专利名称：消除钢件表面脱碳的热处理方法
技术领域：
本发明涉及一种热处理技术领域的方法，具体是一种消除钢件表面脱碳的热处理方法。
背景技术：
钢件经高温(1150℃-1250℃)锻造过程中，在空气中氧的作用下，表面会产生氧化、脱碳(1个大气压，钢铁的氧化温度为520℃)，钢件的非加工表面，在最终的渗碳或碳氮共渗热处理后，若脱碳层深度大于或等于产品的渗碳层或碳氮层深度要求，则会出现渗层和内部组织状态的不连续，这会导致产品功能的严重降低。
经对现有技术文献的检索发现，中国专利申请号CN03178373.2，名称为热处理退火中对含碳量高钢铁无氧化脱碳技术。该专利提及一种热处理退火中对含碳量高钢铁无氧化脱碳技术。它是在燃料炉或电炉的密封罐中加入含碳量高的钢铁和白云岩，根据退火后所想得到的含碳量，综合计算此钢铁的含碳量、温度、时间、白云岩的质量，参考波义耳定律，从而合理脱碳。该专利是如何防止脱碳，并没有对已脱碳的钢件如何消除脱碳现象。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种消除钢件表面脱碳的热处理方法，使钢件热处理后的加工处和非加工处得到了相同的有效硬化层深度，提高了钢件的表面强度，也控制了变形。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明的具体步骤为(1)钢件精密锻造钢件在1100℃以上高温下精密锻造，开始锻造温度1150℃-1250℃，终锻温度终锻温度≥900℃。
(2)正火处理可控气氛的碳势0.5-0.6％/c，钢材奥氏体化后，空冷或风冷至室温，获得均匀的平衡组织，以改善切削加工性能，并为最终热处理准备组织条件。
(3)热处理补碳在820℃-880℃奥氏化温度下及0.75％-0.90％碳势下按金相测定最大脱碳层深度，在最终热处理之前，先进行渗碳处理，对存在脱碳层的表面，形成无脱碳连续的成分和金相组织，然后随炉缓冷至300℃后出炉，以避免重复氧化脱碳，并获得便于切削加工的硬度和组织。
(4)机加工通过切削加工，获得所需要的尺寸和产品精度。
(5)碳氮共渗淬火0.10-0.50mm深的碳氮共渗层，提高产品的接触疲劳硬度和表面的耐磨性，并获得产品功能所需要的其他性能。
(6)回火降低碳氮共渗淬火或渗碳后产生的内应力，按照淬火组织和性能随加热温度的变化关系，选择回火温度，并获得产品所要求的表面硬度。
本发明通过增加热处理补碳步骤，使得钢件在非加工表面脱碳层深度大于或等于产品的渗碳层或碳氮层深度要求的情况下，实现渗层和内部组织状态的连续，同时使钢件的加工处和未加工处可以得到相同的有效硬化层深度，有效控制钢件热处理后的强度、金相组织、变形要求。
具体实施例方式
实施例1消除某汽车拨叉钢件表面脱碳的处理，材料SAE 8620H(材料标准SAE J1268)。
①钢件精密锻造，开始锻造温度1150℃-1200℃，终锻温度≥900℃。
②正火处理，可控气氛(碳势0.5-0.6％/c)钢材940℃/2小时奥氏体化后，空冷或风冷至室温，获得均匀的珠光体+铁素体平衡组织。
③热处理补碳，在奥氏化温度下和碳势下，按照金相测定最大脱碳层深度，在最终热处理之前，先进行渗碳处理，对存在脱碳层的表面，形成无脱碳连续的成分和金相组织，然后随炉缓冷至300℃后出炉，以避免重复氧化脱碳，并获得便于切削加工的硬度和组织。
④机加工，通过切削加工，获得所需要的尺寸和产品精度。
⑤碳氮共渗淬火，温度840℃度，碳势0.9％，氨气流量0.2-0.3m3/h，时间为45分钟，油冷。
⑥回火，170℃3小时。
该产品变形减小，加工和非加工面的有效硬化层深均控制在0.15-0.25mm的范围内，拨叉的螺纹孔变形也在控制范围中，提高了拨叉的疲劳强度，延长其使用寿命。并通过了120万次的循环疲劳强度试验。
实施例2消除精锻差速器齿轮表面脱碳处理，材料SAE/AISI4615。
①钢件精密锻造，开始锻造温度，1150℃-1230℃，终锻温度≥900℃。
