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钢件形变后的化学热处理优化

【摘要】:形变后化学热处理是将工件经冷形变或形变热处理后再进行化学热处理的复合热处理工艺。形变既可加速化学热处理过程,又可强化热处理效果,是一种新的热处理工艺方法。形变热处理+化学热处理工艺,如低温形变淬火+渗硫、锻热淬火+渗氮和高温形变淬火+低温碳氮共渗等。表面形变处理也能促进化学热处理过程。它不仅可以改善材料表面的几何形貌和清洁度,还能去除化学覆盖层,有利于后续化学热处理。

形变后化学热处理是将工件经冷形变或形变热处理后再进行化学热处理的复合热处理工艺。形变既可加速化学热处理过程,又可强化热处理效果,是一种新的热处理工艺方法。

冷形变+化学热处理工艺,如冷形变+渗碳冷形变+渗氮、冷形变+碳氮共渗、冷形变+渗硼,以及冷形变+渗钛等。形变热处理+化学热处理工艺,如低温形变淬火+渗硫、锻热淬火+渗氮和高温形变淬火+低温碳氮共渗等。

应力和形变均可加速铁原子的自扩散和置换原子的扩散。研究结果证实,无论是弹性形变、小的塑性形变,还是大的塑性形变,拉应力都能加速铁原子的自扩散过程。形变也会对间隙原子(碳、氮)的扩散产生影响。通过适当的形变和后热处理,均可加速渗碳和渗氮过程。例如,对22CrNiMo钢试件冷镦形变25%、50%和75%,然后渗碳。渗碳是在贯通式渗碳炉中进行的,渗碳温度为930~950℃,渗碳时间为2h、7h和13h。渗碳后预冷至850℃,油淬。为了进行对比,相同钢材、相同形状和尺寸的试件也同炉处理。由试验结果可知,室温形变促使渗碳过程加速;形变量不同,促渗作用也不相同。此外,室温形变还提高了22CrNiMo钢渗碳层中的碳含量。

表面形变处理也能促进化学热处理过程。例如,对工件进行喷丸处理,使其表面产生塑性变形,由此引起表层显微组织发生变化,产生表面压应力。它不仅可以改善材料表面的几何形貌和清洁度,还能去除化学覆盖层,有利于后续化学热处理。试验表明,在520℃将经喷丸处理后的4Cr5MoSiV1钢离子渗氮1h,催渗效果十分显著,渗氮层深度由31.6μm增至52.5μm,表层显微硬度也由986HV增加至1084HV。中国科学院卢柯采用高速喷丸工艺使低碳钢表面纳米化后再进行渗氮处理,不仅可使渗氮温度降至300℃,而且可使渗氮时间缩短为9h,故具有很高的工程实用价值。