专利名称：2Cr13热处理工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于往复式压缩机用2Cr13材料热处理工艺领域，适用于所有往复式压缩机采用2Cr13活塞杆热处理工艺；也可应用于要求韧性高、畸变要求严格的机械设备零部件。
背景技术：
目前，往复式压缩机用2Cr13活塞杆热处理工艺包含锻压成型、退火、调质、消应力、高频淬火及低温回火等热处理工艺，经传统热处理的2Cr13材料，冲击韧性低，经常达不到技术要求。原消应力温度为350℃保温6小时，不能完全消除应力，使后序高频或中频处理时产生很大的畸变，导致工件熔化而报废。在采用水冷表面淬火时，容易淬裂。而采用空冷时，存在硬度不足的问题，一般只能达到HRC45左右。
发明内容
本发明的目的在于克服上述传统技术的不足，提供一种往复式压缩机用2Cr 13热处理工艺，解决2Cr13活塞杆采用传统表面热处理所产生的裂纹、表面硬化硬度低、韧性差等问题。本发明工艺能提高2Cr13活塞杆表面硬度达到HRC50以上，耐磨性提高15％，韧性提高10％以上。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的 将2Cr 13材料锻压成型、退火、调质、消应力、中频或高频淬火及低温回火热处理。主要步骤如下 (1)将2Cr13材料锻压成型。
(2)退火将2Cr13材料置于电阻炉内加热到860℃±10℃保温2～4小时，炉冷至350℃出炉或炉冷至750℃±10℃，出炉空冷至室温。
(3)机械粗加工后进行调质处理，电阻炉内加热到960℃～980℃保温2～5小时，出炉油冷至150℃～200℃，出油空冷至室温；再转入回火炉内加热到660℃～690℃保温2.5～6.5小时，出炉空冷至室温。
(4)半精加工后进行580℃～590℃保温3～5小时的消应力处理，炉冷或空冷至室温；粗磨留量0.60～0.90毫米。
(5)粗磨加工后进行中频或高频淬火处理，感应加热到1000℃～1020℃，采用0.05～0.6MPa压缩空气喷射进行冷却，淬硬层深1.5～2.5毫米，淬火后进行校直处理；然后，在200℃～220℃回火，保温时间1～2小时，出炉空冷至室温，硬度HRC50以上。
所述压缩空气为空气经压缩机压缩后的高压气体，也可采用高压氮气喷射冷却；压缩空气的压力为0.05～0.6MPa。
本发明工艺与现有技术相比，具有以下技术效果 1、提高表面硬度和耐磨性，降低产生淬火裂纹。用本发明工艺处理的2Cr 13材料，表面硬度值达到HRC50以上，表面层深达1.5毫米以上。传统高频淬火表面硬度值仅在HRC45左右；传统高频淬火表面形成的是淬火马氏体组织，经过低温回火使用；若采用空冷淬火，硬化层金相组织存在15％左右的铁素体，所以硬度低；若加热到1000℃～1020℃采用喷液冷却，加热温度高存在隐形淬火裂纹危险或是直接产生裂纹；由于本发明采用了压缩空气进行表面淬火，可以避免隐形淬火裂纹或是直接裂纹的产生，并且可以把硬度提高到HRC50以上；由于提高了表面的硬化层硬度，因此也提高了耐磨性15％以上(表1)。
2、采用580℃～590℃保温3～5小时空冷或炉冷的稳定化工艺，2Cr13钢并没有明显的韧性下降趋势(表3)；稳定化工艺采用空冷或炉冷，一个重要的原因在于调质序时，本发明采用960℃～980℃保温2～5小时淬火工艺，这一温度在2Cr13钢的亚温淬火区内；亚温淬火的一个明显特点即是提高各种钢的低温冲击韧性。亚温淬火后得到了少量游离铁素体+马氏体+弥散分布的极细小的残余奥氏体组织；P、Sn、Sb、As等有害杂质集中在铁素体晶内，而不能在原奥氏体晶界上析出，极细小的奥氏体使裂纹扩展变得困难，从而使2Cr13钢的冲击韧性没有明显降低(表3)；采用580℃～590℃保温3～5小时空冷或炉冷的稳定化工艺，充分消除了加工应力等各种应力，因此在高频或中频淬火时能保证工件的畸变量。