一种A-100钢热处理工艺

技术领域

本发明涉及A-100钢热处理技术领域。具体地说是一种A-100钢热处理工艺。

背景技术

A-100钢是美国Carpenter技术公司在20世纪90年代初研制的一种新型的超高强度钢，具有非常好的综合力学性能。A-100钢可作为飞机的主要承力件，比如飞机起落架用钢。在目前A-100钢的加工工艺中，热处理的效果往往关系这A-100钢最终的力学性能能否达到应用要求；而根据以往的数据表明，采用目前的热处理工艺，在热处理完成后，A-100钢的力学性能合格率仅能达到70％左右。因此，A-100钢的热处理工艺仍需要进一步优化，以提高A-100钢的强度和硬度，提高A-100钢热处理后的合格率。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种可以有效提高A-100钢热处理效果的A-100钢热处理工艺，以解决当前热处理工艺处理A-100钢后各试件的力学性能差异较大且合格率低的问题，该热处理工艺能够提高A-100钢的强度和硬度，并且能够提高A-lOO钢的韧性。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种A-100钢热处理工艺，包括如下步骤：

步骤(1)、淬火处理：将A-100钢试样置于加热炉有效区中进行加热；然后将A-100钢试样投入淬火槽中进行油冷至室温；

步骤(2)、冷处理：将淬火处理后的A-100钢试样放入冷处理箱有效区内进行冷处理，冷处理结束后在空气中回温至室温；

步骤(3)、回火处理：将冷处理后的A-100钢试样放入加热炉有效区内进行回火处理，并空冷至室温。

上述A-100钢热处理工艺，在步骤(1)中，加热炉有效区的温度均匀性小于或等于±14℃淬火处理时，将A-100钢试样置于加热炉有效区后，在5-10min内将温度升高至885℃；淬火处理的保温时间为60-70min。淬火处理试样从入炉到达加热温度一般控制在5-10min内；淬火温度与A-100钢的塑韧性有直接关系，当淬火温度升高时，A-100钢的塑韧性先升高后降低，而在885℃淬火时，A-100钢可达到较好的强韧性能配合；淬火处理的保温时间在60-70min可保证A-100钢具有较高的强度。

上述A-100钢热处理工艺，油冷的冷却速率为：步骤(1)中，油冷时，油温控制在20-60℃，且油冷的时间小于或等于5min。

上述A-100钢热处理工艺，步骤(2)中，冷处理箱有效区的温度均匀性小于或等于±8℃；冷处理时，将A-100钢试样置于冷处理箱有效区后，在10-20min内将温度降至-73℃；冷处理的保温时间为55-65min。冷处理主要为了将降低A-100钢残余奥氏体含量，-73℃附近保温60min，可将残奥含量控制在0.5％以下，使A-100钢具有良好的动态塑性；冷处理完后在空气中回温至室温，一般时间控制在3-4h完成。

上述A-100钢热处理工艺，待步骤(1)的淬火处理完成后，间隔为1-2h再进行步骤(2)的冷处理。淬火后1-2h再进行冷处理，主要为了保证奥氏体进一步向马氏体转变，板条马氏体进一步长大，有助于A-100钢的良好的强度和韧性结合，间隔时间过长或过短，A-100钢强度和韧性达不到最佳配合。

上述A-100钢热处理工艺，步骤(3)中，加热炉有效区的温度均匀性小于或等于±3℃；回火处理时，将A-100钢试样置于加热炉有效区内后，在10-20min内将温度升高至482℃，回火处理的保温时间为320-360min。回火处理试样从入炉到达加热温度一般控制在10-20min内。回火处理是能否得到A-100钢强韧性最佳配合的关键，大量试验证明482℃回火温度A-100综合性能最好；但该回火处理条件回火处理对于炉温要求较高，如果炉温均匀性超过±3℃,有可能达不到最佳状态；回火处理的保温时间为320-360min，主要为了控制A-100钢韧性，试验结果表明320-360min回火，可使A-100钢断裂韧性达到最佳。

上述A-100钢热处理工艺，步骤(3)中，试样回火处理完成后空冷时间为2-3h。

上述A-100钢热处理工艺，待步骤(2)的冷处理完成后，间隔小于或等于48h后，再进行步骤(3)的回火处理。冷处理完成后，A-100钢具有良好的动态塑性，间隔时间过长有可能破坏这种状态。

上述A-100钢热处理工艺，加热炉中，每次处于热处理中的A-100钢试样数量小于或等于15件。

上述A-100钢热处理工艺，在步骤(1)中，加热炉有效区的温度均匀性小于或等于±5℃；淬火处理时，将A-100钢试样置于加热炉有效区后，在5-10min内将温度升高至885℃；淬火处理的保温时间为60-70min；油冷时，油温控制在20-60℃，且油冷的时间小于或等于5min；

