一種具有硬度梯度分布的釬具鋼xgq25的熱處理工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有硬度梯度分布的釬具鋼XGQ25的熱處理工藝，可實(shí)現(xiàn)滲碳后釬具由表面到基體具有合理的硬度梯度分布。該工藝包括以下步驟：將滲碳后的釬具在800℃±10℃淬火保溫60分鐘，保溫完成后分三段進(jìn)行冷卻，首先采用油冷至400℃±10℃，隨后隨爐冷卻至200℃，冷速0.05～0.1℃/s，而后在200℃以下空冷至室溫。然后在200℃回火保溫120分鐘，保溫完成后空冷至室溫。通過該工藝的實(shí)施，使得滲碳后釬具形成表面高硬度的高碳馬氏體組織(HV640～660)、心部高韌性的下貝氏體組織(無缺口沖擊功115～120J)及較寬過渡層(寬度0.5～1.0mm)的下貝氏體和低碳馬氏體復(fù)相組織，獲得釬具強(qiáng)韌性良好匹配，從而有效的提高了釬具的使用壽命。
【專利說明】
一種具有硬度梯度分布的釬具鋼XGQ25的熱處理工藝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，是一種釬具用材料XGQ25鋼，具體涉及一種具有硬度梯 度分布的釬具鋼XGQ25的熱處理工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國礦產(chǎn)資源的開采利用、能源領(lǐng)域的建設(shè)發(fā)展，基礎(chǔ)工程設(shè)施日趨完備，道 路交通不斷完善，使得鑿巖鉆探用釬鉆具的需求呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。釬鉆具在服役過程中要持 續(xù)承受抗壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲循環(huán)應(yīng)力，以及約2000~9000次/min的高頻沖擊，每次的沖擊能量 25~500J。釬具工作時(shí)主要的失效形式有桿體磨損、變形、斷裂失效及釬頭硬質(zhì)合金的脫 落，塑性變形、應(yīng)力疲勞以及腐蝕斷裂等。目前，釬桿材料的鑿巖壽命短的在幾十米，長的在 幾百米或上千米，釬頭壽命只有十幾米到幾十米。
[0003] 釬具鋼是世界上服役條件和工作環(huán)境都較為惡劣的鋼種之一。這對(duì)用于制作釬具 鋼的材料的性能提出了極尚的要求。首先應(yīng)當(dāng)具有良好的強(qiáng)初性配合，以提尚它的抗沖擊 能力。而材料的性能由其化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)以及狀態(tài)所決定的，所以，在合金元素合理配 置的基礎(chǔ)上，正確選擇熱處理工藝，是實(shí)現(xiàn)釬具內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)及狀態(tài)的控制，實(shí)現(xiàn)高壽命的 關(guān)鍵。
[0004] 由于釬具特殊的工作環(huán)境，要求釬具表面具有高的硬度和耐磨性，心部具有高的 韌性;同時(shí)釬具滲碳后從表面到心部的硬度呈現(xiàn)平緩的過渡，以實(shí)現(xiàn)外強(qiáng)內(nèi)韌的良好匹配。 目前，對(duì)于釬具用材料XGQ25，目前，國內(nèi)多數(shù)的釬具企業(yè)在使用該鋼種的過程中，淬火保溫 完成后，一般采用油淬、空冷、等溫鹽浴淬火等方式，這些熱處理方式無法實(shí)現(xiàn)釬具表面到 心部硬度的平緩過渡，難以獲得滲碳后釬具外強(qiáng)內(nèi)韌的良好匹配，導(dǎo)致目前國內(nèi)釬具壽命 普遍較短。本發(fā)明就是一種具有硬度梯度分布的釬具鋼XGQ25的熱處理工藝，采用該工藝 后，可以實(shí)現(xiàn)滲碳后釬具表面高硬度和心部高韌性，并實(shí)現(xiàn)釬具從表到內(nèi)硬度的最佳匹配 過渡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種具有硬度梯度分布的釬具鋼XGQ25的熱處理工藝，通過 該工藝的實(shí)施，使得滲碳后釬具獲得從表面到心部硬度梯度的平緩過渡，以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)韌性的 良好匹配，從而有效的提高了釬具的使用壽命。
