[发明专利]一种精确控制合金渗碳钢零件预处理显微组织的连续热处理方法

说明书

本发明提供了一种精确控制合金渗碳钢零件预处理显微组织的连续热处理方法，通过单件悬挂传输的方式来实现连续热处理工艺的单件流处理，连续热处理工艺是通过一系列的预冷温度、预冷却速度和保持时间的配合，精确控制热加工即锻轧制后毛坯的显微组织精细形貌，达到100%块状铁素体和珠光体，没有任何非平衡组织即马氏体、贝氏体、魏氏体。本发明可以精确控制合金渗碳钢零件在渗碳前所需的100%为块状铁素体和珠光体,没有任何非平衡组织马氏体、贝氏体和魏氏体组织的连续热处理方法。该连续热处理方法可以有效利用部热加工后仍然较高的温度，无需二次加热，从而大量节约能源，实现绿色环保的目的。

技术领域:

本发明属于机械、汽车等装备制造零件的连续热处理技术领域，是一种可以精确控制合金渗碳钢零件预处理显微组织(100％为块状铁素体和珠光体)的连续热处理方法。

背景技术:

如何尽快将中国从制造大国向制造强国转变？特别是提高高端机械制造和装备工业的技术水平，很重要的一个因素是尽快提升我国材料热处理方面的自主知识产权技术的开发和应用，不仅要保证和提高产品的质量，还要考虑如何降低成本，绿色环保等。这样才能使我国的高端产品具有国际竞争力。以高端汽车的渗碳齿轮为例，目前都是要通过若干高耗能的热加工工序(高温锻造、等温正火、渗碳淬火)和非常耗时的冷加工工序(粗车、滚齿、磨齿)等来完成，以保障非常高的尺寸精度(较小变形以减少噪音)和较高的表面硬度(以保障可靠性和耐久性)。如果能够去掉热加工工序中的等温正火工序的重新加热奥氏体化(920-950度)部分，我们可以计算如下。每吨锻坯的等温正火重新加热部分能耗在400-520kwH，按照一个中等规模锻造厂(年产量20000吨)的来计算，每度工业用电平均值(综合考虑峰谷平不同价位后)为0.76/度，一个锻造厂一年可以节约800万-1040万度电(节省608-790万人民币)。按照全国有3000家同等规模锻造厂可以改造使用该新技术来计算，一年可以为国家节能240-312亿度电，该电量相当于一个中等城市一年的用电总量。该电量共可为厂家总共节省237亿元人民币。不仅可以达到节能减排方面的要求，而且还可以由于变形减少进一步降低后续冷加工对环境的污染，综合社会效益非常显著，很值得推广。

然而，我们国内目前许多所谓的(“假的“)利用部分热加工(热锻造或热轧制)后仍然较高的温度可以实现连续热处理，或者等温连续热处理，其生产零件的质量根本不能被国内整车厂所接受。即使是国内长春一汽使用德国的连续热处理技术，处理后的零件也仅仅被允许用在一汽大众的高尔夫等经济型小车上。在高端轿车上的应用国内国际尚未有先例(例如天津某公司2016年引进德国连续热处理生产线，其预处理产品最近被我国著名生产SUV的厂家所拒绝)。其中一个原因，就是热处理炉的制造商无法保证精确控制显微组织。现有的技术一般只能保证控制异常组织(非平衡组织马氏体、贝氏体和魏氏体)在5％-10％以内(包括德国生产的连续热处理生产线)。而这5％-10％的异常组织对后续的加工刀具磨损、零件变形和产品质量(机械性能)却是关键和致命的。主要原因是几乎所有设备制造商都没有根本理解合金渗碳钢零件预热处理的相变规律。往往对于相对比较容易热处理的较小的零件和性能要求较低的产品，仅仅希望通过硬度来衡量产品是否合格(但5％-10％异常组织是不能通过硬度指标来检查出来的)，而不愿意花大力气分析和解决如何精确控制显微组织对后续工序的影响和贡献。

另外，现在许多终端客户(产品的使用者)有一种习惯势力，不太愿意认可利用部分热加工后仍然较高的温度来连续热处理高端的零件产品，即使承认该技术能够大量节能，但是仍然不愿意做“第一个吃螃蟹的人”，就是担心那5％-10％不能完全被控制的异常显微组织(非平衡组织和魏氏体等)将来可能会影响产品的最终质量。这种顾虑在理论上有一定的道理，毕竟如果少量非平衡组织(马氏体、贝氏体和魏氏体)存在，由于这些非平衡组织与母相有一定的共格关系，在后面渗碳处理的奥氏体化过程中会发现组织遗传，会造成渗碳后的混晶，从而影响最终渗碳后产品的机械性能(强韧性)。同时，终端客户也担心由于热加工后温度较高，毛坯处于高温奥氏体状态时间较长，使其奥氏体晶粒比较粗大(晶粒度小于三级)和不均匀，在随后的预冷时更容易形成针状的魏氏体等非平衡组织，也使毛坯的切削加工性能降低。