50钢超细化马氏体等温淬火热处理硬化工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种50钢超细化马氏体等温淬火热处理硬化工艺，包括以下步骤：将冲压成型的材料50钢零件通过热处理加热设备升温至850℃，根据50钢带厚度保温；将50钢零件淬入硝盐槽中，又将50钢零件转入水中冷却；50钢零件回火，回火结束后50钢零件水冷或空冷，整个热处理强化工序结束。本发明提供的50钢超细化马氏体等温淬火热处理硬化工艺在50钢零件经历不同热处理工艺后得到相同的硬度水平下，通过本工艺方法可提高50钢材料的抗拉伸强度、屈强比、弹性、疲劳强度、韧性和塑性。
【专利说明】
50钢超细化马氏体等温淬火热处理硬化工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及材料主要为50钢热处理工艺强化硬化方法，在同一种材质同一种形 状规格的片状50钢上，该发明可提高材料的抗拉伸强度，提高片状50钢的弹性和拉伸力。
【背景技术】
[0002] 中碳钢50钢的传统热处理强化工艺方法是：先将材料通过热处理专用加热炉（如 箱式电炉、盐浴炉、真空炉等）加热至840°C ±10°C保温一段时间后，50钢油冷，然后50钢 回火340°C ±20°C，保温90分钟，空气中冷却（回火设备可以是井式电阻回火炉、硝盐回火 炉、真空回火炉等）。由于50钢材料在850°C奥氏体化时，随着奥氏体晶粒内的合金元素均 匀化，奥氏体晶粒不可避免要发生长大，在随后的淬火油冷却中，在奥氏体晶粒内形成片状 马氏体，初生成的片状马氏体长度与奥氏体晶粒大小成正比，片状马氏体的大小是由奥氏 体晶粒度大小所决定，通过一般热处理强化工艺方法对奥氏体晶粒度加以改善和细化，较 为常见的热处理奥氏体晶粒细化工艺方法有二种：第一种为50钢预先进行正火，称之为正 火状态细化奥氏体晶粒。第二种是控制并适当降低50钢奥氏体化温度，以得到晶粒度细小 的奥氏体晶粒。材料50钢按常规的热处理淬火工艺并经过回火后的片50钢，其抗拉伸强 度、屈强比、弹性、疲劳强度、韧性和塑性一般固定在一个范围内，通过以上两种常规的奥氏 体晶粒细化工艺方法对以上性能指标的提高有限，效果不是十分显著。
【发明内容】
[0003] 为了通过超强细化奥氏体晶粒，进而提高50钢材料的抗拉伸强度、屈强比、弹性、 疲劳强度、韧性和塑性指标，本发明提供一种全新的50钢材料超强细化马氏体热处理等温 淬火强化工艺方法，该工艺方法是在50钢材料奥氏体化后，奥氏体向马氏体转变前，某一 等温温度段孕育生核生成的细微条状马氏体将奥氏体晶粒分隔成若干个奥氏体小区域，达 到了细化奥氏体晶粒的目的。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术工艺方案是：
[0005] -种50钢超细化马氏体等温淬火热处理硬化工艺，包括以下步骤：
[0006] 将冲压成型的材料50钢零件通过热处理加热设备升温至850°C，根据50钢带厚度 保温；
[0007] 将50钢零件淬入硝盐槽中，又将50钢零件转入水中冷却；
[0008] 50钢零件回火，回火结束后50钢零件水冷或空冷，整个热处理强化工序结束。
[0009] 可选的，所述热处理加热设备为盐浴炉、箱式电阻炉或网带式加热炉。
[0010] 优选的，所述50钢零件淬入的硝盐槽温度为230°C ±10°C，保温15分钟至18分 钟。
[0011] 可选的，所述回火设备为硝盐回火炉、井式电阻炉或网带式电阻炉。
[0012] 优选的，所述回火温度330°C~350°C，回火保温时间为90分钟至120分钟。
[0013] 优选的，所述水冷却时间1-2分钟。
[0014] 优选的，所述空冷时间15-20分钟。
