一种耐磨钢W2ZH的热处理方法

技术领域

本发明涉及一种钢材料表面改性处理方法，具体涉及一种耐磨钢W2ZH的热处理方法。

背景技术

随着航空发动机的加速研制和进口材料国产化，现有B2ж材料正在被新研耐磨钢W2ZH代替，新研耐磨钢W2ZH属于高碳高铬钼合金钢，具有较高的耐磨性，成为航天、航空和石油化工装置关键零部件的关键材料之一，而且需求量也越来越大。

淬火可使钢强化并获得某些特殊性能，淬火温度影响奥氏体晶粒度、合金元素在奥氏体中的溶解度、钢的淬透性和马氏体板条尺寸，进而影响钢的力学性能。因此，通过研究新研耐磨钢W2ZH不同淬火温度和回火温度，影响新研耐磨钢W2ZH的组织和性能，从而得到最佳的新研耐磨钢W2ZH热处理参数，对提高新研耐磨钢W2ZH的使用寿命具有重要意义。

但是，现有技术HB/Z136《航空结构钢热处理方法》、HB/Z80《航空用不锈钢热处理》、HB/Z357《航空结构钢铸件热处理》、HB/Z20003《航空用不锈钢耐热钢铸件热处理》以及国标、国军标中均没有对该材料热处理的介绍；也尚未发现关于新研耐磨钢W2ZH的热处理制度，解决提高新研耐磨钢W2ZH使用寿命技术问题的报道。所以研究新研耐磨钢W2ZH热处理制度就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中，尚没有发现关于新研耐磨钢W2ZH的热处理方法以解决提高新研耐磨钢W2ZH使用寿命的技术问题，而提供一种耐磨钢W2ZH的热处理方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种耐磨钢W2ZH的热处理方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤1、进行固溶热处理：

将耐磨钢W2ZH放入真空淬火炉内，并对真空淬火炉抽真空，然后开始预热，预热后再升温，达到预设固溶温度后对耐磨钢W2ZH进行固溶处理，并保温，保温结束后对耐磨钢W2ZH进行油冷；

步骤2、进行时效处理：

将油冷后的耐磨钢W2ZH放入真空回火炉，并对真空回火炉抽真空，然后开始升温，达到预设时效温度后对耐磨钢W2ZH进行时效处理，并保温，再对保温结束后的耐磨钢W2ZH进行气冷；完成对耐磨钢W2ZH的热处理。

进一步地，步骤1具体为：

将耐磨钢W2ZH放入真空淬火炉内，并对真空淬火炉抽真空至其真空度为0.133-13.3Pa；将真空淬火炉以≤10℃/分的速率升温至780-800℃，预热30-40分钟；预热后，再以≤10℃/分的速率升温至1160-1170℃，对耐磨钢W2ZH进行固溶处理，并保温60-70分钟，保温结束后将耐磨钢W2ZH放入油液中进行油冷，完成耐磨钢W2ZH的固溶热处理。

进一步地，步骤2中，所述将油冷后的耐磨钢W2ZH放入真空回火炉，并对真空回火炉抽真空，然后开始升温，达到预设时效温度后对耐磨钢W2ZH进行时效处理，并保温，具体为：

将油冷后的耐磨钢W2ZH放入真空回火炉，并对真空回火炉抽真空至其真空度为0.133-13.3Pa，然后以≤10℃/分的速率升温至930-950℃，对耐磨钢W2ZH进行时效处理，并保温50-60分钟。

进一步地，步骤2中，所述对保温结束后的耐磨钢W2ZH进行气冷具体为：对真空回火炉内充填氮气，进行耐磨钢W2ZH气冷。

进一步地，所述预设固溶温度为1150℃。

进一步地，所述预设时效温度为940℃。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

(1)本发明一种耐磨钢W2ZH的热处理方法，通过固溶热处理和时效处理的热处理方法，改变耐磨钢W2ZH的金相组织形貌，消除耐磨钢W2ZH的低硬度组织相，使耐磨钢W2ZH具有高硬度、高强度和韧性。

(2)本发明一种耐磨钢W2ZH的热处理方法，可为耐磨钢W2ZH在航空发动机中的应用提供基础。

附图说明

图1为本发明一种耐磨钢W2ZH的热处理方法实施例中，对耐磨钢W2ZH经1150℃固溶处理后，放大200倍的金相组织形貌示意图。

图2为本发明一种耐磨钢W2ZH的热处理方法实施例中，对耐磨钢W2ZH经1150℃固溶处理后，放大500倍的金相组织形貌示意图。

图3为本发明一种耐磨钢W2ZH的热处理方法实施例中，对耐磨钢W2ZH经1150℃固溶处理和940℃时效处理后，放大200倍的金相组织形貌示意图。

图4为本发明一种耐磨钢W2ZH的热处理方法实施例中，对耐磨钢W2ZH经1150℃固溶处理和940℃时效处理后，放大500倍的金相组织形貌示意图。

图5为本发明一种耐磨钢W2ZH的热处理方法实施例中，对耐磨钢W2ZH经1150℃固溶处理和940℃时效处理后，黑色相硬度与白色基体硬度的示意图，其中A处为黑色相硬度714HV0.1、60.7HRC,B处为白色基体硬度948HV0.1、68HRC。

