490 °C )时效，其硬度可达到布氏硬度HBW彡375、洛氏硬度HRC彡40，而有些资料上介绍，该材料固溶+480°C时效极限硬度值能达到HRC45左右。若想通过热处理使其硬度提高到洛氏硬度HRC ^ 48，经过我们多次工艺试验，采用现有规范的热处理工艺方法是很难实现的。
[0003]申请人单位某型产品所用零件齿轮，图纸设计要求:材料05Crl7Ni4Cu4Nb，热处理要求HRC48-52。我们采用规范的热处理工艺方法为:棒料毛坯固溶、机加成型后时效。通过多次工艺试验，不断调整工艺参数，实验结果齿轮零件洛氏硬度仅有HRC42-45，达不到图纸设计要求的洛氏硬度HRC48-52，致使该齿轮零件的生产加工出现了卡壳问题，直接影响着该型产品的生产质量。
【发明内容】
[0004]为了提高05Crl7Ni4Cu4Nb钢制齿轮的热处理加工质量，解决该齿轮零件按照本领域通用的规范热处理工艺方法进行处理时，硬度达不到图纸设计要求的问题，申请人突破本技术领域中对05Cr 17Ni4Cu4Nb钢热处理得到固有方法，提出了一种新的热处理方法，在固溶后增加了冰冷处理，同时延长了固溶加热时间。采用这种新的热处理工艺方法加工的齿轮，其硬度可提高到洛氏硬度HRC48-49，符合产品图纸、工艺技术要求，解决了这一工艺难点。
[0005]具体的技术方案为:
[0006]所述一种提高05Crl7Ni4Cu4Nb钢制零件硬度的热处理工艺方法，其特征在于:所述05Crl7Ni4Cu4Nb钢制零件硬度至少达到HRC48 ;方法包括以下步骤:
[0007]步骤1:对05Crl7Ni4Cu4Nb棒料毛坯预热，加热温度为800°C -850°C ；
[0008]步骤2:对05Crl7Ni4Cu4Nb棒料毛坯固溶淬火，加热温度为1030°C -1060°C，保温时间为3分钟加上棒料有效直径乘以1.8?2.0分钟/毫米；
[0009]步骤3:对05Crl7Ni4Cu4Nb棒料毛坯冰冷处理，温度为_60°C?-70°C，保温时间为60-75分钟；
[0010]步骤4:对05Crl7Ni4Cu4Nb棒料机加成型后时效处理。
[0011]有益效果
[0012]在本技术领域，对于05Crl7Ni4Cu4Nb不锈钢的热处理方法已经有了大家公认的技术规范，但申请人发现按照该技术规范难以实现05Crl7Ni4Cu4Nb钢的洛氏硬度达到HRC48-52的技术要求，为此申请人提出了以新的盐浴加热、水冷淬火固溶+冰冷深冷处理+机械加工成型后时效的热处理加工工艺方法，增加了冰冷处理，并延长了固溶加热时间。采用这种新的热处理工艺方法加工的05Crl7Ni4Cu4Nb钢齿轮，其硬度可提高到洛氏硬度HRC48-49，符合产品图纸、工艺技术要求。
【附图说明】
[0013]图1:横截面金相组织，其中 a、100X ;b、500X ;c、500X ;d、500X。
[0014]图2:纵截面金相组织，100X。
[0015]图3:晶粒度，400X。
[0016]图4:透射电镜组织，其中a、200K，细小析出；b、15K，低倍形貌；c、27.5K，奥氏体；d、奥氏体电子衍射；e、20K，奥氏体；f、20K，奥氏体；g、88K，NbC ;h、NbC,电子衍射。
【具体实施方式】
[0017]下面结合具体实施例描述本发明:
[0018]本实施例中要对某产品零件齿轮进行加工，图纸设计要求:材料05Crl7Ni4Cu4Nb，供货状态:热轧，规格:Φ20Χ400，热处理要求HRC48-52。由于采用规范热处理方法进行多次工艺试验，不断调整工艺参数，实验结果齿轮零件洛氏硬度仅有HRC42-45，达不到图纸设计要求的洛氏硬度HRC48-52，因此对采用现有规范热处理工艺方法进行固溶、时效零件的金相组织进行了分析:
[0019]图1中横截面金相组织显示有回火马氏体+少量贝氏体+颗粒状的δ-铁素体，图2中纵截面金相组织显示有回火马氏体+少量贝氏体+延轧制方向的δ-铁素体；图3中显示晶粒度级别为10级。从金相组织照片可以看出组织中存在少量贝氏体和铁素体，这些组织会影响材料最终的时效强化硬度。为了减少或消除这些组织，可以通过延长固溶加热时间解决。