[0015] 50钢普通传统的马氏体热处理淬火强化机理为：50钢材料加热淬火，经850°C奥 氏体化后，金相组织上获得奥氏体组织，在保温过程中，碳原子和微量的合金元素如铬、镍 元素等在奥氏体晶粒内扩散，使50钢的奥氏体得到均匀化，以提高50钢的淬透性和力学性 能。保温结束。50钢淬入32号机械油（或普通淬火油）中，进行快速冷却，在油中冷却5 至10分钟后完成淬火，进入下一道常规的工序一一回火，50钢在回火中，所获得的金相组 织为回火马氏体，该组织以细针状马氏体为基体，分布有弥散的渗碳体的混合组织。其中渗 碳体是低温（330°C _350°C )回火50钢中的强化相之一。50钢零件低温（330°C _350°C ) 回火后钢中内应力显著减少，因此，可使钢保持高的弹性极限，较高强度和高的疲劳极限以 及适宜的韧性。回火结束后进行水冷却，材料金相组织被固定下来。本专利采用的超细化 马氏体等温热处理强化工艺是：将50钢淬入温度为230°C ± 10°C硝盐槽中，保温15分钟至 18分钟后又将50钢转入水中冷却，50钢转入330°C~350°C温度中的硝盐回火炉（或井式 电阻炉或网带式电阻炉等）回火，回火保温时间为90分钟至120分钟。回火结束后50钢 水冷或空冷，相比较于以上的常规热处理工艺，50钢马氏体超细化等温淬火的金相组织转 变过程中，细针状马氏体转变之前先形成的细微条状马氏体对原来的奥氏体晶粒有细化作 用。如示意图1所示，形成的细微条状马氏体将一个奥氏体晶粒分隔成数个以上的小区域， 这些小区域在随后的水冷却过程中形成多种取向的细小片状马氏体区。随后的回火工艺 叉将这些细小片状马氏体区转变为回火托氏体区，但是马氏体区域的特征被遗留或继承下 来。在拉伸受力过程中，裂纹通过奥氏体晶粒区内两个回火托氏体小区域，远比通过被细微 条状马氏体分隔成数个以上的回火托氏体小区域容易得多，这使材料回火托氏体与细微条 状马氏体混合组织具有高强度的同时，也具有高韧性、高弹性的一个原因。
[0016] 本发明提供的50钢超细化马氏体等温淬火热处理硬化工艺在50钢零件经历不同 热处理工艺后得到相同的硬度水平下，通过本工艺方法可提高50钢材料的抗拉伸强度、屈 强比、弹性、疲劳强度、韧性和塑性。
【附图说明】
[0017] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不 构成对本发明的不当限定，在附图中：
[0018] 图1A是普通及传统热处理50钢淬火回火后，50钢内部奥氏体晶粒内微裂纹扩散 机理图；
[0019] 图1B是本专利采用的超细化马氏体等温热处理后50钢内部奥氏体晶粒微裂纹扩 散机理图；
[0020] 图2是本发明的超细化马氏体等温热处理工艺曲线图；
[0021] 图3是为50钢弹簧片零件结构图；
[0022] 图4是普通及传统热处理，50钢于850°C奥氏体化、油冷淬火，340°C回火90分钟 空气冷却后的金相组织图（500倍5%硝酸酒精腐蚀）；
[0023] 图5是本专利超细化马氏体等温热处理强化，50钢于850°C奥氏体化、硝盐槽 240°C等温15分钟水冷，340°C回火90分钟空冷却后的金相组织图（500倍5%硝酸酒精腐 蚀）；
[0024] 图6是普通及传统热处理，50钢油冷淬火340°C回火后的800倍的试样断口扫描 图（TMP-30型电子扫描显微镜）；
[0025] 图7是本专利超细化马氏体等温热处理强化，50钢于850°C奥氏体化240°C等温 15分钟后水冷淬火，340°C回火90分钟后空气冷却后800倍的试样断口扫描图（TMP-30型 电子扫描显微镜）。
【具体实施方式】
[0026] 下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例 以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
[0027] 实施例
[0028] 图1A是普通及传统热处理50钢淬火回火后，50钢内部奥氏体晶粒内微裂纹扩散 机理图；
[0029] 图1B是本专利采用的超细化马氏体等温热处理后50钢内部奥氏体晶粒微裂纹扩 散机理图；
[0030] 以热处理图3所示的50钢弹簧片零件为例，材料：50钢，技术要求，热处理硬度为 44HRC-49HRC ;表面处理：磷化后浸黑色电泳漆；检验：横向拉伸力彡11KN。
[0031] 结合工艺图2,将冲压好的50钢弹簧片用铁丝捆绑好后，垂直放入盐浴炉中，盐 浴炉控制温度为850°C，50钢弹簧片保温时间为5分钟，保温结束后立即将50钢弹簧片 淬入等温硝盐槽中，硝盐槽温度控制在240°C，50钢弹簧片在硝盐槽中保温时间在15分 钟至18分钟，取出50钢弹簧片迅速进入水槽中水冷却，水冷却时间为1分钟，水温控制 在0°C -30°C，然后将50钢弹簧片放入硝盐回火炉中进行回火，硝盐回火炉温度控制在 340°C _345°C范围内，50钢弹簧片回火时间为90分钟至120分钟，回火结束后，50钢进入冷 水槽中水冷却，水冷却时间为1分钟，水温控制在〇°C -30°C。
