一种合金钢低硬度软化方法与流程

本发明涉及属于热处理领域，特别涉及一种高效的合金钢低硬度软化方法。

背景技术：

根据标准《GB/T 3077-1999合金结构钢》要求，30CrMo合金钢热处理后的硬度要求HBW220～230(布氏硬度，3000Kg载荷，以下略)。但30CrMo在作为连接件时，某些特定工作状态，在保证其拉伸性能的情况下，要求其硬度降至HBW140以下，以保证在受到拉伸冲击力时，与其连接的部件不受损伤。而目前仍没有合适的热处理工艺能够满足硬度HBW≤140以下的要求。连接件的此项性能要求很难符合设计思路，达到预想的使用要求。因此开发一种热处理工艺，改善材料的内部组织，调整其硬度，对材料的多元化开发应用具有很重要的意义。

现在对于目标――30CrMo合金钢硬度，要求最低处理在HBW130～140。首先对其进行金相分析及查阅资料，经过数据及金相统计分析，得出：要想得到最符合预期的要求，就要尽量将合金钢组织中的片状石墨，在合理的情况下热处理为球状石墨。选择的退火工艺主要是①完全退火，为此首先选择完全退火工艺来考察完全退火对该种材料硬度的影响，同时考虑到材料由于锻造及锻造退火对材料组织的影响，安排了②部分正火及③等温回火工艺，进而考察对材料硬度及组织具有 明显影响趋势的退火工艺。退火硬度采用以上三种退火工艺均能实现降低硬度，但要使合金钢硬度小于HBW140，以单一退火工艺无法达到要求。

技术实现要素：

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种合金钢低硬度软化方法，采用合理安排预处理工艺，得到适合后续热处理的相含量及形貌，退火过程采用复合退火工艺，球化退火加等温退火，最终获得理想的组织与硬度，对提高同类型零件的性能，有很重要的意义。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种合金钢低硬度软化方法，包括以下步骤：

步骤一、对零件进行预处理：

将合金钢试样室温放置于加热炉内，加热至840-860℃，保温1.5-2.5小时，再以10℃每小时降温至700℃-720℃，保温5.5-6.5小时；然后以10℃每小时降温至440℃-460℃，关炉随炉冷却，出炉记录；

步骤二、球化退火

将步骤一的产物再次室温放置于加热炉内，加热至770℃-790℃，保温1.5-2.5小时；再以10℃每小时降温至660℃-680℃，保温3.5-4.5小时；然后以10℃每小时降温至440℃-460℃，关炉随炉冷却；

步骤三、循环处理

按照步骤二的球化退火的工艺，重复二次，即得到低硬度合金钢。

本发明的优点：

本发明严格利用金属特性，经过反复实验，得到了最便捷效率最高的工艺路线，来得到硬度最低的30CrMo合金钢。

附图说明

图1为本发明步骤一预处理工艺图。

图2为本发明步骤一预处理后试样金相效果图。

图3为本发明步骤二球化退火热处理工艺图。

图4为本发明出炉温度与硬度关系说明图。

图5为本发明步骤三循环处理工艺图。

图6为本发明步骤三循环处理工艺效果金相图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细叙述。

步骤一、对零件进行预处理：

将合金钢试样室温放置于加热炉内，加热至850℃，保温2小时，再以10℃每小时降温至710℃，保温6小时；然后以10℃每小时降温至450℃，关炉随炉冷却，出炉记录；

合金钢的性能，取决于金相，合适的预处理更是后续进行组织加强的基础。如图1：经过多次试验，总结,按照制定的工艺，在850℃左右开始高温处理，毛坯由于锻造而留下的带状组织在这一阶段的处理当中也几乎没有变化，；同时在完全退火处理中可以更进一步细化晶粒，晶粒度级别数从原材料的6～7级细化至8级及8级以上。硬度从156HB(3000kg)(3000kg硬度值较1000kg硬度值偏大10HB左右)可以降低至139HB(1000kg)。

图1为预处理工艺，将零件按照此工艺处理，得到的金相图如图2：从金相看来，图谱上为块状铁素体+片状珠光体，称带状分布，带状组织二级。晶粒度7～8级。硬度：136HB(1000kg)

步骤二、球化退火

将步骤一的产物再次室温放置于加热炉内，加热至770℃-790℃，保温 1.5-2.5小时；再以10℃每小时降温至660℃-680℃，保温3.5-4.5小时；然后以10℃每小时降温至440℃-460℃，关炉随炉冷却；

球化退火是使钢获得弥散分布于铁素体基体上细粒状(球状)碳化物组织的工艺方法，能获得相当均匀的最终组织，同时也是珠光体组织中硬度最低的的组织形态。

本专利针对的低碳低合金结构钢，属于亚共析钢，在珠光体转变时先析出相为铁素体，为此必须严格控制温度及时间参数，才能获得较多的球状珠光体含量。珠光体含量增强，才能获得最期望的结果。

如图3按照此工艺曲线

本球化处理工艺，其球化转变温度区间窄，为此在温度与实践参数都选择合适的条件下还需要处理炉炉温均匀性好、控温效果好。

在真空热处理炉的适合温度与时间参数是780±10℃×3±0.5h-670±10℃×4±0.5h-降温；处理样品硬度在130HB(1000kg)/141HB(3000kg)左右，金相组织为先析铁素体与粒状(球状)珠光体为主。