步骤(2)中，冷处理箱有效区的温度均匀性小于或等于±3℃；冷处理时，将A-100钢试样置于冷处理箱有效区后，在10-20min内将温度降至-73℃；冷处理的保温时间为60min；

待步骤(1)的淬火处理完成后，间隔为1-2h再进行步骤(2)的冷处理；

步骤(3)中，加热炉有效区的温度均匀性小于或等于±1℃；回火处理时，将A-100钢试样置于加热炉有效区内后，在10-20min内将温度升高至482℃，回火处理的保温时间为320-360min；试样回火处理完成后空冷时间为2-3h；

待步骤(2)的冷处理完成后，间隔小于或等于48h后，再进行步骤(3)的回火处理；

每次热处理时，A-100钢试样数量小于或等于15件。

本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：

1、本发明对热处理工艺限定了试样数量、加热温度、时间及冷却方式，能够保证所有试样淬透，A-100钢组织中获得淬火板条马氏体组织，使得A-100钢强度和硬度得到提高；淬火温度与塑韧性有直接关系，淬火温度升高时，塑韧性先升高后降低，在本发明的热处理条件下，控制温度为885℃淬火时，A-100钢断面收缩率、延伸率、断裂韧性达到最大值。

2、淬火处理后得到的A-100钢组织为淬火马氏体和残余奥氏体组织；本发明在对A-100钢试样进行冷处理前，先将淬火处理后的A-100钢在室温下放置1-2小时；本发明在淬火处理后1-2h内进行冷处理，避免了残余奥氏体稳定，使冷处理作用减弱。冷处理使A-100钢中残余奥氏体向马氏体的转变，A-100钢组织中球状碳化物弥散析出，从而提高A-100钢的塑性和冲击性能，改善材料的综合力学性能。

3、试验证明，在本发明的热处理工艺条件下，通过控制回火温度为482℃，可使A-100钢获得最佳的强韧性匹配；另外，控制回火时间为回火处理中的关键，回火处理的保温时间较长有助于使A-100钢强度下降、冲击韧性增高、断裂韧性提高。标准热处理工艺建议回火时间在5-8h，但过长或过短回火时间均不能得到综合性能良好的A-100钢，因此本发明限定回火时间为320-360min。

4、本发明依次对A-100钢试样进行淬火处理、冷处理和回火处理，即在标准热处理工艺的基础上，通过调整各阶段热处理的处理温度和处理时间，并控制不同热处理之间的时间间隔、热处理时炉温的均匀性，以及协同控制A-100钢试样在热处理时升温速率和降温速率，并控制单次热处理时加热炉中A-100钢试样的数量，使得热处理后的A-100钢试样不仅具有较高的力学性能合格率、各试样间的力学性能差异性较小，且可以使热处理后的A-100钢的强韧性匹配性更好，更好地满足A-100钢生产实际需求。

附图说明

图1本发明A-100钢的热处理工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

本实施例A-100钢热处理工艺具体包括如下步骤：

步骤(1)、淬火处理：将A-100钢试样置于试样箱加热炉有效区中进行加热；然后将A-100钢试样投入淬火槽中进行油冷淬火，并冷却至室温；试样箱加热炉有效区炉温的温度均匀性小于或等于±5℃，淬火处理时，将A-100钢试样置于加热炉有效区后，在10min内将温度升高至885℃；淬火处理的保温时间为60min；油冷时，油温控制在28℃，且油冷的时间为100s；

步骤(2)、冷处理：在淬火处理完成1h后，将淬火处理后的A-100钢试样放入冷处理箱有效区内进行冷处理，冷处理结束后在空气中回温至室温；冷处理箱有效区炉温的均匀性小于或等于±3℃；冷处理时，将A-100钢试样置于冷处理箱有效区后，在20min内将温度降至-73℃；冷处理的保温时间为60min；

步骤(3)、回火处理：在冷处理完成36小时后，将冷处理后的A-100钢试样放入加热炉有效区内进行回火处理，并空冷至室温；回火处理的加热炉有效区内炉温的均匀性小于或等于±1℃；回火处理时，将A-100钢试样置于加热炉有效区内后，在20min内将温度升高至482℃；回火处理的保温时间为320min；试样回火处理完成后空冷到室温的时间为120min。本实施例中，每次热处理时，加热炉中A-100钢试样数量均为10件。

实施例2

本实施例A-100钢热处理工艺具体包括如下步骤：

步骤(1)、淬火处理：将A-100钢试样置于试样箱加热炉的有效区中进行加热；然后将A-100钢试样投入淬火槽中进行油冷淬火，并冷却至室温；试样箱加热炉有效区炉温的温度均匀性小于或等于±5℃，淬火处理时，将A-100钢试样置于加热炉有效区后，在5min内将温度升高至885℃；淬火处理的保温时间为70min；油冷时，油温控制在22℃，且油冷的时间为240s；

