一種新型的合金滲碳鋼的製作方法

2023-06-01 20:35:46 2

本發明涉及一種新型的合金滲碳鋼，屬於金屬材料領域。

背景技術：

合金滲碳鋼通常是指經滲碳淬火，低溫回火後使用的鋼，它一般為低碳的優質碳素結構鋼與合金鋼。合金滲碳鋼鋼相比以往的鋼鐵材料，其表面有著較高的疲勞輕度和耐磨性，能夠承受巨大的衝擊載荷，接觸應力，並且具有良好的熱處理工藝特性，如高的淬透性和滲碳能力，因此合金滲碳鋼被廣泛的應用於汽車製造，工程機械等領域。

中國專利201180010221.1，發明名稱為滲碳鋼構件及其製造方法。本發明涉及一種滲碳鋼構件，其通過特定的滲碳工序、冷卻工序和淬火工序進行製造而成。其含有C 為0.1 ～ 0.4%、Si 為0.35 ～ 3.0%、Mn 為0.1 ～ 3.0%、P 為0.03% 以下、S 為0.15% 以下、Al為0.05% 以下、N 為0.03% 以下，並且Cr 含量為低於0.2%，Mn 含量為0.1% 以下，餘量由Fe 和不可避免的雜質組成。其表層具有：第一層，該層碳濃度為0.60 ～ 0.85 質量% 並且含有不存在由Si 引起的晶界氧化層的馬氏體組織；第二層，該層碳濃度為0.1 ～ 0.4 質量% 並且含有馬氏體組織；以及第三層，該層碳濃度為0.1 ～ 0.4 質量% 並且不包含馬氏體組織。本發明的不足是由於滲碳鋼中含有較多的雜質，影響了滲碳鋼的高耐磨性。

中國專利201280003024.1，發明名稱為滲碳用鋼，滲碳鋼部件及其製造方法。本發明公開了一種滲碳軸承鋼，其化學元素質量百分含量為：碳：0.07~0.13% ；錳：0.0001~0.80% ；矽:0.0001~0.50% ；鉻：1.30~5.00% ； 鋁：0.070~0.200% ；氮：0.0030~0.010% ；氧≤ 0.0030% ；磷≤ 0.020% ；硫：0.005~0.020% ；鈦≤ 0.0020% ；餘量為Fe 及不可避免的雜質。該發明存在的問題是滲碳過程中往往在鋼中產生氣孔，從而使滲碳鋼的強韌性難以滿足需求。

技術實現要素：

為了滿足對滲碳鋼機械性能和抗疲勞性的嚴格要求。為了解決晶粒易粗大以及強韌性匹配問題，為了滿足對高質量合金滲碳鋼的需求，本發明旨在提供一種新型的合金滲碳鋼配方，來解決以上所提出的問題。本發明所採用的技術方案是。

本發明使用的滲碳過程有三個基本過程。第一個過程是高溫下滲碳劑 的熱分解，析出活性碳原子 [C]。第二個過程是活性碳[C] 和 CO 被滲碳鋼表面吸附，伴隨有表面反應 2CO [CJ 十 COz ' [C) 吸附表面後向鋼內部滲入，在奧氏體表面維持著一定的碳含量。滲碳過程中爐內氣氛與鋼表面碳含量達到平衡時相對碳含量稱為碳勢，它對滲碳質量起著決定性的作用。不斷向爐內輸人滲碳介質就增高了分解產物活性碳原子[C]的濃 度，保持著高的碳勢。第三個過程是碳由鋼表面向鋼內部擴散。鋼表面吸收活性碳[C]原 子後，表面碳濃度增高，這就在鋼表面和內部之間構成了碳濃度差，在滲碳溫度下獲得增厚 的滲碳擴散層。影響滲碳速率的主要因素有溫度、保溫時間、氣氛碳勢、滲碳鋼中的合金元素種類的含量。影響滲碳層深度的經驗公式為。

式中，為滲碳層深度（mm）,K為溫度的函數，包括擴散係數與溫度的關係，t為保溫時間（h）。

式中，為滲碳層深度（mm）,T為溫度(℃)，t為保溫時間（h）。

隨著滲碳溫度升高，滲碳速度也會越快，滲碳層深度與會變厚。一般情況而言滲碳時間與滲碳層深度呈拋物線關係。本文採用的滲碳溫度為900℃-980℃左右。

合金元素對鋼的滲碳工藝性能也有重要的影響。合金元素對滲碳層表面含碳量和滲碳層 深度的影響，碳化物形成元素將增大鋼表面吸收碳原子的能力，增加滲碳層表面碳濃度，有利於增加滲碳層深度，另一方面又阻礙碳在奧氏體中擴散，因而不利於滲碳層增厚。就總的效果來看，鉻、錳、鉬有利於滲碳層增厚，而鈦能減小滲碳層厚度。非碳化物形成元素則相反，降低鋼表面吸收碳原子能力，減少滲碳層濃度，加速碳在奧氏體中擴散,因此本發明要求鈦≤ 0.0015%。 總的效果是矽等元素不利於滲碳層增厚，鋼中碳化物形成元素含量過高，將在滲碳層中產生許多塊狀碳化物，造成表面的脆性，所以碳化物和非碳化物形成元素在鋼中的含量要適當。錳是一個較好的合金元素，它既可以加速滲碳層增厚，又不過多增高滲碳層含碳量。矽使滲碳時鋼的晶界氧化加劇，對零件的接觸疲勞性能有重要影響，若將其降低到 w(Si)<0.15%，可使Cr-Mo系鋼的晶界氧化層從15-20μm 降低到小於5μm，而接觸疲勞壽命會提高一倍以上。

本發明中新型的合金滲碳鋼，其化學元素質量百分含量為：碳：0.08~0.15% ；硫：0.005~0.020%；錳：0.0015~0.06% ；矽:0.0015~0.10% ；鉻：0.50~1.00% ； 鋁：0.100~0.200% ；氮：0.0030~0.015% ；錳：0.0015~0.06% ；矽:0.0015~0.10%；氧≤ 0.0040% ；磷≤ 0.015% ； ；鈦≤ 0.0015% ；餘量為Fe 及不可避免的雜質。

具體實施方式

實施例1：碳：0.10% ；硫：0.008%；錳：0.05% ；矽:0.10% ；鉻：1.00% ； 鋁：0.100% ；氮：0.10% ；錳：0.02% ；矽:0.10%；氧：0.0005% ；磷：0.005% ；鈦： 0.0012% ；餘量為Fe 及不可避免的雜質。

實施例2：碳：0.12% ；硫：0.010%；錳：0.05% ；矽:0.10% ；鉻：0.90% ； 鋁：0.200% ；氮：0.10% ；錳：0.025% ；矽:0.025%；氧：0.0003% ；磷：0.005% ；鈦： 0.0010% ；餘量為Fe 及不可避免的雜質。

實施例3：碳：0.09% ；硫：0.008%；錳：0.02% ；矽:0.080% ；鉻：0.80% ； 鋁：0.100% ；氮：0.02% ；錳：0.035% ；矽:0.012%；氧：0.0004% ；磷：0.005% ；鈦： 0.0008% ；餘量為Fe 及不可避免的雜質。

該發明所提供的一種新型的合金滲碳鋼，在保證適當塑性的前提下，能夠明顯的提高合金滲碳鋼的強度，從而能夠很好的滿足工程實際中對合金滲碳鋼的要求。