②正火处理，可控气氛炉(碳势0.5-0.6％C)，钢材925℃/2小时奥氏体化后空冷或风冷至室温获得均匀珠光体+铁素体平衡组织。
③热处理补碳，在奥氏化温度下和碳势下，按照金相测定最大脱碳层深度，在最终热处理之前，先进行渗碳处理，对存在脱碳层的表面，形成无脱碳连续的成分和金相组织，然后随炉缓冷至300℃后出炉，以避免重复氧化脱碳，并获得便于切削加工的硬度和组织。
④机加工，通过切削加工，获得所需要的尺寸和产品精度。
⑤碳氮共渗淬火，温度840℃度，碳势0.9％，氨气流量0.2-0.3m3/h，时间为30分钟，油冷。
⑥回火，170℃3小时。
该工艺处理的产品变形小，加工面和非加工面的有效硬化层深度控制在0.13-0.25mm，齿轮内孔变形也在控制范围内，提高齿面的疲劳强度，投放市场，均无质量问题反馈。
实施例3消除某汽车拨叉钢件表面脱碳的处理，材料SAE 8620H(材料标准SAE J1268)。
①钢件精密锻造，开始锻造温度1200℃，终锻温度910℃。
②正火处理，可控气氛(碳势0.5％/c)钢材940℃/2小时奥氏体化后，空冷或风冷至室温，获得均匀的珠光体+铁素体平衡组织。
③热处理补碳，在奥氏化温度下和碳势下，按照脱碳层最大深度，在最终热处理之前，先进行渗碳处理，对存在脱碳层的表面，形成无脱碳连续的成分和金相组织，然后随炉缓冷至300℃后出炉，以避免重复氧化脱碳，并获得便于切削加工的硬度和组织。
④机加工，通过切削加工，获得所需要的尺寸和产品精度。
⑤碳氮共渗淬火，温度840℃度，碳势0.9％，氨气流量0.2m3/h，时间为45分钟，油冷。
⑥回火，170℃3小时。
该产品变形减小，加工和非加工面的有效硬化层深均控制在0.15mm，拨叉的螺纹孔变形也在控制范围中，提高了拨叉的疲劳强度，延长其使用寿命。并通过了120万次的循环疲劳强度试验。
权利要求
1.一种消除钢件表面脱碳的热处理方法，其特征在于，具体步骤包括(1)钢件精密锻造，(2)热处理补碳，(3)正火处理，(4)机加工，(5)碳氮共渗淬火，(6)回火；所述的热处理补碳，是指在奥氏化温度下和碳势下，按照金相测定最大脱碳层深度，在最终热处理之前，先进行渗碳处理，对存在脱碳层的表面，形成无脱碳连续的成分和金相组织，然后随炉缓冷至300℃后出炉，以避免重复氧化脱碳，并获得便于切削加工的硬度和组织。
2.根据权利要求1所述的消除钢件表面脱碳的热处理方法，其特征是，所述的钢件精密锻造，具体为钢件在1100℃以上精密锻造，开始锻造温度为1150℃-1250℃，终锻温度终锻温度≥900℃。
3.根据权利要求1所述的消除钢件表面脱碳的热处理方法，其特征是，所述的正火处理，具体为可控气氛的碳势为0.5-0.6％/c，钢材奥氏体化后，空冷或风冷至室温，获得均匀的平衡组织。
4.根据权利要求1所述的消除钢件表面脱碳的热处理方法，其特征是，所述的碳氮共渗淬火，在工件表面形成一层碳氮共渗层。
5.根据权利要求1或者4所述的消除钢件表面脱碳的热处理方法，其特征是，所述的碳氮共渗淬火，具体为温度840℃度，碳势0.9％，氨气流量0.2-0.3m3/h，时间为45分钟，油冷。
全文摘要
一种热处理技术领域的消除钢件表面脱碳的热处理方法。本发明具体步骤包括(1)钢件精密锻造，(2)热处理补碳，(3)正火处理，(4)机加工，(5)碳氮共渗淬火，(6)回火；其中所述的热处理补碳，是指在奥氏化温度下和碳势下，按照脱碳层最大深度，在最终热处理之前，先进行渗碳处理，对存在脱碳层的表面，形成无脱碳连续的成分和金相组织，然后随炉缓冷至300℃后出炉，以避免重复氧化脱碳，并获得便于切削加工的硬度和组织。本发明通过增加一个热处理补碳工艺，钢件热处理后的加工处和非加工处得到了相同的有效硬化层深度，提高了钢件的表面强度，也控制了变形。
文档编号C21D1/18GK1912189SQ200610030599
公开日2007年2月14日 申请日期2006年8月31日 优先权日2006年8月31日
发明者林德成, 归永康 申请人:上海汽车股份有限公司