專(zhuān)利名稱(chēng)：合金鋼大件水淬分層自回火工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種合金鋼工件回火工藝，尤其涉及的是一種合金鋼大件水淬分層自回火工藝，屬于金屬熱處理工藝領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
合金鋼大件最主要的特點(diǎn)是尺寸大、重量大，有效厚度＞100mm。由于尺寸大，工件的熱容量必然也很大，這就使得大件在進(jìn)行淬火冷卻時(shí)必須要有足夠大的冷卻速度，而且由于冷卻過(guò)程中表面與心部有很大的溫差和組織轉(zhuǎn)變的不同時(shí)性，使工件產(chǎn)生很大內(nèi)應(yīng)力。使合金鋼大件的淬火冷卻工藝十分復(fù)雜，也難以控制。而大件的冷卻工藝恰恰是決定其最終性能很關(guān)鍵的一步。一般的冷卻方式有水冷(含噴水冷)、油冷、空冷(自然空冷和鼓風(fēng)冷)、間隙冷卻(水—空、水—油、油—空)及噴霧冷卻。常用的是油冷，但油冷的冷速不夠且污染環(huán)境，也易引起火災(zāi)。水冷能提高淬硬層深度，缺點(diǎn)是由于冷卻能力很強(qiáng)，大件表面和中心的冷速差別很大，使工件截面上產(chǎn)生較大的溫差(最大可達(dá)750-800℃)，巨大的內(nèi)應(yīng)力會(huì)使工件發(fā)生斷裂，也有人通過(guò)水中加入不同添加劑，配制不同水基，可使冷卻速度在水—油之間加以調(diào)節(jié)，但往往會(huì)顧此失彼，很難克服水淬或油淬各自的缺點(diǎn)。目前生產(chǎn)上往往采用間隙冷卻方法(水—空、水—油、油—空等)，水—油間隙冷卻方式充分利用水在高溫區(qū)有較強(qiáng)的冷卻能力，油在低溫區(qū)有緩和的冷卻速度，以達(dá)到理想冷卻介質(zhì)的冷卻特性。但這種冷卻方式只能應(yīng)用于中碳鋼及中碳合金鋼制造的較小的零件，且油會(huì)造成環(huán)境污染。油—空間隙冷卻，其缺點(diǎn)是油冷時(shí)工件從油中提出時(shí)易著火，油還污染環(huán)境。水—空間隙冷卻，其冷卻速度可介于水冷與空冷之間，采用調(diào)節(jié)各次水冷和空冷時(shí)間來(lái)控制冷卻速度。經(jīng)文獻(xiàn)檢索經(jīng)現(xiàn)，濟(jì)南重型機(jī)械廠馬振忠在《鍛壓機(jī)械》，5/1988，P34-35上撰文“大型合金鋼鍛件‘水—空’間隙冷卻熱處理工藝”，該文中提到操作規(guī)范出爐空冷12min→水冷1.5min→空冷2min→水冷1.5min→空冷2min→水冷1.5min→空冷2min→水冷1min→空冷2min→水冷1min→空冷2min……交替進(jìn)行30min左右，至表面約200℃時(shí)停止水冷。此工藝經(jīng)質(zhì)量檢驗(yàn)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到技術(shù)要求，無(wú)火災(zāi)隱患。缺點(diǎn)是由于水—空間隙淬火多次反復(fù)提出水面后又淬入水中，使心部冷速有一定程度的減慢，淬硬層深度和心部性能均不及直接水淬的好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提供一種合金鋼大件水淬分層自回火工藝，使其克服了大型合金鋼工件水淬易開(kāi)裂的缺點(diǎn)，無(wú)油淬造成的環(huán)境污染，也無(wú)火災(zāi)危險(xiǎn)。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的，工藝如下(1)將工件在水溶液的浸淬或噴水冷卻到表面達(dá)到Ms點(diǎn)以下，且接近于Mf點(diǎn)，表面馬氏體轉(zhuǎn)變量達(dá)60-80％時(shí)的溫度；(2)將工件提出水面在空氣中短時(shí)停留，熱量從心部向表面?zhèn)鞒?，表面溫度很快回升?80～250℃左右，已轉(zhuǎn)變的馬氏體自回火，這樣可降低脆性；(3)重新浸入水中繼續(xù)冷卻，工件表層和次層溫度降至低于第一次出水溫度30～50℃，工件內(nèi)層沒(méi)有發(fā)生轉(zhuǎn)變的部位繼續(xù)進(jìn)行馬氏體轉(zhuǎn)變，由于經(jīng)過(guò)自回火的馬氏體脆性明顯減少，因而淬火開(kāi)裂危險(xiǎn)少；(4)當(dāng)心部的溫度也冷至Ms附近時(shí)，將工件再次提出水面，出水后在空氣中短時(shí)停留，形成第二次水冷時(shí)的馬氏體自回火，由于經(jīng)過(guò)自回火的馬氏體脆性明顯減少，因而淬火開(kāi)裂危險(xiǎn)小。出水后在空氣中停留時(shí)間短，所以對(duì)心部性能影響十分微小，可以達(dá)到直接水淬的淬硬層深度，又能減少直接水淬的開(kāi)裂危險(xiǎn)。