[0006] 本發(fā)明技術(shù)方案是:一種具有硬度梯度分布的釬具鋼XGQ25的熱處理工藝，具體包 括步驟：
[0007] 步驟1:滲碳工藝:釬具采用熱乳XGQ25鋼棒，置于930°C ± 10°C的多功能滲碳爐內(nèi) 進(jìn)行滲碳，滲碳劑為煤油，滲碳過程分兩段進(jìn)行:碳勢(shì)控制為1.2 %時(shí)滲碳3h;隨后將碳勢(shì)調(diào) 整為1.0%保溫3h;滲碳完成后隨爐冷卻到850 C，保溫30min，油泮至室溫；
[0008] 步驟2:將經(jīng)上述步驟滲碳完成后的釬具在650°C±10°C高溫回火，保溫60min，空 冷，隨后按尺寸要求進(jìn)行精加工；
[0009] 步驟3:淬火處理:在溫度為800°C ± 10下保溫60分鐘，而后油淬至400°C ± 10°C，再 以0.05~0. rc/s的冷速冷卻到200°C，而后在200°C以下空冷;然后進(jìn)行低溫回火工藝：回 火溫度200°C，回火保溫120分鐘后空冷。
[0010] 2、進(jìn)一步，所述步驟3:淬火處理:將精加工后釬具置于保護(hù)氣體下，在溫度為800 °C ± 10下保溫60分鐘進(jìn)行淬火，油淬至400°C ± 10°C，再以0.05~0. l°C/s的冷速冷卻到200 °C，而后在200°C以下空冷;然后進(jìn)行低溫回火工藝：回火溫度200°C，回火保溫120分鐘；其 中，所述保護(hù)氣體包括氮?dú)?、氬氣或氦氣。滲碳后釬具形成表面高硬度的高碳馬氏體組織 (HV640~660)、心部高韌性的下貝氏體組織(無缺口沖擊功115~120J);過渡層為下貝氏體 和低碳馬氏體的復(fù)相組織，過渡層寬度0.5~1.0_，獲得釬具強(qiáng)韌性良好匹配。
[0011] 本發(fā)明的有益效果是:使得滲碳后釬具從表面到心部硬度梯度的平緩過渡，以實(shí) 現(xiàn)強(qiáng)韌性的良好匹配，從而有效的提高了釬具的使用壽命。
[0012] 1、分段連續(xù)冷卻階段，第一段油冷，7令卻冷速20.5°C/s，可以避免滲碳層與基體 發(fā)生相變，且抑制滲碳層發(fā)生脫碳。
[0013] 2、分段連續(xù)冷卻中發(fā)生相變的關(guān)鍵溫度區(qū)間400~200°C范圍內(nèi)，采用0.05~0.1 °C/s的冷速冷卻，使得基體與過渡區(qū)分別發(fā)生下貝氏體轉(zhuǎn)變。
[0014] 3、200°C以下空冷，表層滲碳層發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，形成高硬度馬氏體。
【附圖說明】
[0015] 圖1是實(shí)施例熱處理后過渡區(qū)典型的顯微組織：（a)表面；⑻過渡層；（c)基體；
[0016] 圖2是對(duì)比例熱處理后過渡區(qū)典型的顯微組織：（a)表面；（b)過渡層；（c)基體。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。
[0018] 實(shí)施例1:
[0019] 采用熱乳 XGQ25 鋼棒（化學(xué)成分為<：:0.24-0.26%、51:1.62-1.72%、]?11:1.45-1.55%、Cr:0.32-0.38%、Ni: 1.46-1.55%、M〇:0.63_0.68%、V:0.10-0.12%、P: < 0.015%、S: < 0.008% )進(jìn)行粗機(jī)加工，粗機(jī)加工完成后進(jìn)行如下操作：