(表4) 3、对2Cr13活塞杆采用亚温热处理技术后，工件韧性指标冲击功提高10％以上(表2)；由于采用了亚温淬火，产生了少量细小针状铁素体，分布于残余奥氏体晶粒内，这样，P、Sn、Sb、As等有害杂质集中在铁素体晶内，在奥氏体晶粒内部的细小针状铁素体和针状奥氏体相间分布形成“晶粒边界效应”，减弱了有害的促进脆性的杂质元素在原奥氏体晶界的分布，从而减低了脆性倾向；亚温淬火的温度较常规淬火温度低很多，这样就抑制了晶粒的长大，淬火后不能形成粗大的残余奥氏体晶粒，增加了晶界的表面积，界面能也就有了很大的提高，并且单位面积内的杂质含量也就自然降低；在脆断时，就需要很高的能量，脆性表现也就不明显；由机理可知，回火脆性是一个受扩散控制的过程，这就是说产生第二类回火脆性必须在相当长的时间保温情况下才能表现出来；从图1中可以看出，在室温下韧性指标最低值需要在脆化温度区间内保温近100个小时，而本发明采用580℃～590℃保温3～5小时空冷或是炉冷的稳定化工艺，是不能使AKu值有明显的下降的(如表3)。
图1为Cr钢在回火脆性温度内的AKu值与回火时间的关系示意图； 图2为亚温淬火、670℃回火后金相照片； 图3为0.2MPa压缩空气淬火后金相照片。
具体实施例方式 本发明热处理工艺是将2Cr13活塞杆置于电阻炉内加热到860℃±10℃保温2～4小时，炉冷至350℃出炉或炉冷至750±10℃出炉空冷至室温。机械加工后进行调质处理，电阻炉内加热到960℃～980℃保温2～5小时，出炉油冷至150℃～200℃，出油空冷至室温；再转入回火炉内加热到660℃～690℃保温2.5～6.5小时，出炉空冷至室温；半精加工后进行580℃～590℃保温3～5小时的消应力处理，炉冷或空冷至室温；粗磨留量0.60～0.90毫米；进行中频或高频淬火处理，感应加热到1000℃～1020℃，采用压力在0.05～0.6MPa压缩空气喷射冷却，淬硬层深1.5～2.5毫米，淬火后进行校直处理；然后，在200℃～220℃回火，保温时间1～2小时，出炉空冷至室温，硬度HRC50以上。
本发明的工艺路线 锻压-退火-粗加工-调质-半精加工-消应力-粗磨-中频或高频淬火-回火-精加工 实施例1 本实施例具体步骤如下 (1)常规锻压； (2)退火860℃±10℃保温2小时，炉冷至350℃出炉空冷至室温； (3)常规机加工； (4)调质处理960℃保温2.5小时，出炉油冷至150℃，出油空冷至室温，转入回火炉内加热到660℃保温3小时，出炉空冷至室温； (5)常规半精加工一般用于零件几何公差要求比较高时，为了给精加工留下较小的加工余量的切削，可根据零件公差要求及加工材料特点灵活使用； (6)消应力处理580℃～590℃保温3小时的消应力处理，炉冷至室温； (7)常规粗磨； (8)高频淬火处理感应加热到1000℃喷射压缩空气淬火； (10)回火处理200℃回火，保温时间1小时； (11)常规精加工。
经过淬火处理的淬硬层深1.5～2毫米，复合处理后的硬度HRC50以上。
表1.样品在具体试验条件下测得的摩擦磨损数据
表2.经不同温度淬火及回火的冲击功(单位J) 表2中的数值均为室温下测得。
表3.经调质及不同稳定处理的冲击功(单位J)
表3中的冲击功均为室温下数值。
表4.采用不同稳定处理高中频淬火后的变形量(单位mm)
图1为Cr钢在回火脆性温度内的AKu值与回火时间的关系示意图；其中，横坐标为小时，纵坐标为冲击功(J)。图2为亚温淬火、670℃回火后金相照片(500倍)；图3为0.2MPa压缩空气淬火后金相照片(500倍)。
