用于热处理钢构件的方法及钢构件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于热处理钢构件(steel component)的方法以及已经经历所述方法的钢构件。
【背景技术】
[0002]渗碳(Carburizing)是一种热处理工艺，其中铁或钢吸收在含碳材料存在下加热金属时所释放的碳以达到使金属变得更硬的目的。受影响区域的碳含量能够随渗碳时间和温度而变。渗碳时间越长和温度越高导致扩散进入金属的碳越多和碳扩散的深度越大。当通过淬火(quenching)使铁或钢快速冷却时，外表面因更高碳含量经过奥氏体转化为马氏体而变硬，而型芯(core)因铁素体和/或珠光体的显微结构而保持柔软和韧性。对放置于与高碳气体、液体或固体接触的工件(workpiece)最常使用渗碳。渗碳制造具有高达10_的表层硬度深度的硬工件表面和具有韧性和延展性的工件型芯。
[0003]在金属的渗碳区域(表层)和基体材料(型芯)之间产生的体积变化形成压缩残余应力(compressive residual stress，CRS)。希望在金属中形成最大的压缩应力。然而，过度渗碳金属可能造成的风险是淬火裂纹、高表面残余奥氏体(high surface retainedaustenite)、因马氏体收缩导致的尺寸不稳定性和低CRS。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种用于热处理钢构件的改进方法。
[0005]通过包括以下步骤的方法实现了这一目的:a)以在1.0以上的碳势对钢构件(10，12，14，16)进行渗碳，然后b)以在0.6以上的碳势对钢构件(10，12，14，16)进行渗碳，c)淬火钢构件(10，12，14，16)，并且当钢构件冷却时，d)使钢构件(10，12，14，16)经历贝氏体处理，其中这些步骤优选依次进行。
[0006]本发明基于这样的认识:热处理钢构件时使用的渗碳碳势和硬化周期(hardeningcycle)影响钢构件的压缩残余应力并进而影响其物理性质。已经发现，在渗碳过程(步骤b))的扩散阶段(diffus1n phase)使用较低的碳势导致钢构件中较低的碳含量，这就物理性质例如压缩残余应力、旋转弯曲疲劳(rotating bending fatigue,RBF)和韧性而言是有利的。如果希望高水平的CRS，应该在渗碳过程(步骤b))的扩散阶段中使用0.6?1.2的碳势、优选0.6-0.9或0.65-0.85的碳势。贝氏体淬火(步骤d)进一步增加CRS。
[0007]根据本发明的一项实施方式，以1.0?1.4的碳势进行步骤a)。
[0008]根据本发明的另一项实施方式，在940?1000°C、或更具体地在940?980°C、例如在970°C的温度下进行步骤a)和/或步骤b)。
[0009]根据本发明的一项实施方式，在200?240°C、或更具体地在215?220°C的温度下进行步骤d)。
[0010]根据本发明的另一项实施方式，钢构件包含碳含量为0.1?0.4重量％的钢，例如18CrNiMo7-6o
[0011]根据本发明的另一项实施方式，所述方法包括在160?240°C、或更具体地在190?210°C、例如在200°C的温度下e)冷却钢构件和f)回火(tempering)钢构件的步骤。
[0012]根据本发明的实施方式，钢构件包括或构成棍压元件(rolling element)或滚柱(roller)或用于经受交变赫兹应力(例如，滚动接触或滚动和滑动的组合)的应用的钢构件，例如旋转轴承或轴承座圈(raceway for a bearing)。钢构件可以包括或构成齿轮牙、凸轮(cam)、转轴、轴承、紧固件、销(pin)、汽车离合板、刀具(tool)或模具(die)。钢构件可以例如构成滚柱轴承、针状轴承、圆锥滚柱轴承、球面滚柱轴承、环形滚柱轴承或止推轴承。钢构件可以用在汽车绕组(automotive wind)、船舶(marine)、金属制造或其它需要高耐磨性的应用中。
[0013]根据本发明的实施方式，所述方法用于改进钢构件的以下性质中的至少一种:压缩残余应力(CRS)、旋转弯曲疲劳(结构疲劳)、承重能力、耐磨性、耐蚀性、硬度、摩擦性质、韧性、使用寿命。
[0014]本发明还涉及已经使用本发明的实施方式的方法热处理的钢构件，所述钢构件表现出150?200MPa或更高的平均CRS，其是使用钻孔方法离表面0.5?1.0mm处测得的。
【附图说明】
[0015]下文将结合附图借助非限定性的实施例进一步解释本发明，其中:
[0016]图1示出了根据现有技术的热处理方法，
[0017]图2示出了根据本发明实施方式的热处理方法，
[0018]图3示出了经受现有技术的热处理和本发明实施方式的热处理方法的钢样品的压缩残余应力，以及
[0019]图4示出了根据本发明实施方式的钢构件。
[0020]应该指出，没有按照比例绘制这些附图，为了清楚起见，放大了某些特征的尺寸。
【具体实施方式】
[0021]图1示出了根据现有技术的热处理循环。在970°C的温度下，首先以1.2的碳势对钢构件进行渗碳，然后以0.65?0.85的碳势进行渗碳。然后对钢构件进行淬火并使其在较高的贝氏体温度区域(regime)下经受氢喷射处理(hydrogen effus1n treatment)。使钢构件冷却，并且然后使其再次硬化和回火。已经发现，用这种方式热处理的钢构件表现出相对低水平的CRS，即50?10Mpa的平均CRS，其是在离表面0.5-1.0mm之间测得的。
[0022]图2示出了根据本发明实施方式的热处理方法。该方法包括以下步骤:a)在第一渗碳步骤中，在970°C的温度以在1.0以上、例如1.0-1.4的碳势对包含具有0.1?0.4重量％碳含量的钢的钢构件进行渗碳，和b)在第二渗碳步骤中，以在0.6以上、例如0.6?
1.2、优选0.6?0.9的碳势对钢构件进行渗碳。就在热处理后的钢构件中的CRS和RBF水平而言，使用步骤b)中的所述较低碳势是有利的，其对于回火前实现淬火状态中的充分硬度是足够的。
[0023]所述方法包括步骤c)在油浴或盐浴中淬火钢构件，其中选择浴温以实现最佳性质的同时，具有可接受的尺寸变化水平。可以使用热油/盐浴淬火以使复杂零件(intricate part)的变形最小化。然后，d)使钢构件经历在220°C温度下的贝氏体处理，e)冷却至例如室温，和f)在200°C下回火。
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