工艺结束的出炉温度，经过多次试验，总结：

完全退火时，降温速度在20℃/h以后对硬度的影响不是很大，但在较快的冷速下30℃/h以上时对硬度影响较大；为此控制降温速度在20℃/h以下。

如图4所示，在完全退火中第一阶段降温速度选择不超过20℃/h，第二阶段降温速度选择不超过15℃时可以获得较低的硬度值，最低硬度值在136HB(1000kg)。在球化退火工艺中，无论是第一阶段还是第二阶段都是温度越低硬度越低，选择降温速度在10℃/h以下时可以获得较理想的硬度值，最低硬度值在129HB(1000kg)。

步骤三、循环处理

按照步骤二的球化退火的工艺，重复二次，即得到低硬度合金钢。

循环处理原因如下：

零件经过前面的步骤，经过多次试验总结，无论是选择完全退火工艺还是球化退火工艺，即便在降温速度、出炉温度都严格控制的情况下都不能得到技术要求的退火后硬度值。

为此尝试采用多道次的热处理工艺，即在前一次工艺的处理中得到适合后续热处理的预备组织，进而获得组织均匀、硬度值低的退火工艺。

如图5按照此图工艺，将前期780－670单次工艺循环三次执行。可得金相如图6，分别为100倍和1000倍的金相图谱，白色基体为铁素体及少量粒状珠光体，呈带状分布，带状组织一级。

大试验工件硬度在134HB(3000kg)

小工件控制在129～130HB(3000kg)

根据完全退火与球化退火、多次完全退火及多次球化退火的工艺组合试验情况，可以得出最佳的热处理工艺组合是多次球化退火，用小件试验经过两次循环处理即可得到满意的热处理效果，对于工件的处理经过三次循环热处理即可得到满意的热处理效果，并且组织得到进一步细化，带状组织也减轻到只有一级。

对目标试验工件，得出最佳的硬度软化办法，即按照上述工艺步骤1.2.3.4执行。

复合退火+循环处理，预处理和出炉温度都必须严格按照工艺曲线进行，才能获得130～140HB(3000kg)左右的目标硬度。

实施例二

选用热处理对象为：锯割及线切割方式制备的30×20×5mm的30CrMo样块，一次制备3块，按照工艺步骤首先进行预处理，样块装炉，然后进行图1工艺：

步骤一、对零件进行预处理：

实际炉温曲线为

(843～848℃)×2h5min-(405～410℃)×6h10min-降温8℃/h

冷却后再进行图5工艺，步骤二、球化退火和步骤三、循环处理

实际炉温曲线为

(772～781℃)×3h15min-(661～609℃)×4h10min-降温8℃/h

(771～778℃)×3h5min-(665～612℃)×4h15min-降温9℃/h

(770～782℃)×3h-(663～670℃)×6h10min-降温9℃/h

可得到3个小样的硬度为：

HBW：130；HBW：129；HBW：130

实施例三

试验对象：Ф120mm×200mm的30CrMo材质工件,机加工方式一次制备两件。

按照工艺步骤进行，首先进行样块一的热处理步骤，样件装炉，然后进行图1工艺即步骤一、对零件进行预处理：

实际炉温曲线为

(841～849℃)×2h15min-(408～410℃)×6h15min-降温8℃/h

冷却后再进行图5工艺即步骤二、球化退火和步骤三、循环处理

实际炉温曲线为

(772～780℃)×3h15min-(661～669℃)×4h10min-降温10℃/h

(776～783℃)×3h-(662～669℃)×4h10min-降温9℃/h

(772～779℃)×3h10min-(662～671℃)×6h10min-降温10℃/h

HBW：132；HBW：33.

实施例三

试验对象：Ф120mm×600mm的30CrMo材质工件,机加工方式一次制备两件。

按照工艺步骤进行，首先进行样块一的热处理步骤，样件装炉，然后进行图1工艺即步骤一、对零件进行预处理：

实际炉温曲线为

(845～855℃)×2h20min-(406～413℃)×6h-降温10℃/h

冷却后再进行图5工艺即步骤二、球化退火和步骤三、循环处理

实际炉温曲线为

(775～783℃)×3h10min-(665～669℃)×4h20min-降温8℃/h

(773～781℃)×3h20min-(663～671℃)×4h-降温9℃/h

(772～780℃)×3h-(662～672℃)×6h10min-降温9℃/h

可得到2个试验工件的硬度为：

HBW：131；HBW：133。

实施例四

试验对象：Ф200mm×600mm的30CrMo材质工件,机加工方式一次制备两件。

按照工艺步骤进行，首先进行样块一的热处理步骤，样件装炉，然后进行图1工艺即步骤一、对零件进行预处理：

实际炉温曲线为

(846～854℃)×2h10min-(411～418℃)×6h20min-降温9℃/h

冷却后再进行图5工艺即步骤二、球化退火和步骤三、循环处理

实际炉温曲线为

(772～780℃)×3h15min-(661～669℃)×4h10min-降温10℃/h

(779～782℃)×3h10min-(664～673℃)×4h20min-降温8℃/h

(776～785℃)×3h10min-(666～675℃)×6h10min-降温9℃/h

可得到2个试验工件的硬度为：

HBW：133；HBW：134。