CN102409143B - 一种碳素结构钢的热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳素结构钢的热处理工艺，该工艺步骤依次包括：淬火、自检、清洗、回火、检验，所述淬火步骤在密封箱式多用炉内进行，淬火温度控制在840℃～900℃，保温时间为60-120min，采用油作为淬火介质进行冷却，冷却的油温控制在60℃～100℃，冷却时间控制在20min-30min。本发明通过对传统中碳结构钢淬火工艺的改进，实现了密封箱式多用炉在中碳结构钢淬火步骤上的应用，在保证产品质量要求的同时大大提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明属于钢材工件热处理技术领域，具体的讲涉及一种碳素结构钢的热处理工艺。
背景技术
中碳结构钢，机械性能较好，且价格低、来源广，所以广泛应用于机械制造中各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等；但它的最大弱点是淬透性低，所以淬火时需采用冷却速度大的淬火介质。水是应用最早、最广泛、最经济的淬火介质，它价廉易得、无毒、不燃烧、物理化学性能稳定、冷却能力很强，因此中碳结构钢在工业应用当中普遍采用水或水溶性淬火介质。目前大部分公司都是采用箱式炉加热后水基淬火处理，但箱式炉需人工操作，导致产品合格率下降；箱式炉的能耗大，生产成本高；不能很好的进行低成本自动化生产。随着工业经济快速发展，很多生产厂家都拥有了密封箱式多用炉设备；但由于水加热后会产生大量水蒸气，水蒸气在密封箱式多用炉内会产生很高的压力造成设备爆炸的危险，所以密封箱式炉是决对禁止采用水性介质热处理，这样就限制了中碳结构钢在密封箱式多用炉进行自动化热处理，长期以来密封箱式多用炉用来化学热处理，未用于碳素结构钢的调质处理。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种适用于密封箱式多用炉设备对中碳结构钢进行淬火并能保证热处理后产品质量的一种碳素结构钢的热处理工艺。
本发明的技术方案如下：
一种碳素结构钢的热处理工艺，该工艺步骤依次包括：淬火、自检、清洗、回火、检验，所述淬火步骤在密封箱式多用炉内进行，淬火温度控制在840℃～900℃，保温时间为60-120 min，采用油作为淬火介质进行冷却，冷却的油温控制在60℃～100℃，冷却时间控制在20 min -30 min。
采用上述工艺，关键在于在淬火过程中采用了自动化更高的密封箱式多用炉，这样能大大提高中碳结构钢零件的热处理效率，由于如背景技术中所指出的水作为淬火介质不能应用于密封箱式多用炉内，在本淬火工艺中的冷却介质采用了油，为保证将油作为冷却介质经该方式淬火后的工件达到淬火标准和要求，本方案中将温度控制在840℃～900℃，保温时间为60 min-120 min，冷却油温控制在60℃～100℃，冷却时间控制在20-30 min。
下面是本发明用于中碳结构钢工件与传统调质处理的数据：
传统工艺：设备为一般加热炉，表面硬度（淬火态）：35HRC～50HRC；550℃回火后工件表面硬度：18HRC～28HRC。
采用本方案的设备结合该工艺，表面硬度（淬火态）：55HRC～58HRC；550℃回火后工件表面硬度：30HRC～32HRC。
通过以上数据对比可知，本发明突破传统水基介质淬火+回火的思路，将中碳结构钢置于密封箱式多用炉内进行油淬+高温回火（回火采用现有设备及相关工艺）；本发明与现有技术相比，通过本发明制作出的中碳结构钢产品不仅具有硬度更高更均匀、淬火淬透性好的优点，而且具有更好的综合力学性能的优点，关键是采用该工艺将密封箱式多用炉应用在了淬火工艺上，减少了操作人员、提高了生产效率、保证了产品质量，具有生产成本低、效率高等优点。
所述淬火温度为860℃，保温时间为100 min。
所述冷却的油温为80℃，冷却时间控制在25 min。
所用碳素结构钢是含碳量0.30%～0.60%、硅含量0.17%～0.37%、锰含量0.50%～0.80%、Cr≤0.25%、P≤0.035%、S≤0.035%的中碳结构钢。
有益效果：本发明通过对传统中碳结构钢淬火工艺的改进，实现了密封箱式多用炉在中碳结构钢淬火步骤上的应用，在保证产品质量要求的同时大大提高了生产效率。
具体实施方式
实施例: 一种碳素结构钢的热处理工艺，该工艺步骤依次包括：淬火、自检、清洗、回火、检验，所述淬火步骤在密封箱式多用炉内进行，淬火温度控制在840℃～900℃，保温时间为60-120 min，采用油作为淬火介质进行冷却，冷却的油温控制在60℃～100℃，冷却时间控制在20 min -30 min。
所述淬火温度为860℃，保温时间为100 min。
所述冷却的油温为80℃，冷却时间控制在25 min。
所用碳素结构钢是含碳量0.30%～0.60%、硅含量0.17%～0.37%、锰含量0.50%～0.80%、Cr≤0.25%、P≤0.035%、S≤0.035%的中碳结构钢。