[0032] 经过以上超细化马氏体热处理淬火强化工艺后的50钢，按技术规范要求的规定， 进行拉伸力试验，我们选用40毫米（宽）X 200毫米（长）X 2毫米（厚）的试片分别采用 普通及传统常规热处理淬火回火强化和本专利超强细化马氏体热处理等温淬火强化，试片 的力学性能测试值见表1，经以上两种热处理工艺强化的实物零件弹簧片的实物横向拉伸 力测试见表2 ;金相组织比较见图4为50钢弹簧零件实物于传统热处理工艺850°C奥氏体 化、油冷淬火，340°C回火90分钟水冷，其金相组织为回火托氏体加弥散分布的碳化物（500 倍）。图5为50钢弹簧零件实物采用本专利超强细化马氏体热处理等温淬火强化，于850°C 奥氏体化、硝盐槽240°C等温15分钟水冷，340°C回火90分钟水冷，其金相组织为回火托氏 体加细微条状马氏体加弥散分布的碳化物（500倍）。50钢弹簧零件实物断口扫描形貌图 比较，图6为50钢850°C奥氏体化后油冷淬火，回火340°C回火90分钟水冷50钢的弹簧零 件实物800倍断口扫描图，照片上可看出50钢弹簧零件实物的断裂方式为脆性断裂，而图 7的50钢于850°C奥氏体化240°C等温15分钟淬火水冷却，340°C回火90分钟水冷。50钢 的弹簧零件实物800倍断口扫描图，在断口扫描图上，为脆性断裂加少量韧窝。
[0033] 表1 :50钢传统油淬火回火与超强细化马氏体等温淬火试片的抗拉伸强度对比
[0034]
[0036] 注：传统油淬试片热处理工艺为：850°C加热，油冷却淬火，340°C回火90分钟，水 冷却。本专利超强细化试片热处理工艺为：850°C加热，240°C硝盐槽等温冷却15分钟，水 冷，340°C硝盐炉回火，时间90分钟，水冷。
[0037] 表2 :50钢传统油淬火回火与超强细化马氏体等温淬火弹簧片实物的抗拉伸强度 对比
[0038]
[0039] 注：传统油淬试片热处理工艺为：850°C加热，油冷却淬火，340°C回火90分钟，水 冷却。本专利超强细化试片热处理工艺为：850°C加热，240°C硝盐槽等温冷却15分钟，水 冷，340°C网带式电阻炉回火，时间90分钟，空冷。
[0040] 以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例 对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本 发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方 式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
【主权项】
1. 一种50钢超细化马氏体等温淬火热处理硬化工艺，其特征在于包括以下步骤： 将冲压成型的材料50钢零件通过热处理加热设备升温至850°C，根据50钢带厚度保 温； 将50钢零件淬入硝盐槽中，又将50钢零件转入水中冷却； 50钢零件回火，回火结束后50钢零件水冷或空冷，整个热处理强化工序结束。2. 如权利要求1所述的50钢超细化马氏体等温淬火热处理硬化工艺，其特征在于：所 述热处理加热设备为盐浴炉、箱式电阻炉或网带式加热炉。3. 如权利要求1所述的50钢超细化马氏体等温淬火热处理硬化工艺，其特征在于：所 述50钢零件淬入的硝盐槽温度为230°C ± KTC，保温15分钟至18分钟。4. 如权利要求1所述的50钢超细化马氏体等温淬火热处理硬化工艺，其特征在于：所 述回火设备为硝盐回火炉、井式电阻炉或网带式电阻炉。5. 如权利要求1所述的50钢超细化马氏体等温淬火热处理硬化工艺，其特征在于：所 述回火温度330°C~350°C，回火保温时间为90分钟至120分钟。6. 如权利要求1所述的50钢超细化马氏体等温淬火热处理硬化工艺，其特征在于：所 述水冷却时间1-2分钟。7. 如权利要求1所述的50钢超细化马氏体等温淬火热处理硬化工艺，其特征在于：所 述空冷时间15-20分钟。
【文档编号】C21D1/22GK105886714SQ201410588466
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年10月20日
【发明人】向宏, 付在再
【申请人】重庆长安工业(集团)有限责任公司