一种20CrNi2Mo钢的热处理方法及应用

技术领域

本发明涉及钢的热处理，具体涉及20CrNi2Mo钢的热处理方法及应用。

背景技术

RV减速器由于其体积小、重量轻、传动比范围大、传动效率高等一系列优点，使得其在机械行业受到很大重视。然而目前国产RV减速器仍然受制于寿命问题无法迅速发展，这严重制约了我国的工业机器人产业。使用寿命是RV减速器的重要指标，若寿命不达标，谈论其他就意义不大，RV减速器的寿命问题主要是曲柄轴承的寿命问题。

曲柄轴在工作时不仅表面承受来自圆锥滚子的滚动摩擦，轴向还承受较大的载荷，因此一般使用低碳钢来进行表面处理，从而达到“表硬内韧”的特性。20CrNi2Mo钢是一种新型的渗碳齿轮钢，合金元素含量较高，经过热处理后因具有优异的综合力学性能以及耐磨性，而被广泛应用在重载齿轮以及农用机械磨损件等要求耐磨损、耐冲击的零件上。当在用于减速机用曲柄轴时，由于工业机器人关节部位传递动力大，承受较大载荷，因此在实际应用时存在众多的问题和缺陷。另外，现有的20CrNi2Mo钢的热处理工艺复杂、不便控制且成本也较高，易于产生变形。在传统工艺中，通常采用的原始热处理工艺路线是：在温度为920℃的条件下渗碳处理8h，然后在温度为830℃的条件下保温1h后进行油淬，再在温度为200℃的条件下回火处理4h，此种热处理工艺产生的热处理变形量较大，而且20CrNi2Mo钢的耐磨性一般达不到工业要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种20CrNi2Mo钢的热处理方法及应用，其解决了20CrNi2Mo现有的热处理方法不能实现高耐磨性且有效控制应力型开裂的问题，实现了渗碳淬火变形可控且无裂纹，硬度、组织、硬化层、力学性能均达到工艺设计要求，为实际生产中扩大20CrNi2Mo钢应用奠定基础。

本发明所述的20CrNi2Mo钢的热处理方法，其包括如下步骤：

S1，正火，将20CrNi2Mo钢置于加热炉中，升温至900±10℃，保温2±0.5h；

S2，渗碳，将正火后的20CrNi2Mo钢转移至渗碳炉中，在温度为930±10℃的条件下渗碳20±2h；

S3，淬火，先将渗碳后的20CrNi2Mo钢在温度为850±10℃的条件下保温1～1.5h，在空气中进行气淬，再在温度为850±10℃的条件下保温2～2.5h，在油介质中进行油淬；

S4，回火，将淬火后的20CrNi2Mo钢在温度为200±10℃的条件下回火2±0.5h。

进一步，所述S3中的先气淬后油淬具体为：将渗碳后的20CrNi2Mo钢在温度为850±10℃的条件下保温1～1.5h，在空气中进行气淬，再将渗碳后的20CrNi2Mo钢在温度为850±10℃的条件下保温2～2.5h，在油介质中进行油淬。

进一步，所述S1中的将20CrNi2Mo钢置于加热炉中，升温至900℃，保温2h

进一步，所述S2中将正火后的20CrNi2Mo钢转移至渗碳炉中，在温度为930℃的条件下渗碳20h。

进一步，所述S4中将淬火后的20CrNi2Mo钢在温度为200℃的条件下回火2h。

进一步，所述S2中渗碳的强渗保温时间为12±1h，碳势为1.1～1.2％；扩散保温时间为8±1h，碳势为0.8～0.9％。

采用上述的热处理方法得到的20CrNi2Mo钢在RV减速器曲柄轴上的应用。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果。

1、本发明对正火、渗碳、淬火、回火的工艺参数作了特殊限定，使得20CrNi2Mo钢表层金相组织为高碳针状马氏体和少量残余奥氏体，相较于现有热处理工艺得到的20CrNi2Mo钢，晶粒更细，提升了20CrNi2Mo钢的表面硬度和耐磨性，减少了热处理过程中的变形量，满足实际应用要求。

