[发明专利]一种改进的牙轮用钢淬火工艺

说明书

本发明提供一种改进的牙轮用钢淬火工艺，属于金属热处理技术领域。该工艺首先选取热锻好的牙轮，然后经过多阶段气体渗碳、两次的高温回火、精加工，以及最后在临界区的淬火和低温回火。该工艺采用临界区淬火，即淬火温度在表面渗碳层的A_ccm点以上，在心部基体的A_c3点以下，以及较短的淬火保温时间，这样一方面保证了牙轮心部的硬度、强度和冲击韧性，另一方面细化了牙轮外表面渗碳层的组织，在满足牙轮生产基本力学性能的前提下，显著提高了渗碳层的硬度，从而提高牙轮的使用寿命。

技术领域

本发明涉及金属热处理技术领域，特别是指一种改进的牙轮用钢淬火工艺。

背景技术

矿用牙轮钻头是应用于大型露天矿山、土石开凿、水井和地热井等工程中的作业工具。在钻凿过程中，牙轮钻头通过与岩石的接触，在钻机旋转时产生的回转力和加压机构施加在钻头上的轴向力的作用下，以冲击、剪切、压碎岩石的方法实现钻进。

为了节约资源与成本，牙轮的寿命必须得以保证。针对钻头恶劣的工作条件，要求牙轮具有良好的强韧性匹配以保证其高疲劳强度及抗冲击性能，即牙轮表面具有高的硬度保证其耐磨性，心部具有很好的韧性使其不易断裂。

牙轮热处理的常规步骤包括：退火态轧材→热模锻→多阶段气体渗碳→一次或多次高温回火→淬火→低温回火。淬火工艺处于热处理的最后阶段，对成品的性能的好坏起着关键作用。采用高于表面渗碳层的A_ccm点，略低于心部基体的A_c3点的临界区淬火工艺，一方面可以保证心部的基本力学性能，另一方面可以细化渗碳层的片状马氏体，显著提高显微硬度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：在保证心部基本力学性能的前提下进一步提高牙轮的表面硬度，从而提高牙轮的使用寿命，本发明提供一种改进的牙轮用钢淬火工艺。

该工艺包括步骤如下：

(1)经过渗碳后的工件需要进行一次或多次的高温回火；

(2)选择合适的淬火温度和淬火保温时间；

(3)经过油淬和低温回火后得到最终产品。

其中，步骤(1)中的多次高温回火工艺，采用到温入炉，使用N₂保护防止表面氧化脱碳；一般回火温度控制在600℃～650℃，每次保温时间在2h以上，然后随炉冷却到400℃左右出炉空冷，目的是让工件在渗碳后表层形成的马氏体基本分解成碳化物。

步骤(2)中的淬火温度为临界区淬火温度，即高于渗碳层的A_ccm点(加热后二次渗碳体完全溶入奥氏体的温度)，低于心部基体的A_c3点(加热后完全奥氏体化的温度)；高于A_ccm点约20℃，低于A_c3点10～20℃，目的是采用较低的淬火温度使得权利要求2中所述的碳化物能够保留一部分，从而降低残余奥氏体的稳定性，降低残余奥氏体的数量，同时细化表层马氏体。

步骤(2)中的淬火保温时间为：试样的半径r(mm)×3～r(mm)×6min，不适用于尺寸特别大的工件(保温时间超过3h)，目的是采用较短的淬火时间使得权利要求2中所述的碳化物能够保留一部分，从而降低残余奥氏体的稳定性，降低残余奥氏体的数量，同时细化表层马氏体。

步骤(3)中的低温回火温度为140℃～200℃，低温回火保温时间为1h～5h，低温回火之后空冷至室温。

步骤(3)中的油淬过程采用N₂保护，防止表面氧化脱碳。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：