[0020] 步驟1:滲碳工藝:釬具采用熱乳XGQ25鋼棒，置于930 °C的多功能滲碳爐內(nèi)進(jìn)行滲 碳，滲碳劑為煤油，滲碳過程分兩段進(jìn)行:碳勢(shì)控制為1.2%時(shí)滲碳3h;隨后將碳勢(shì)調(diào)整為 1.0%保溫3h;滲碳完成后隨爐冷卻至丨」850 C，保溫30min，油泮至室溫；
[0021] 步驟2:將經(jīng)上述步驟滲碳完成后的釬具在650°C高溫回火，保溫60min，空冷，隨后 按尺寸要求進(jìn)行精加工；
[0022] 步驟3:淬火處理：在溫度為800°C下保溫60分鐘，而后油淬至400°C，再以0.05~ 0.1°c/s的冷速冷卻到200°C，而后在200°C以下空冷;然后進(jìn)行低溫回火工藝：回火溫度200 °C，回火保溫120分鐘后空冷。對(duì)熱處理后釬具的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示。 對(duì)釬具從表到里顯微組織進(jìn)行觀察，如圖1所示，表面為高碳馬氏體，基體為下貝氏體，過渡 層為下貝氏體和低碳馬氏體的復(fù)相組織。
[0023] 實(shí)施例2:
[0024]采用熱乳XGQ25鋼棒（化學(xué)成分為C: 0 ? 24-0 ? 26 %、Si : 1 ? 62-1 ? 72 %、Mn : 1 ? 45- 1.55%、Cr:0.32-0.38%、Ni: 1.46-1.55%、Mo:0.63-0.68%、V:0.10-0.12%、P: < 0.015%、S: < 0.008%)進(jìn)行粗加工，粗加工完成后進(jìn)行如下操作：
[0025] 步驟1:滲碳工藝:釬具采用熱乳XGQ25鋼棒，置于940 °C的多功能滲碳爐內(nèi)進(jìn)行滲 碳，滲碳劑為煤油，滲碳過程分兩段進(jìn)行:碳勢(shì)控制為1.2%時(shí)滲碳3h;隨后將碳勢(shì)調(diào)整為 1.0%保溫3h;滲碳完成后隨爐冷卻至丨」850 C，保溫30min，油泮至室溫；
[0026] 步驟2:將經(jīng)上述步驟滲碳完成后的釬具在650°C高溫回火，保溫60min，空冷，隨后 按尺寸要求進(jìn)行精加工；
[0027] 步驟3:淬火處理：在溫度為800°C下保溫60分鐘，而后油淬至410°C，再以0.05~ 0.1°c/s的冷速冷卻到200°C，而后在200°C以下空冷;然后進(jìn)行低溫回火工藝：回火溫度200 °C，回火保溫120分鐘后空冷。對(duì)熱處理后釬具的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示。 [0028] 實(shí)施例3:
[0029] 采用熱乳 XGQ25 鋼棒（化學(xué)成分為(：：0.24-0.26%、51:1.62-1.72%、]?11:1.45-1.55%、Cr:0.32-0.38%、Ni: 1.46-1.55%、M〇:0.63_0.68%、V:0.10-0.12%、P: < 0.015%、S: < 0.008%)進(jìn)行粗加工，粗加工完成后進(jìn)行如下操作：
[0030] 步驟1:滲碳工藝:釬具采用熱乳XGQ25鋼棒，置于930 °C的多功能滲碳爐內(nèi)進(jìn)行滲 碳，滲碳劑為煤油，滲碳過程分兩段進(jìn)行:碳勢(shì)控制為1.2%時(shí)滲碳3h;隨后將碳勢(shì)調(diào)整為 1.0%保溫3h;滲碳完成后隨爐冷卻至丨」850 C，保溫30min，油泮至室溫；
[0031] 步驟2:將經(jīng)上述步驟滲碳完成后的釬具在650°C高溫回火，保溫60min，空冷，隨后 按尺寸要求進(jìn)行精加工；
[0032] 步驟3:淬火處理：在溫度為810°C下保溫60分鐘，而后油淬至390°C，再以0.05~ 0.1°c/s的冷速冷卻到200°C，而后在200°C以下空冷;然后進(jìn)行低溫回火工藝：回火溫度200 °C，回火保溫120分鐘后空冷。對(duì)熱處理后釬具的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示。 [0033] 對(duì)比例：