2、本发明采用加热炉和渗碳炉进行热处理，生产工艺简便，加快了生产周期，降低了能耗，节约了成本，便于操作，安全稳定。

附图说明

图1是本发明实施例一得到的20CrNi2Mo钢的表层金相组织形貌示意图；

图2是对比例一得到的20CrNi2Mo钢的表层金相组织形貌示意图；

图3是对比例二到的20CrNi2Mo钢的表层金相组织形貌示意图；

图4是实施例一、对比例一和对比例二得到的20CrNi2Mo钢的硬度梯度示意图；

图5是本发明实施例一得到的20CrNi2Mo钢的磨损形貌图；

图6是对比例一得到的20CrNi2Mo钢的磨损形貌图；

图7是对比例二得到的20CrNi2Mo钢的的磨损形貌图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

实施例一，一种20CrNi2Mo钢的热处理方法，其包括如下步骤：

S1，正火，将20CrNi2Mo钢样件置于高温电阻炉中，升温至900℃，保温2h，进行正火处理，改善钢样件的综合性能，提升心部韧性、表层硬度以及加工性能，为后续渗碳淬火作准备。

S2，渗碳，将正火后的20CrNi2Mo钢样件转移至渗碳炉中，所述渗碳炉为渗淬回一体炉，先在温度为930℃、碳势为1.15％的条件下强渗12h，再在温度为930℃、碳势为0.85％的条件下扩散8h。

S3，淬火，先气淬，渗碳后的20CrNi2Mo钢留在渗碳炉中，将渗碳炉降温至850℃并保温1h，取出20CrNi2Mo钢样件进行气淬；后油淬，洗净，重新置于高温电阻炉中，在温度为850℃、碳势为0.75％的条件下保温2h，取出20CrNi2Mo钢样件在油介质中进行淬火，20CrNi2Mo钢样件转速为900rpm，淬火时间为10min。

S4，回火，将淬火后的20CrNi2Mo钢样件在温度为200℃的条件下回火2h，完成20CrNi2Mo钢样件的热处理。

为验证20CrNi2Mo钢的性能优势，采用两个现有热处理方法进行对比分析，分别是：

对比例一，一种20CrNi2Mo钢的热处理方法，与实施例一不同的是，其在渗碳后直接进行油淬，具体包括如下步骤：

S1，正火，将20CrNi2Mo钢样件置于高温电阻炉中，升温至900℃，保温2h，进行正火处理，改善钢样件的综合性能，提升心部韧性、表层硬度以及加工性能，为后续渗碳淬火作准备。

S2，渗碳，将正火后的20CrNi2Mo钢样件转移至渗碳炉中，所述渗碳炉为渗淬回一体炉，先在温度为930℃、碳势为1.15％的条件下强渗12h，再在温度为930℃、碳势为0.85％的条件下扩散8h。

S3，淬火，渗碳后的20CrNi2Mo钢留在渗碳炉中，将渗碳炉降温至850℃并保温1h，取出20CrNi2Mo钢样件在油介质中进行淬火，20CrNi2Mo钢样件转速为900rpm，淬火时间为10min。

S4，回火，将淬火后的20CrNi2Mo钢样件在温度为200℃的条件下回火2h，完成20CrNi2Mo钢样件的热处理。

对比例二，一种20CrNi2Mo钢的热处理方法，与实施例一不同的是，其在淬火和回火之间增加了二次渗碳淬火处理，具体包括如下步骤：

S1，正火，将20CrNi2Mo钢样件置于高温电阻炉中，升温至900℃，保温2h，进行正火处理，改善钢样件的综合性能，提升心部韧性、表层硬度以及加工性能，为后续渗碳淬火作准备。

S2，渗碳，将正火后的20CrNi2Mo钢样件转移至渗碳炉中，所述渗碳炉为渗淬回一体炉，先在温度为930℃、碳势为1.15％的条件下强渗12h，再在温度为930℃、碳势为0.85％的条件下扩散8h。

S3，淬火，渗碳后的20CrNi2Mo钢留在渗碳炉中，将渗碳炉降温至850℃并保温1h，取出20CrNi2Mo钢样件在油介质中进行淬火，20CrNi2Mo钢样件转速为900rpm，淬火时间为10min。

S4，二次渗碳淬火，工艺参数与S2和S3相同。

S5，回火，将淬火后的20CrNi2Mo钢样件在温度为200℃的条件下回火2h，完成20CrNi2Mo钢样件的热处理。

参见图1至图3，分别观察实施例一、对比例一和对比例二热处理后的20CrNi2Mo钢的表层金相组织，实施例一得到20CrNi2Mo钢的表层金相组织为高碳针状马氏体和少量残余奥氏体，并且晶粒组织较对比例一和二更细，残余奥氏体也较少。这也体现在硬度上，参见图4，实施例一得到20CrNi2Mo钢的相较于对比例一和对比例二的硬度高约30HV。