实施例2 与实施例1不同之处在于 (1)常规锻压； (2)退火860℃±10℃保温3小时，炉冷至750℃±10℃，出炉空冷至室温； (3)常规机加工； (4)调质处理970℃保温3.5小时，出炉油冷至175℃，出油空冷至室温，转入回火炉内加热到675℃保温4.5小时，出炉空冷至室温； (5)常规半精加工一般用于零件几何公差要求比较高时，为了给精加工留下较小的加工余量的切削，可根据零件公差要求及加工材料特点灵活使用； (6)消应力处理580℃～590℃保温4小时的消应力处理，炉冷至室温； (7)常规粗磨； (8)高频淬火处理感应加热到1010℃喷射压缩空气淬火； (10)回火处理210℃回火，保温时间1.5小时； (11)常规精加工。
经过淬火处理的淬硬层深2～2.5毫米，复合处理后的硬度HRC50以上。
实施例3 (1)常规锻压； (2)退火860℃±10℃保温4小时，炉冷至750℃±10℃，出炉空冷至室温； (3)常规机加工； (4)调质处理980℃保温5小时，出炉油冷至200℃，出油空冷至室温，转入回火炉内加热到690℃保温6.5小时，出炉空冷至室温； (5)常规半精加工一般用于零件几何公差要求比较高时，为了给精加工留下较小的加工余量的切削，可根据零件公差要求及加工材料特点灵活使用； (6)消应力处理580℃～590℃保温5小时的消应力处理，炉冷至室温； (7)常规粗磨； (8)高频淬火处理感应加热到1020℃喷射压缩空气淬火； (10)回火处理220℃回火，保温时间2小时； (11)常规精加工。
经过淬火处理的淬硬层深1.5～2.5毫米，复合处理后的硬度HRC50以上。
实例结果表明，采用本发明热处理工艺，可以解决2Cr13活塞杆采用传统表面热处理所产生的裂纹、硬化硬度低、冲击韧性差等问题。本发明能够完全防止传统高频淬火产生淬火裂纹，提高表面硬度达到HRC50以上，提高耐磨性15％，韧性提高10％以上。
实验证明，本发明不但可用在活塞杆上，而且可以用在所有采用2Cr13材料，要求硬度高、冲击韧性高、畸变要求严格的机械零件上。
权利要求
1.一种2Cr13热处理工艺，其特征在于该工艺包括以下步骤
(1)2Cr13材料的锻压成型；
(2)2Cr13材料的调质处理，在960℃～980℃保温2～5小时，出炉油冷至150℃～200℃，出油空冷至室温；再进行660℃～690℃回火2.5～6.5小时，出炉空冷至室温；
(3)机械加工后将2Cr13材料进行表面中频或高频淬火，感应加热到1000℃～1020℃，采用压缩空气进行喷射冷却。
2.按权利要求1所述的2Cr13热处理工艺，其特征在于经过淬火处理的淬硬层深1.5～2.5毫米，复合处理后的硬度HRC50以上。
3.按权利要求1所述的2Cr13热处理工艺，其特征在于在步骤(2)中，调质处理之前，进行退火处理，在860℃±10℃保温2～4小时，炉冷至750℃±10℃，出炉空冷至室温。
4.按权利要求1所述的2Cr13热处理工艺，其特征在于在步骤(3)中，机械加工后，可进行消应力处理580℃～590℃保温3～5小时，炉冷或空冷至室温。
5.按权利要求1所述的2Cr13热处理工艺，其特征在于在步骤(3)中，中频或高频淬火后进行校直，再进行200℃～220℃回火处理，保温时间1～2小时，出炉空冷至室温。
6.按权利要求1所述的2Cr13活塞杆热处理工艺，其特征在于，在步骤(3)中，淬火冷却介质为0.05～0.6MPa压缩空气进行喷射冷却。
全文摘要
本发明属于往复式压缩机用2Cr13活塞杆热处理工艺领域，适用于所有往复式压缩机采用2Cr13活塞杆热处理工艺，也可应用于要求韧性高、需要后序表面热处理的机械设备。本发明可以解决2Cr13活塞杆采用传统热处理所产生冲击韧性低、长轴类零件高频淬火变形大、淬裂及工件残余应力大等问题。本发明包括2Cr13活塞杆的锻压成型、退伙、调质、稳定化、中频或高频淬火及低温回火；采用本工艺，能完全防止传统热处理工艺存在的残余应力无法消除、高频淬火工件畸变严重等缺点，是长轴类工件的理想热处理工艺。
文档编号C21D1/56GK101608252SQ20081001190
公开日2009年12月23日 申请日期2008年6月18日 优先权日2008年6月18日
发明者曲德毅 申请人:沈阳鼓风机(集团)有限公司