[0034]采用熱乳 XGQ25 鋼棒（化學(xué)成分為(：：0.24-0.26%、51:1.62-1.72%、]?11:1.45-1.55%、Cr:0.32-0.38%、Ni: 1.46-1.55%、M〇:0.63_0.68%、V:0.10-0.12%、P: < 0.015%、S: < 0.008%)進(jìn)行粗加工，粗加工完成后進(jìn)行如下操作：
[0035] 步驟1:滲碳工藝:釬具采用熱乳XGQ25鋼棒，置于930 °C的多功能滲碳爐內(nèi)進(jìn)行滲 碳，滲碳劑為煤油，滲碳過程分兩段進(jìn)行:碳勢(shì)控制為1.2%時(shí)滲碳3h;隨后將碳勢(shì)調(diào)整為 1.0%保溫3h;滲碳完成后隨爐冷卻至丨」850 C，保溫30min，油泮至室溫；
[0036] 步驟2:將經(jīng)上述步驟滲碳完成后的釬具在650°C高溫回火，保溫60min，空冷，隨后 按尺寸要求進(jìn)行精加工；
[0037] 步驟3:淬火處理:在溫度為840°C下保溫60分鐘，而后直接油淬至室溫;然后進(jìn)行 低溫回火工藝：回火溫度200°C，回火保溫120分鐘后空冷。對(duì)熱處理后釬具的力學(xué)性能進(jìn)行 測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示。對(duì)釬具從表到里顯微組織進(jìn)行觀察，如圖2所示，表面為高碳馬 氏體，基體為低碳馬氏體。
[0038]上面的實(shí)施例均能達(dá)到權(quán)利書要求。
[0039]表1實(shí)施例熱處理后的力學(xué)性能

【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種具有硬度梯度分布的釬具鋼XGQ25的熱處理工藝，其特征在于:具體包括以下步 驟： 步驟1:滲碳工藝：釬具采用熱乳XGQ25鋼棒，置于930°C ± 10°C的多功能滲碳爐內(nèi)進(jìn)行 滲碳，滲碳劑為煤油，滲碳過程分兩段進(jìn)行:碳勢(shì)控制為1.2 %時(shí)滲碳3h;隨后將碳勢(shì)調(diào)整為 1.0%保溫3h;滲碳完成后隨爐冷卻至丨」850 C，保溫30min，油泮至室溫； 步驟2:將經(jīng)上述步驟滲碳完成后的釬具在650°C±10°C高溫回火，保溫60min，空冷，隨 后按尺寸要求進(jìn)行精加工； 步驟3:淬火處理、低溫回火。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有硬度梯度分布的釬具鋼XGQ25的熱處理工藝，其特征 在于:所述步驟3所述的淬火處理是將精加工后釬具置于保護(hù)氣體下，在溫度為800°C ± 10 下保溫60分鐘進(jìn)行淬火，油淬至400°C ± 10°C，再以0.05~0. l°C/s的冷速冷卻到200°C，而 后在200°C以下空冷;然后進(jìn)行低溫回火工藝：回火溫度200°C，回火保溫120分鐘后空冷;其 中，所述保護(hù)氣體包括氮?dú)狻鍤饣蚝?滲碳后釬具形成表面高硬度的高碳馬氏體組織、 心部高韌性的下貝氏體組織，表面HV640~660，心部無缺口沖擊功115~120J;過渡層為下 貝氏體和低碳馬氏體的復(fù)相組織，過渡層寬度0.5~1.0_，獲得釬具強(qiáng)韌性良好匹配。
【文檔編號(hào)】C21D1/18GK105821371SQ201610211271
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年4月6日
【發(fā)明人】劉雅政, 蔣波, 周樂育, 張朝磊, 黃斌, 陳列, 王磊英, 王國存, 趙海東
【申請(qǐng)人】北京科技大學(xué)