硝盐炉等温淬火工艺替代研究
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（a）渗层组织
（b）试样中心组织 图1 硝盐冷却试样渗层及中心组织
（a）渗层组织
（b）试样中心组织 图2 空气冷却试样渗层及中心组织
（a）渗层组织
（b）试样中心组织
图3 流态床冷却试样渗层及中心组织
表3 LH2冷却方式对渗层硬度的影响
（HRC）
冷却方式 硝盐炉
空冷（盘） 油冷
流态床 箱式炉 技术要求
2#试样 39 38.5 39.5 39 42.5 43 38.5 39 39 39
3#试样 38.5 38.5 39 39.5 42 42.5 38.5 38.5 44 43.5
37~42.5
4#试样 39 38.5 39 39.5 42 42.5 38.5 38.5 42 43
5#试样 38.5 39 39.5 39.5 43 42.5 38.5 39 43 42
表6 冷却方式对材料室温力学性能的影响
冷却方 试样 抗拉强度 屈服强度 断面伸长率 断面收缩率 硬度HBW 冲击韧度
式 编号 /MPa
/MPa
（%）
（%）
（d）
/kJ·m-2
1
1242
1052
19.0
61
3.14
1源自文库16
硝盐
2
1237
1058
14.5
62
3.14
1419
1
1380
1092
17.5
66
热处理工艺
火冷却方式处理后中心硬度如表 4、表5所示。
（3）不同冷却方式对室温 力学性能的影响 按典型件的工 艺及标准，对模拟渗碳后的试样 进行不同冷却方式淬火试验及室 温力学进行测试，结果如表6所 示。
（4）不同冷却方式对金相 组织的影响 试验选取了LH1不 同渗层深度的试样进行硝盐炉、 空气、流态床淬火冷却，并对其 进行了渗层及中心组织检查，结 果如图1～图3所示。
炉代号
C
Mn
Si
Cr
Ni
W
Fe
LH1
0.17 0.41
0.23
1.51
4.34
0.88
余
LH2
0.16 0.42
0.27
1.48
4.26
0.91
余
LH3
0.16
0.4
0.24
1.49
4.38
0.85
余
冷却方式 硝盐炉
空冷（盘） 油冷 流态床 箱式炉
技术要求
表2 LH1冷却方式对渗层硬度的影响
1#试样 60 62 60.5 61 61
1#试样 60 60 62 61 62
2#试样 61 61 62 61.5 62
3#试样 60 61.5 62 61.5 61.5 ≥60
4#试样 60 61.5 61.5 61 62
5#试样 60.5 61.5 61.5 61 61.5
表4 LH1冷却方式对中心硬度的影响
（HRC）
冷却方式 硝盐炉
3.05
1930
空冷
2
1386
1140
硝盐炉作为传统热处理加热 设备，具有加热速度快、操作简 单等优点，被广泛用作中小结 构件热处理设备，同时也是实现 典型材料渗碳件等温淬火工艺的 主要途径，但硝盐炉存在的环境 污染、安全隐患、能源消耗和浪 费问题不容忽视。从技术发展 和可持续发展出发，需对现有 硝盐炉等温淬火工艺或设备进 行替代。硝盐等温淬火工艺涉及 18C r2N i4WA材料渗碳件，本文 试验针对18C r2N i4WA材料渗碳 件空冷、油冷等淬火方法代替硝 盐等温淬火可行性进行验证，同 时采用流态粒子炉进行尝试性等 温淬火试验。
H eat-treatment Technology
热处理工艺
硝盐炉等温淬火工艺替代研究
■ 刘永，施国梅，罗美龙，薛怡然
扫码了解更多
摘要：通过选取不同冷却方式对18Cr2Ni4WA材料渗碳件进行淬火处理，检测试样渗层、中心硬度及组织性能，以确定适合 替代硝盐炉等温淬火工艺的方法或设备。结果表明：经硝盐炉和流态粒子炉等温淬火后试样的渗层、中心硬度及组织性能基 本相当，均满足零件加工技术要求，流态粒子炉可作为恒温冷却设备进行18Cr2Ni4WA材料渗碳件等温淬火处理。 关键词：渗碳件；等温淬火；硬度；流态粒子炉
1. 试验方法 （1）试验材料 采用 1 8 C r 2 N i 4 WA 棒 料 （ L H 1φ 5 0 / L H 2φ 3 0 ） 加 工 成 不 同 厚 度 （10mm、8mm、4mm）的圆片 状试件，采用18C r2N i4WA棒料 （L H3φ 60）加工成性能试样，
