[发明专利]42CrMoE热处理工艺

说明书

技术领域：

本发明属于往复式压缩机用42CrMoE材料热处理工艺，适用于所有往复式压缩机采用42CrMoE活塞杆热处理工艺。也可应用于要求硬度高、耐磨性耐腐蚀机械设备。

背景技术：

目前，往复式压缩机用42CrMoE活塞杆热处理工艺包含锻压成型、正火、调质、消应力、高频淬火及低温回火热处理工艺，表面硬化硬度只能达到HRC50左右，耐磨性很差。用户提出提高42CrMoE活塞杆表面硬度和耐磨性的要求。如果采用传统的热处理方法提高硬度值往往会造成表面淬火裂纹的产生而报废或是在用户运行过程中断裂，给用户造成巨大的直接或间接的经济损失。42CrMoE活塞杆高频淬火表面硬化其耐酸盐腐蚀性很差，特别是在沿海地区大气中酸盐性很严重，在42CrMoE活塞杆表面形成点蚀或是裂纹而报废。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述传统技术的不足，提供一种往复式压缩机用42CrMoE热处理工艺，解决42CrMoE活塞杆采用传统表面热处理所产生的裂纹、硬化硬度低、耐磨性耐酸盐腐蚀性差等问题。本发明工艺能提高42CrMoE活塞杆表面硬度达到HRC60以上，耐磨性提高34％，耐腐蚀性能(耐酸盐腐蚀)提高40％左右。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案包括：将42CrMoE材料锻压成型、正火、调质、消应力、氮化、中频或高频淬火及低温回火热处理。主要步骤如下：

(1)正火：将42CrMoE材料置于电阻炉内加热到880℃±10℃保温2～4小时，出炉空冷至室温。

(2)机加工后进行调质处理，电阻炉内加热到850℃～880℃保温2～6小时，出炉油冷至室温；转入回火炉内加热到560℃～600℃保温2.5～6.5小时，出炉空冷至室温。

(3)半精加工后进行540℃～570℃保温3～5小时的消应力处理，炉冷至室温；粗磨留量0.15～0.20毫米。

(4)清洗材料表面置于添加活性稀土的氮化炉内，进行预氧化处理从450℃开始升温到510℃～520℃，开始供氨，氨分解率18％～25％，炉压50～70毫米水柱，保温16～20小时；再升温到540℃～550℃氨分解率30％～55％，炉压60～80毫米水柱，保温16～20小时，炉冷到250℃以下出炉空冷至室温，总氮化层深0.4～0.7毫米，硬度HV480～520。

本发明中，活性稀土为用于氮化的常规市售产品，活性稀土原子起到洁净活化金属表面、催化剂作用，加速[N]原子在金属表层扩散、提高金属表面活性原子浓度，为[N]原子大量渗入金属提供通道，加快渗速。

(5)不经加工而进行中频或高频淬火处理，感应加热到830℃～850℃，采用水溶性淬火剂进行喷射冷却，淬硬层深1.5～2.0毫米，淬火后进行校直处理。然后，在240℃～280℃回火，保温时间1～2小时，硬度HRC60以上。

所述水溶性淬火剂可以为PAG类水溶性淬火剂，如：质量浓度为3％～5％的聚醚水溶液。

本发明工艺与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、提高表面硬度和耐磨性，降低产生淬火裂纹。用本发明工艺处理的42CrMoE钢材料，表面硬度值达到HRC60以上，表面层深达1.8毫米以上。传统高频淬火表面硬度值仅在HRC50左右，氮化处理表面硬度HV500上下，层深也只有0.5毫米左右。传统高频淬火表面形成的是淬火马氏体组织(图1)，经过低温回火使用。淬火过程中需要加热到880℃～900℃喷液冷却，加热温度高存在隐形淬火裂纹危险或是直接产生裂纹。由于氮化降低了钢的临界点，复合处理降低了淬火的温度，这有利于减小工件淬火变形和淬火裂纹的产生；复合处理后的组织分析指出，渗氮时形成的ε及γ相均在亚温加热时溶入奥氏体和铁素体中，同时使渗氮层加厚。淬火表面形成的是淬火马氏体组织加铁氮化合物(图2)，经过低温回火使用。铁氮化合物占据低温淬火形成的铁素体位相，硬质氮化物加回火马氏体形成了高硬度和提高耐磨性34％(表1，图5，图6)。

2、提高耐腐蚀性能40％。经过氮化处理后表层形成渗氮时形成的ε及γ相均在亚温加热时溶入奥氏体和铁素体中，同时使渗氮层加厚，从而提高耐腐蚀性能(表2)。

3、提高回火稳定性。从200℃～400℃每隔50℃检测一点，结果显示从300℃开始高频处理样品硬度值明显快速下降。而复合处理样品硬度值没有明显下降。对杆类零件进行规范的稳定化处理后再进行长时间的氮化过程，在进行中频或高频处理过程中产生的变形量(2.5mm长)一般均能控制在0.15mm范围内。