[0020]图4的透射电镜组织中可以看出，图4-a的细小析出是第二相的强化相，图4_b是马氏体板条形貌，未观察到明显渗碳体的析出，图4-c马氏体板条间有部分奥氏体存在，其衍射图见图图4-d ;图4-e和图4-f中奥氏体为细小块状形貌；图4-g中马氏体基体上可观察到NbC颗粒。通过透射电镜组织分析，可以观察到组织中存在奥氏体。而奥氏体的存在将在很大程度上影响材料的时效强化硬度。采取深冷处理，使奥氏体全部转化成马氏体，通过增加马氏体量来提高材料的时效强化硬度。
[0021]通过上述分析，采用现有规范热处理工艺方法，材料固溶组织中仍存在较多的贝氏体、铁素体和奥氏体，它们将在一定程度上影响材料固溶后时效强化硬度。因此，我们在新工艺方法设计中，增加了冰冷处理，并延长了固溶加热时间。经过多次工艺试验，确定了盐浴加热、水冷淬火固溶+冰冷深冷处理+机械加工成型后时效的热处理加工工艺方法。采用这种新的热处理工艺方法加工的齿轮，其硬度可提高到洛氏硬度HRC48-49，符合产品图纸、工艺技术要求，解决了这一工艺难点。
[0022]本实施例中具体的工艺步骤为:
[0023]步骤1:对05Crl7Ni4Cu4Nb棒料毛坯预热，加热设备为中温盐浴炉，加热温度为800°C -850°C ;预热时间以棒料毛坯透热为止；
[0024]步骤2:对05Crl7Ni4Cu4Nb棒料毛坯固溶淬火，加热设备为高温盐浴炉，加热温度为1030°C -1060°C，保温时间为3分钟加上棒料有效直径乘以1.8?2.0分钟/毫米；冷却剂采用水温< 40°C的自来水，冷却方法为将棒料毛坯浸入冷却剂中冷却至冷却剂温度；
[0025]步骤3:对05Crl7Ni4Cu4Nb棒料毛坯冰冷处理，设备为冷冻箱，温度为-60°C?_70°C，保温时间为60-75分钟，而后出箱空冷至室温；
[0026]步骤4:对05Cr17Ni4Cu4Nb棒料机加成型后时效处理，加热设备为真空炉，加热温度为480°C _490°C，保温时间为4小时，冷却方法为随炉冷至室温，真空炉真空度彡 6X1 O^2Pa ο
[0027]上述工艺步骤的关键在于步骤2和步骤3，步骤2中保温时间为3分钟加上棒料有效直径乘以1.8?2.0分钟/毫米，比规范要求的保温时间长，使钢组织中的铁素体及贝氏体尽量多的转变成奥氏体，以便冰冷深冷处理时形成更多量的马氏体；而步骤3采用冰冷深冷处理，使残余奥氏体尽可能转变为马氏体，以保证时效时获得比较高的硬度。
【主权项】
1.一种提高05Crl7Ni4Cu4Nb钢制零件硬度的热处理工艺方法，其特征在于:所述05Crl7Ni4Cu4Nb钢制零件硬度至少达到HRC48 ;方法包括以下步骤: 步骤1:对05Crl7Ni4Cu4Nb棒料毛坯预热，加热温度为800°C -850°C ； 步骤2:对05Crl7Ni4Cu4Nb棒料毛坯固溶淬火，加热温度为1030°C _1060°C，保温时间为3分钟加上棒料有效直径乘以1.8?2.0分钟/毫米； 步骤3:对05Crl7Ni4Cu4Nb棒料毛坯冰冷处理，温度为_60°C?_70°C，保温时间为60-75分钟； 步骤4:对05Crl7Ni4Cu4Nb棒料机加成型后时效处理。
【专利摘要】本发明提出一种提高05Cr17Ni4Cu4Nb钢制零件硬度的热处理工艺方法，能够使05Cr17Ni4Cu4Nb钢制零件硬度至少达到HRC48，具体的方法为盐浴加热、水冷淬火固溶+冰冷深冷处理+机械加工成型后时效。该方法通过延长固溶保温时间，使钢组织中的铁素体及贝氏体尽量多的转变成奥氏体，增加了冰冷深冷处理过程，使残余奥氏体尽可能转变为马氏体，以保证时效时获得比较高的硬度，从而解决了按照现有技术规范难以实现05Cr17Ni4Cu4Nb钢的洛氏硬度达到HRC48-52技术要求的问题。
【IPC分类】C21D1-00, C21D6-00
【公开号】CN104694709
【申请号】CN201510101251
【发明人】冯小林, 张溦, 高文涛, 李党军, 李铁麟, 吕耀斌, 党平
【申请人】中船重工西安东仪科工集团有限公司
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月9日