以下對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述若是用噴水淬火方法，工件表面達(dá)到Ms點(diǎn)以下且接近于Mf點(diǎn)時(shí)，表面馬氏體量達(dá)60～80％時(shí)停止噴水冷卻，工件在空氣中當(dāng)其表面溫度回升到180～250℃時(shí)，已經(jīng)轉(zhuǎn)變的馬氏體自回火，然后重新噴水繼續(xù)冷卻，當(dāng)工件冷卻到比第一次停止噴水冷卻的溫度低30～50℃時(shí)，再次停止噴水，若工件表面又回升到250℃以上，可再次重復(fù)噴水冷卻。
對(duì)于尺寸小于600mm的工件，兩次水冷—自回火之后就可以在空氣中冷卻到室溫，但是對(duì)于更大的工件則要再次進(jìn)行水冷—自回火操作。
本發(fā)明在工件表面馬氏體轉(zhuǎn)變量為60～80％時(shí)，及時(shí)將工件提出水面，使其進(jìn)行局部自回火，掌握出水溫度較重要，若出水過(guò)早，自回火作用不明顯，出水太遲，易造成工件開(kāi)裂。
可用公式Vm＝1-exp[α(Ms-T)]就可得出達(dá)到60～80％馬氏體轉(zhuǎn)變量的溫度T。式中Vm為馬氏體轉(zhuǎn)變量；Ms為馬氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變點(diǎn)，它與鋼種有關(guān)，可以從手冊(cè)中查到；α是與材料有關(guān)的系數(shù)，對(duì)于不同鋼種可通過(guò)熱膨脹儀實(shí)驗(yàn)測(cè)得。
本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，本發(fā)明兼有水淬冷速快、淬硬層深度深、改善心部組織與性能的優(yōu)點(diǎn)，又由于采用分層自回火的方法，克服了大型合金鋼工件水淬易開(kāi)裂的缺點(diǎn)，無(wú)油淬造成的環(huán)境污染，也無(wú)火災(zāi)危險(xiǎn)。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合本發(fā)明的內(nèi)容提供以下實(shí)施例實(shí)施例1對(duì)于較小尺寸的718#鋼(3Cr2NiMnMo)例2530×1030×200mm860℃加熱，空氣中預(yù)冷15分鐘，淬入水中5分鐘(工件表面馬氏體約70％)，表面溫度約為80℃，提出水面在空氣中停留3分鐘，熱量從心部向表面?zhèn)鞒?，此時(shí)表面溫度回升到約220℃，使已轉(zhuǎn)變的馬氏體自回火。然后繼續(xù)入水冷卻5分鐘，表面溫度約為60℃，提出水面置于空氣中停留，此時(shí)表面溫度逐漸回升約為180℃，第二次水冷時(shí)的馬氏體自回火，工件再浸水中，冷卻至室溫，操作完畢。硬度41～43HRC。此硬度與直接水淬到底的硬度相當(dāng)，但水淬工件約20％會(huì)開(kāi)裂，而用此法100％合格。
實(shí)施例2特大型合金鋼工件，尺寸為2530×1030×1000mm860℃加熱，空氣中預(yù)冷60分鐘，淬入水中約30～40分鐘，此時(shí)表面馬氏體轉(zhuǎn)變量為60％，其表面溫度約為100℃后工件從水中提出在空氣中停留約10分鐘，工件表面回升到250℃，已轉(zhuǎn)變的馬氏體自回火。第二次浸入水中冷卻約30分鐘，使工件內(nèi)層沒(méi)有發(fā)生轉(zhuǎn)變的部位繼續(xù)進(jìn)行馬氏體轉(zhuǎn)變。表層和次表層溫度冷至60℃，從水中提出在空氣中停留，表面溫度回升到200℃(約10分鐘)，第二次形成的馬氏體自回火，再浸水中約20分鐘，表面冷卻至約50℃出水，置于空氣中停留，使表面溫度回升到約180℃，第三次形成的馬氏體自回火，再繼續(xù)浸水冷卻至室溫，操作完畢。測(cè)定工件硬度為39～41HRC。再視工件要求選取回火溫度，使最終硬度達(dá)到技術(shù)要求。
實(shí)施例3尺寸為2530×1030×1000mm860℃奧氏體化后出爐空冷10分鐘，噴水冷卻約12分鐘，工件表面溫度約為100℃停止噴水，此時(shí)表面馬氏體轉(zhuǎn)變量約為80％，工件表面溫度回升到250℃，約20分鐘，已經(jīng)轉(zhuǎn)變的馬氏體自回火。然后重新噴水繼續(xù)冷卻約15分鐘，該工件表面約為60℃，停止噴水冷卻，工件表面溫度回升至200℃，空氣中停留約30分鐘，第二次形成的馬氏體自回火，再繼續(xù)噴水冷卻約10分鐘，表面溫度約為50℃，停止噴水冷卻，工件表面回升至約為180℃，空氣中停留使第三次形成的馬氏體自回火，再繼續(xù)噴水冷卻至室溫。測(cè)定工件硬度為39～41HRC，最后視技術(shù)要求選擇回火溫度。