材料化学成分如表1所示。 （2）试验设备 淬火试验
空冷（盘） 油冷 流态床 箱式炉
技术要求
1#试样 38.5 38.5 38.5 39 43 42.5 39 38.5 40 40
2#试样 38.5 39 39 38.5 42.5 43.5 39.5 39 37.5 38
3#试样 38.5 38.5 40 40 44 43.5 38.5 39 44 43.5
2#试样 60 61.5 61 61 61
3#试样 60 61.5 61.5 61.5 62 ≥60
4#试样 60.5 61 61 62 62
（HRC） 5#试样
60 61 61.5 61 63
热加工
37 2018年 第6期
www.mw1950.com
H eat-treatment Technology
37~42.5
4#试样 38.5 39 40 40 43 43.5 38.5 39 43 43.5
5#试样 39 39 39 38.5 43 43 39 38.5 42.5 42.5
冷却方式 硝盐炉
空冷（盘） 油冷 流态床 箱式炉
技术要求
表5 LH2冷却方式对中心硬度的影响
（HRC）
1#试样 38.5 38.5 38.5 39.5 43 43 38.5 39 39 38.5
2. 试验结果
（1）不同冷却方式对渗层 表面硬度的影响 渗碳层深度为 0.95～1.15mm的试样，采用不同 淬火冷却方式处理后表面硬度如 表2、表3所示。
（2）不同冷却方式对中心 硬度的影响 渗碳层深度为0.95 ～1.15mm的试样，采用不同淬
表1 18Cr2Ni4WA合金棒材成分（质量分数） （%）
采用井式渗碳炉对试件/试样进 行渗碳、高温回火处理，采用保 护气氛热处理炉加热，硝盐炉、 油槽等设备淬火；采用电炉回 火、冰冷机冷处理。
试验过程硬度检测采用全洛 氏硬度计，金相检测采用光学显 微镜，性能检测采用拉伸试验机 及冲击试验机。
（3）试验工艺 试件渗碳
层深度为0.95～1.15mm，冷却方 式选择油冷、空冷、硝盐、流态 粒子炉（流态床）等。
（b）试样中心组织 图1 硝盐冷却试样渗层及中心组织
（a）渗层组织
（b）试样中心组织 图2 空气冷却试样渗层及中心组织
（a）渗层组织
（b）试样中心组织
图3 流态床冷却试样渗层及中心组织
表3 LH2冷却方式对渗层硬度的影响
（HRC）
冷却方式 硝盐炉
空冷（盘） 油冷
流态床 箱式炉 技术要求
2#试样 39 38.5 39.5 39 42.5 43 38.5 39 39 39
3#试样 38.5 38.5 39 39.5 42 42.5 38.5 38.5 44 43.5
37~42.5
4#试样 39 38.5 39 39.5 42 42.5 38.5 38.5 42 43
5#试样 38.5 39 39.5 39.5 43 42.5 38.5 39 43 42
表6 冷却方式对材料室温力学性能的影响
冷却方 试样 抗拉强度 屈服强度 断面伸长率 断面收缩率 硬度HBW 冲击韧度
式 编号 /MPa
/MPa
（%）
（%）
（d）
/kJ·m-2
1
1242
1052
19.0
61
3.14
1源自文库16
硝盐
2
1237
1058
14.5
62
3.14
1419
1
1380
1092
17.5
66
热处理工艺
火冷却方式处理后中心硬度如表 4、表5所示。
（3）不同冷却方式对室温 力学性能的影响 按典型件的工 艺及标准，对模拟渗碳后的试样 进行不同冷却方式淬火试验及室 温力学进行测试，结果如表6所 示。
（4）不同冷却方式对金相 组织的影响 试验选取了LH1不 同渗层深度的试样进行硝盐炉、 空气、流态床淬火冷却，并对其 进行了渗层及中心组织检查，结 果如图1～图3所示。
炉代号
C
Mn
Si
Cr
Ni
W
Fe
LH1
0.17 0.41
0.23
1.51
4.34
0.88
余
LH2
0.16 0.42
0.27
1.48
4.26
0.91
余
LH3
0.16
0.4
0.24
1.49
4.38
0.85
余
冷却方式 硝盐炉