本发明是中碳结构钢在密封箱式多用炉内进行调质处理；本发明工艺实施方法为：淬火温度比中碳结构钢常规淬火温度提高20℃～60℃，保温时间比常规45钢材料淬火延长一倍；即温度加热到840℃～900℃，其具体加热温度和保温时间还需参考根据工件外形尺寸予以确定。首先选择淬火介质，用一种较大冷速的快速淬火油，将中小型中碳结构钢零部件放入密封箱式多用炉内，设定淬火温度及保温时间、沥油时间、淬后清洗温度及时间和烘干时间等参数，其整体工艺为：产品准备→进炉→升温→保温→淬火→自检→清洗→回火→检验大致分为三个阶段：
开始阶段：密封箱式多用炉对结构钢进行调质工艺参数的设定，如设置淬火温度、保温时间、淬火油槽温度、淬火保持时间、回火温度及时间等。
淬火阶段（在密封箱式多用炉内进行）：待加热和保温程序结束后，工件在设定时间下进行淬火处理，淬火结束后，按程序进行沥油；然后进入清洗机自动进行喷淋、清洗、烘干等操作。
回火阶段：回火前会自检淬火硬度，回火处理采用配套的回火炉（也可采用常规回火炉）按程序回火处理后输出产品。
该工艺在密封箱式多用炉内用油类介质淬火的工件硬度，单件差为1 HRC～2HRC、批次硬度差为1 HRC～3HRC；该方法淬火均匀，淬透性好，距表面20mm内的金相组织为均匀的回火索氏体。这种方法的创新点是对中碳结构钢在密封箱式多用炉内油淬的一种热处理方法，该工艺的主要优点是可以对中小型工件进行大批量生产，效率高，且产品合格率高，成本低。
以无渣轨道张拉锁件螺母（材质：45钢）为例，该45钢的热化学成分（重量%）为：0.47%C、0.25%Si、0.65%Mn、0.20%Cr、0.15%Ni、0.030%P、0.030%S。
将螺母工件准备好以后，设定密封箱式多用炉以下调质工艺参数：
淬火温度为860℃，保温时间为100min。
淬火油槽温度80℃，冷却时间25 min，并打开油槽搅拌风扇及油槽冷却循环泵。
回火温度为550℃，回火时间100min，整个回火过程须保证搅拌风扇正常运行。
然后将螺母立放于料框中，螺母排列均匀，间隔整齐，将专用料筐安放于料盘之上，确认其稳定可靠，然后作进炉准备，待换气后，调出微机工艺程序，按“处理开始”，处理自动开始，同时打开记录仪；待加热和保温程序结束后， “搬出指令”信号灯自动闪烁，按下按钮，工件从加热室被搬出到前室升降机，然后升降机自动下降，按设定的淬火油温度（80℃）和设定时间（25 min）下淬火，淬火结束后，升降机自动上升，沥油开始，随后按程序自动出炉，然后进入清洗机自动进行喷淋、清洗、烘干等操作；淬火等系列操作结束后自动进入与密封箱式炉配套系列的回火炉（也可采用常规回火炉），回火前会自检淬火硬度，自动装入工件后在设定回火温度（550℃）和回火时间（100min）下进行回火处理，回火时整个过程确认搅拌风扇运行，回火结束后输出产品。
在不同温度、时间条件下通过本方案的工艺所检测出的几组数据：
1、淬火温度对表面硬度的影响
淬火温度 保温时间 淬火介质 淬火油温 表面硬度
840 100 淬火油 80 46-48HRC
860 100 淬火油 80 55-58HRC
900 100 淬火油 80 53-55HRC
2、保温时间对表面硬度影响
淬火温度 保温时间 淬火介质 淬火油温 表面硬度
860 60 淬火油 80 46-48HRC
860 100 淬火油 80 55-58HRC
860 120 淬火油 80 55-58HRC
3、淬火介质温度对表面硬度影响
淬火温度 保温时间 淬火介质 淬火油温 表面硬度
860 100 淬火油 60 50-52HRC
860 100 淬火油 80 55-58HRC
860 100 淬火油 100 55-58HRC
由上数据可知在本方案工艺条件范围内均能到工件硬度标准要求，且比传统工艺热处理后的工件硬度更高。
Claims (4)
1.一种碳素结构钢的热处理工艺，该工艺步骤依次包括：淬火、自检、清洗、回火、检验，其特征在于：所述淬火步骤在密封箱式多用炉内进行，淬火温度控制在840℃～900℃，保温时间为60-120 min，采用快速淬火油作为淬火介质进行冷却，冷却的油温控制在60℃～100℃，冷却时间控制在20 min -30 min。
2.根据权利要求1所述的一种碳素结构钢的热处理工艺，其特征在于：所述淬火温度为860℃，保温时间为100 min。
3.根据权利要求1所述的一种碳素结构钢的热处理工艺，其特征在于：所述冷却的油温为80℃，冷却时间控制在25 min。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种碳素结构钢的热处理工艺，其特征在于：所用碳素结构钢是含碳量0.30%～0.60%、硅含量0.17%～0.37%、锰含量0.50%～0.80%、Cr≤0.25%、P≤0.035%、S≤0.035%的中碳结构钢。
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