實(shí)施例4尺寸為2530×1030×520mm860℃奧氏體化后空氣中預(yù)冷20分鐘，淬入水中約15分鐘，表面馬氏體轉(zhuǎn)變量達(dá)60％，其表面溫度約為80℃，從水中提出在空氣中停留約5～6分鐘，工件表面溫度回升至200℃，使已轉(zhuǎn)變的馬氏體自回火。第二次浸入水中約12分鐘，使表面冷卻到約為50℃時(shí)，從水中提出在空氣中停留約5分鐘，工件表面溫度回升到180℃，第二次轉(zhuǎn)變形成的馬氏體自回火。然后就可冷卻至室溫，操作完畢。測(cè)定工件硬度為40～42HRC，最后視技術(shù)要求選擇回火溫度。
權(quán)利要求
1.一種合金鋼大件水淬分層自回火工藝，其特征在于工藝如下(1)將工件在水溶液的浸淬或噴水冷卻到表面達(dá)到Ms點(diǎn)以下，且接近于Mf點(diǎn)，表面馬氏體轉(zhuǎn)變量達(dá)60-80％時(shí)的溫度；(2)將工件提出水面在空氣中短時(shí)停留，熱量從心部向表面?zhèn)鞒?，表面溫度很快回升?80～250℃左右，已轉(zhuǎn)變的馬氏體自回火；(3)重新浸入水中繼續(xù)冷卻，工件表層和次層溫度降至低于第一次出水溫度30～50℃，工件內(nèi)層沒(méi)有發(fā)生轉(zhuǎn)變的部位繼續(xù)進(jìn)行馬氏體轉(zhuǎn)變；(4)當(dāng)心部的溫度也冷至Ms附近時(shí)，將工件再次提出水面，出水后在空氣中短時(shí)停留，形成第二次水冷時(shí)的馬氏體自回火。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種合金鋼大件水淬分層自回火工藝，其特征是用噴水淬火方法，工件表面達(dá)到Ms點(diǎn)以下且接近于Mf點(diǎn)時(shí)，表面馬氏體量達(dá)60～80％時(shí)停止噴水冷卻，工件在空氣中當(dāng)其表面溫度回升到180～250℃時(shí)，已經(jīng)轉(zhuǎn)變的馬氏體自回火，然后重新噴水繼續(xù)冷卻，當(dāng)工件冷卻到比第一次停止噴水冷卻的溫度低30～50℃時(shí)，再次停止噴水，若工件表面又回升到250℃以上，可再次重復(fù)噴水冷卻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種合金鋼大件水淬分層自回火工藝，其特征是對(duì)于尺寸小于600mm的工件，兩次水冷—自回火之后就在空氣中冷卻到室溫，對(duì)于更大的工件則要再次進(jìn)行水冷—自回火操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種合金鋼大件水淬分層自回火工藝，其特征是工件表面馬氏體轉(zhuǎn)變量為60～80％時(shí)，及時(shí)將工件提出水面。
全文摘要
合金鋼大件水淬分層自回火工藝屬于大件熱處理工藝領(lǐng)域。工藝如下將工件在水溶液的浸淬或噴水冷卻到表面達(dá)到Ms點(diǎn)以下，且接近于Mf點(diǎn)，表面馬氏體轉(zhuǎn)變量達(dá)60－80％時(shí)的溫度；將工件提出水面在空氣中短時(shí)停留，熱量從心部向表面?zhèn)鞒觯砻鏈囟群芸旎厣?80～250℃左右，用非接觸式表面溫度計(jì)，或接觸式溫度計(jì)測(cè)得溫度，已轉(zhuǎn)變的馬氏體自回火；重新浸入水中繼續(xù)冷卻，工件表層和次層溫度降至低于第一次出水溫度30～50℃；當(dāng)心部溫度也冷至Ms附近時(shí)，將工件再次提出水面，出水后在空氣中短時(shí)停留。本發(fā)明兼有水淬冷速快、淬硬層深度深、改善心部組織與性能的優(yōu)點(diǎn)，克服了大型合金鋼工件水淬易開(kāi)裂的缺點(diǎn)，無(wú)油淬造成的環(huán)境污染，也無(wú)火災(zāi)危險(xiǎn)。
文檔編號(hào)C21D1/18GK1401792SQ0213683
公開(kāi)日2003年3月12日 申請(qǐng)日期2002年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月5日
發(fā)明者潘健生, 胡明娟, 宋冬利, 姚新 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)