空冷（盘） 油冷 流态床 箱式炉
技术要求
表2 LH1冷却方式对渗层硬度的影响
1#试样 60 62 60.5 61 61
1#试样 60 60 62 61 62
2#试样 61 61 62 61.5 62
3#试样 60 61.5 62 61.5 61.5 ≥60
4#试样 60 61.5 61.5 61 62
5#试样 60.5 61.5 61.5 61 61.5
表4 LH1冷却方式对中心硬度的影响
（HRC）
冷却方式 硝盐炉
3.05
1930
空冷
2
1386
1140
硝盐炉作为传统热处理加热 设备，具有加热速度快、操作简 单等优点，被广泛用作中小结 构件热处理设备，同时也是实现 典型材料渗碳件等温淬火工艺的 主要途径，但硝盐炉存在的环境 污染、安全隐患、能源消耗和浪 费问题不容忽视。从技术发展 和可持续发展出发，需对现有 硝盐炉等温淬火工艺或设备进 行替代。硝盐等温淬火工艺涉及 18C r2N i4WA材料渗碳件，本文 试验针对18C r2N i4WA材料渗碳 件空冷、油冷等淬火方法代替硝 盐等温淬火可行性进行验证，同 时采用流态粒子炉进行尝试性等 温淬火试验。
H eat-treatment Technology
热处理工艺
硝盐炉等温淬火工艺替代研究
■ 刘永，施国梅，罗美龙，薛怡然
扫码了解更多
摘要：通过选取不同冷却方式对18Cr2Ni4WA材料渗碳件进行淬火处理，检测试样渗层、中心硬度及组织性能，以确定适合 替代硝盐炉等温淬火工艺的方法或设备。结果表明：经硝盐炉和流态粒子炉等温淬火后试样的渗层、中心硬度及组织性能基 本相当，均满足零件加工技术要求，流态粒子炉可作为恒温冷却设备进行18Cr2Ni4WA材料渗碳件等温淬火处理。 关键词：渗碳件；等温淬火；硬度；流态粒子炉
1. 试验方法 （1）试验材料 采用 1 8 C r 2 N i 4 WA 棒 料 （ L H 1φ 5 0 / L H 2φ 3 0 ） 加 工 成 不 同 厚 度 （10mm、8mm、4mm）的圆片 状试件，采用18C r2N i4WA棒料 （L H3φ 60）加工成性能试样，
材料化学成分如表1所示。 （2）试验设备 淬火试验
空冷（盘） 油冷 流态床 箱式炉
技术要求
1#试样 38.5 38.5 38.5 39 43 42.5 39 38.5 40 40
2#试样 38.5 39 39 38.5 42.5 43.5 39.5 39 37.5 38
3#试样 38.5 38.5 40 40 44 43.5 38.5 39 44 43.5
2#试样 60 61.5 61 61 61
3#试样 60 61.5 61.5 61.5 62 ≥60
4#试样 60.5 61 61 62 62
（HRC） 5#试样
60 61 61.5 61 63
热加工
37 2018年 第6期
www.mw1950.com
H eat-treatment Technology
37~42.5
4#试样 38.5 39 40 40 43 43.5 38.5 39 43 43.5
5#试样 39 39 39 38.5 43 43 39 38.5 42.5 42.5
冷却方式 硝盐炉
空冷（盘） 油冷 流态床 箱式炉
技术要求
表5 LH2冷却方式对中心硬度的影响
（HRC）
1#试样 38.5 38.5 38.5 39.5 43 43 38.5 39 39 38.5
2. 试验结果
（1）不同冷却方式对渗层 表面硬度的影响 渗碳层深度为 0.95～1.15mm的试样，采用不同 淬火冷却方式处理后表面硬度如 表2、表3所示。
（2）不同冷却方式对中心 硬度的影响 渗碳层深度为0.95 ～1.15mm的试样，采用不同淬
表1 18Cr2Ni4WA合金棒材成分（质量分数） （%）
采用井式渗碳炉对试件/试样进 行渗碳、高温回火处理，采用保 护气氛热处理炉加热，硝盐炉、 油槽等设备淬火；采用电炉回 火、冰冷机冷处理。
试验过程硬度检测采用全洛 氏硬度计，金相检测采用光学显 微镜，性能检测采用拉伸试验机 及冲击试验机。
（3）试验工艺 试件渗碳
层深度为0.95～1.15mm，冷却方 式选择油冷、空冷、硝盐、流态 粒子炉（流态床）等。