图6为本发明一种耐磨钢W2ZH的热处理方法实施例中，耐磨钢W2ZH经1150℃固溶处理后的HRC随时效温度变化的散点图。

具体实施方式

本发明一种耐磨钢W2ZH的热处理方法，包括固溶热处理步骤与时效处理步骤；

固溶热处理步骤具体为：

将耐磨钢W2ZH放入真空淬火炉内，并对真空淬火炉抽真空至其真空度为0.133-13.3Pa；将真空淬火炉以≤10℃/分的速率升温至780-800℃，预热30-40分钟；再以≤10℃/分的速率升温至1160-1170℃，对耐磨钢W2ZH进行固溶处理，并保温60-70分钟，保温结束后将耐磨钢W2ZH放入油液中进行油冷，完成耐磨钢W2ZH的固溶热处理。

时效处理步骤具体为：

将油冷后的耐磨钢W2ZH放入真空回火炉，并对真空回火炉抽真空，然后开始升温，达到预设时效温度后对耐磨钢W2ZH进行时效处理，并保温，向真空回火炉内充填氮气，对耐磨钢W2ZH进行气冷；完成对耐磨钢W2ZH的热处理。

利用本发明的热处理方法，将耐磨钢W2ZH分别在1200℃、1100℃、1000℃和1150℃下进行固溶处理；从固溶处理后的耐磨钢W2ZH金相组织可知，1200℃时耐磨钢W2ZH已发生部分熔融，而1100℃和1000℃时耐磨钢W2ZH还未完全固溶，而在1150℃进行固溶，耐磨钢W2ZH完全固溶，图1、图2分别为1150℃固溶处理后放大200倍和500倍的金相组织形貌图。

将固溶后的耐磨钢W2ZH通过不同的时效温度使得碳化物析出，进而提升耐磨钢W2ZH的硬度。如图3、图4所示，分别为耐磨钢W2ZH经过940℃时效处理后，放大200倍和500倍的金相组织形貌图。

如图5所示，将耐磨钢W2ZH中黑色相和白色基体进行显微硬度检测，发现白色基体硬度高，黑色相为低硬度相。显微硬度检查：黑色相的硬度为60.7HRC，白色基体的硬度为68HRC。

经过对不同时效温度的显微组织进行分析，发现650℃时效后黑色相析出明显，硬度提升较小。随着时效温度的升高，时效温度越高，黑色相上的碳化物析出越充分，极大的提升耐磨钢W2ZH的硬度。从表1可以看出，耐磨钢W2ZH利用本发明方法热处理结束后，将每组时效处理后的样件用洛氏硬度计(HRA)进行硬度检测，洛氏硬度计的型号为206MX，每组样件检测5个硬度值，结果如表1所示：

表1不同时效温度下的硬度值

经过试验分析得到的试验结果是，耐磨钢W2ZH在550℃和600℃在1000℃时效处理后的硬度值为66-66.5HRC；在950℃时效处理后的硬度值为64.5-65.5HRC；均高于要求值58-64HRC。在900℃时效处理后的硬度值为55.5-57HRC，低于要求值58-64HRC；经550℃时效处理后，耐磨钢W2ZH的硬度值为59-62HRC，金相组织影响很小，基本保持原1150℃固溶时的金相组织不变；经过650℃时效处理后，耐磨钢W2ZH的硬度值为62-62.5HRC，黑色相析出明显，而在940℃时效后黑色相和白色基体中均有碳化物析出，使得耐磨钢W2ZH硬度大大提升。

耐磨钢W2ZH在940℃时效后，黑色相和白色基体中均有碳化物析出，细小颗粒弥散分布。如图6所示，耐磨钢W2ZH在经过1150℃固溶处理(淬火)后，在550-1000℃之间进行的时效处理，与传统材料不同的是，随着时效温度的升高，耐磨钢W2ZH的硬度值并非呈线性下降的趋势，而是呈U型曲线分布。在耐磨钢W2ZH经过1150℃固溶处理和940℃时效处理后，组织形貌及硬度值均能够满足要求，即HRC为58-64，热处理参数最佳。