[发明专利]一种提高渗碳钢耐磨性的表面改性工艺

说明书

本发明涉及渗碳钢表面改性技术领域，特别涉及一种提高渗碳钢耐磨性的表面改性工艺，步骤如下：S1、井式炉共析点渗碳，S2、V型等温平衡转变，S3、重新加热快速清除空气，S4、初生奥氏体高浓度梯度快速渗碳，S5、奥氏体化共析碳势保温，S6、盐浴淬火高温水洗组织改性，S7、低温回火。本发明的渗碳钢有效硬化层深可以达到6mm以上，渗碳表层可以获得体积占比达到20％的高密度弥散颗粒碳化物形态，表面硬度达到63‑64HRC，实现优良的耐磨性及接触疲劳性能。

技术领域

本发明涉及渗碳钢表面改性技术领域，特别涉及一种提高渗碳钢耐磨性的表面改性工艺。

背景技术

在机械装备领域，随着技术迭代，某些耐磨结构件在要求基本耐磨性特征的基础上，同时还要求结构件具有高的接触疲劳强度以及心部韧性，该技术要求需要62HRC及以上的高硬度以实现高耐磨性，同时需要2mm及以上有效硬化层及基体25HRC及以上高韧性特征支撑。上述特性要求该结构件必须进行表层改性，常用的表面热处理方法，如氮化、感应淬火、激光熔覆、表面涂层等方法均有其不足性，氮化的不足在于有效硬化层很难达到1mm及以上，感应淬火与激光熔覆的不足在于表面硬度很难达到60HRC及以上，表面涂层的不足在于很难实现深的硬化层且涂层附着力不如化学热处理。基于上述分析，研究发现渗碳热处理可以保证基体高韧性，同时可以实现深硬化层及高表面硬度。渗碳淬火热处理可以实现表面硬度58HRC以上，心部硬度依据渗碳钢淬透性控制实现广的基体硬度区间。

对渗碳淬火热处理方法分析，基体硬度源于原材料淬透性及淬火冷却能力，硬化层深源于渗碳时间，硬化层深度可以做到6mm及以上，而表面硬度源于表面碳浓度，碳浓度越高则碳化物析出的数量越多，合金碳化物可以达到1000HV以上，保证表面渗碳淬火获得足够数量的碳化物，即可实现高硬度及高耐磨性。大量文献阐述角状或网状碳化物将打断渗碳层硬度及力学性能的连续性，降低渗碳层的接触疲劳强度，所以高接触疲劳结构件要求渗碳层表面碳化物必须为弥散颗粒态分布。对于高耐磨性结构件，要求弥散碳化物的同时，还要求高密度的弥散颗粒态碳化物分布，只有此碳化物特征才能实现硬度62HRC以上的高耐磨性高接触疲劳特质。

碳化物弥散分布原理：碳化物均在奥氏体晶界析出，奥氏体的碳溶解度在一定温度下是定值，因此单位体积奥氏体的过饱和碳化物数量基本是定值，单位体积奥氏体晶界面越多，单位体积奥氏体的碳化物分配越弥散，而晶界面积只于晶粒度有关，奥氏体晶粒越细则碳化物弥散程度越高。常规渗碳工艺通过渗碳后表面获得高碳浓度，然后采用二次淬火在表面获得弥散碳化物。大量试验数据表明：只有原材料奥氏体晶粒长大倾向小，渗碳后才可实现图2所示的细晶粒形态，此时渗碳层表面的高碳含量奥氏体才能在淬火后出现高密度弥散颗粒碳化物。若原材料奥氏体晶粒出现粗化或者局部粗化时，渗碳后将出现图3所示的粗晶粒形态，断续网状或者网状角状碳化物将在淬火后局部甚至整体出现。

渗碳高碳浓度工艺局限性：

1.受制于原材料本身晶粒长大倾向，高密度弥散颗粒碳化物形态不稳定。

2.容易获得图4和5所示的断续网状和网状角状碳化物，反而不利于接触疲劳寿命，容易产生渗碳层剥落。

发明内容造成

本发明解决了相关技术中渗碳高碳浓度工艺受制于原材料本身晶粒长大倾向，高密度弥散颗粒碳化物形态不稳定，而且容易造成断续网状和网状角状碳化物，不利于接触疲劳寿命，容易产生渗碳层剥落的问题，提出一种提高渗碳钢耐磨性的表面改性工艺，通过井式炉共析点渗碳、V型等温平衡转变、重新加热快速清除空气、初生奥氏体高浓度梯度快速渗碳、奥氏体化共析碳势保温、盐浴淬火高温水洗组织改性、低温回火，使得渗碳钢有效硬化层深可以达到6mm以上，渗碳表层可以获得体积占比达到20％的高密度弥散颗粒碳化物形态，表面硬度达到63-64HRC，实现优良的耐磨性及接触疲劳性能。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种提高渗碳钢耐磨性的表面改性工艺，步骤如下：