步骤(2)、冷处理：在淬火处理完成1h后，将淬火处理后的A-100钢试样放入冷处理箱的有效区内进行冷处理，冷处理结束后在空气中回温至室温；冷处理箱有效区炉温的均匀性小于或等于±3℃；冷处理时，将A-100钢试样置于冷处理箱有效区后，在10min内将温度降至-73℃；冷处理的保温时间为60min；

步骤(3)、回火处理：在冷处理完成36小时后，将冷处理后的A-100钢试样放入加热炉有效区内进行回火处理，并空冷至室温；回火处理的加热炉有效区内炉温的均匀性小于或等于±1℃；回火处理时，将A-100钢试样置于加热炉有效区内后，在20min内将温度升高至482℃；回火处理的保温时间为320min；试样回火处理完成后空冷到室温的时间为130min。本实施例中，每次热处理时，加热炉中A-100钢试样数量均为10件。

实施例3

本实施例A-100钢热处理工艺具体包括如下步骤：

步骤(1)、淬火处理：将A-100钢试样置于试样箱加热炉的有效区中进行加热；然后将A-100钢试样投入淬火槽中进行油冷淬火，并冷却至室温；试样箱加热炉有效区炉温的温度均匀性小于或等于±5℃，淬火处理时，将A-100钢试样置于加热炉有效区后，在10min内将温度升高至885℃；淬火处理的保温时间为70min；油冷时，油温控制在29℃，且油冷的时间为220s；

步骤(2)、冷处理：在淬火处理完成2h后，将淬火处理后的A-100钢试样放入冷处理箱的有效区内进行冷处理，冷处理结束后在空气中回温至室温；冷处理箱有效区炉温的均匀性小于或等于±3℃；冷处理时，将A-100钢试样置于冷处理箱有效区后，在20min内将温度降至-73℃；冷处理的保温时间为60min；

步骤(3)、回火处理：在冷处理完成46小时后，将冷处理后的A-100钢试样放入加热炉的有效区内进行回火处理，并空冷至室温；回火处理的加热炉有效区内炉温的均匀性小于或等于±1℃；回火处理时，将A-100钢试样置于加热炉有效区内后，在20min内将温度升高至482℃；回火处理的保温时间为360min；试样回火处理完成后空冷到室温的时间为130min。本实施例中，每次热处理时，加热炉中A-100钢试样数量均为10件。

对比例

本对比例A-100钢热处理工艺具体包括如下步骤：

步骤(1)、淬火处理：将A-100钢试样置于试样箱加热炉的有效区中进行加热；然后将A-100钢试样投入淬火槽中进行油冷淬火，并冷却至室温；试样箱加热炉有效区炉温的温度均匀性小于或等于±20℃，淬火处理时，将A-100钢试样置于加热炉有效区后，在3min内将温度升高至885℃；淬火处理的保温时间为70min；油冷时，油温控制在65℃，且油冷的时间为220s；

步骤(2)、冷处理：在淬火处理完成15min后，将淬火处理后的A-100钢试样放入冷处理箱的有效区内进行冷处理，冷处理结束后在空气中回温至室温；冷处理箱有效区炉温的均匀性小于或等于±10℃；冷处理时，将A-100钢试样置于冷处理箱有效区后，在5min内将温度降至-73℃；冷处理的保温时间为60min；

步骤(3)、回火处理：在冷处理完成60小时后，将冷处理后的A-100钢试样放入加热炉的有效区内进行回火处理，并空冷至室温；回火处理的加热炉有效区内炉温的均匀性小于或等于±5℃；回火处理时，将A-100钢试样置于加热炉有效区内后，在40min内将温度升高至482℃；回火处理的保温时间为450min；试样回火处理完成后空冷到室温的时间为120min。本实施例中，每次热处理时，加热炉中A-100钢试样数量均为20件。

将400件A-100钢试样分成A、B、C和D四组，分别采用实施例1至实施例3以及对比例的方法对A-100钢试样进行热处理，测试并统计每组A-100钢试样热处理后其力学性能的合格率；结果A、B、C和D四组的A-100钢试样热处理完后，其力学性能合格率分别为91％、96％、92％和78％。

四组A-100钢试样中，热处理后合格的A-100钢的平均力学性能数据见表1。从表1中可以看出实施例1至实施例3三种热处理条件下均可得到强韧性匹配的A-100钢，而采用对比例的热处理工艺处理后的A-100钢试样其综合力学性能相对较差。

表1A-100钢力学性能

说明采用本发明的热处理工艺可以使A-100钢的强韧性匹配性好，能够满足A-100钢生产实际需求。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。