进行摩擦磨损试验分析，采用球盘摩擦，载荷为100N，转速为300rpm，时间为30min，结果参见表1以及图5至图7。

表1实施例一与对比例一和对比例二的摩擦磨损量对比

观察磨损形貌，实施例一的磨痕深度约为14μm，对比例一的磨痕深度约为17μm，对比例二的磨痕深度约为21μm，相较于现有对比例一和对比例二的常规的热处理方法，经本发明所述热处理方法得到的20CrNi2Mo钢硬度更高，耐磨性更好，减少了热处理过程中的变形量。

实施例二，一种20CrNi2Mo钢的热处理方法，其包括如下步骤：

S1，正火，将20CrNi2Mo钢样件置于高温电阻炉中，升温至910℃，保温1.5h，进行正火处理。

S2，渗碳，将正火后的20CrNi2Mo钢样件转移至渗碳炉中，所述渗碳炉为渗淬回一体炉，先在温度为925℃、碳势为1.2％的条件下强渗13h，再在温度为925℃、碳势为0.9％的条件下扩散8h。

S3，淬火，先气淬，渗碳后的20CrNi2Mo钢留在渗碳炉中，将渗碳炉降温至850℃并保温1h，取出20CrNi2Mo钢样件进行气淬；后油淬，洗净，重新置于高温电阻炉中，在温度为845℃、碳势为0.75％的条件下保温2h，取出20CrNi2Mo钢样件在油介质中进行淬火，20CrNi2Mo钢样件转速为900rpm，淬火时间为10min。

S4，回火，将淬火后的20CrNi2Mo钢样件在温度为210℃的条件下回火2.5h，完成20CrNi2Mo钢样件的热处理。经性能验证，得到的20CrNi2Mo钢的硬度和耐磨性均高于对比例一和对比例二的硬度和耐磨性。

实施例三，一种20CrNi2Mo钢的热处理方法，其包括如下步骤：

S1，正火，将20CrNi2Mo钢样件置于高温电阻炉中，升温至890℃，保温2.5h，进行正火处理。

S2，渗碳，将正火后的20CrNi2Mo钢样件转移至渗碳炉中，所述渗碳炉为渗淬回一体炉，先在温度为940℃、碳势为1.1％的条件下强渗12h，再在温度为940℃、碳势为0.85％的条件下扩散9h。

S3，淬火，先气淬，渗碳后的20CrNi2Mo钢留在渗碳炉中，将渗碳炉降温至850℃并保温1h，取出20CrNi2Mo钢样件进行气淬；后油淬，洗净，重新置于高温电阻炉中，在温度为840℃、碳势为0.75％的条件下保温2h，取出20CrNi2Mo钢样件在油介质中进行淬火，20CrNi2Mo钢样件转速为900rpm，淬火时间为10min。

S4，回火，将淬火后的20CrNi2Mo钢样件在温度为200℃的条件下回火1.5h，完成20CrNi2Mo钢样件的热处理。经性能验证，得到的20CrNi2Mo钢的硬度和耐磨性均高于对比例一和对比例二的硬度和耐磨性。

实施例四，一种20CrNi2Mo钢的热处理方法，其包括如下步骤：

S1，正火，将20CrNi2Mo钢样件置于高温电阻炉中，升温至900℃，保温1.5h，进行正火处理。

S2，渗碳，将正火后的20CrNi2Mo钢样件转移至渗碳炉中，所述渗碳炉为渗淬回一体炉，先在温度为920℃、碳势为1.13％的条件下强渗11h，再在温度为920℃、碳势为0.88％的条件下扩散7h。

S3，淬火，先气淬，渗碳后的20CrNi2Mo钢留在渗碳炉中，将渗碳炉降温至850℃并保温1h，取出20CrNi2Mo钢样件进行气淬；后油淬，洗净，重新置于高温电阻炉中，在温度为860℃、碳势为0.75％的条件下保温2h，取出20CrNi2Mo钢样件在油介质中进行淬火，20CrNi2Mo钢样件转速为900rpm，淬火时间为10min。

S4，回火，将淬火后的20CrNi2Mo钢样件在温度为200℃的条件下回火1.5h，完成20CrNi2Mo钢样件的热处理。经性能验证，得到的20CrNi2Mo钢的硬度和耐磨性均高于对比例一和对比例二的硬度和耐磨性。

实施例六，采用实施例一至实施例五所述的热处理方法得到的20CrNi2Mo钢在RV减速器曲柄轴上的应用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。