CN103014280A - 可提高薄壁工件机械强度的加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可提高薄壁工件机械强度的加工工艺，一次机械加工时对薄壁工件需要碳氮共渗提高硬度的部位一次加工成型、其余部位预留厚度大于碳氮共渗层厚度的加工余量，对工件碳氮共渗处理后再加工掉预留的加工余量，最后对薄壁工件进行淬火和回火处理。本工艺既可以保证薄壁工件特殊部位的硬度要求，又可以保证薄壁工件的韧性要求，可以大幅度提高薄壁工件的整体机械强度。避免了低碳合金钢薄壁工件碳氮共渗和淬火后由于整体硬度过高（碳氮共渗层趋近或达到心部，心部韧性层较薄或失去韧性层）而易碎裂，使工件在保证碳氮共渗层厚度及硬度的前提下既提高了韧性层厚度又提高了工件整体韧性。

Description

可提高薄壁工件机械强度的加工工艺
技术领域
本发明涉及加工工艺，具体涉及一种薄壁工件加工工艺。
背景技术
随着钻井技术的不断发展和人类对能源需求的增加，钻井难度和事故处理难度也在不断加大。在特殊条件下处理事故，就要求处理事故的专用工具，既要能满足井下特殊情况要求又要具有必要的机械性能，这就对专用工具的加工工艺提出了更高的要求。以钻井技术中打捞井下落鱼为例，其打捞工具属于薄壁工件，打捞工具的壁厚如果大于落鱼与井壁之间的间隙，或者大于落鱼内径与打捞工具芯轴外径之间的间隙，就无法对井下落鱼进行打捞，因此打捞工具的壁厚一般都比较薄。由于对打捞工具的打捞牙等特殊部位的硬度要求较高，所以加工过程中需要对打捞工具过行碳氮共渗然后淬火处理，但由于打捞工具的壁厚较薄，碳氮共渗层会趋近或达到工件心部，由于心部韧性层较薄或失去韧性层，打捞工具的整体强度无法满足机械强度要求，使现有工艺生产的薄壁打捞工具在打捞过程中容易碎裂。
发明内容
本发明的目的是提供一种既可以保证薄壁工件特殊部位的硬度要求、又可以保证薄壁工件的韧性要求的可提高薄壁工件机械强度的加工工艺。
本发明的技术解决方案是：
可提高薄壁工件机械强度的加工工艺，一次机械加工时对薄壁工件需要碳氮共渗提高硬度的部位一次加工成型、其余部位预留厚度大于碳氮共渗层厚度的加工余量，对工件碳氮共渗处理后再加工掉预留的加工余量，最后对薄壁工件进行淬火和回火处理，其具体工艺步骤如下：
1）、毛坯锻造：用低碳合金钢原料锻造成加工薄壁工件的毛坯；
2）、热处理正火：对锻造好的工件毛坯进行正火处理；
3）、一次机械加工：对正火处理后的工件毛坯进行机械加工，需要碳氮共渗提高硬度的部位一次加工成型，其余部位预留厚度大于碳氮共渗层厚度的加工余量；
4）、热处理碳氮共渗：首先把一次机械加工后的工件装入渗碳炉，提高渗碳炉内温度至830-860℃使铁素体、珠光体转变为奥氏体，保持830-860℃温度8—10小时，使碳氮共渗层厚度达到0.8—1.2mm，出炉空冷直至冷却；
5）、二次机械加工：对碳氮共渗热处理后冷却的工件进行二次机械加工，加工去除一次加工的预留余量；
6）、热处理淬火：首先把二次机械加工后的工件装入加热炉加热至780℃—800℃，再将透烧的工件迅速放入20℃—40℃的PAG类淬火液中淬火冷却，使淬火后工件表面转变成高碳针状马氏体，心部转变成板条状马氏体；
7）、热处理低温回火：将淬火处理后的工件放入加热炉内加热至160℃—180℃保温3h—4h进行低温回火，消除淬火应力，出炉空冷后即完成薄壁工件加工工艺。
   本发明的技术效果是：本工艺既可以保证薄壁工件特殊部位的硬度要求，又可以保证薄壁工件的韧性要求，可以大幅度提高薄壁工件的整体机械强度。避免了低碳合金钢薄壁工件碳氮共渗和淬火后由于整体硬度过高（碳氮共渗层趋近或达到心部，心部韧性层较薄或失去韧性层）而易碎裂，使工件在保证碳氮共渗层厚度及硬度的前提下既提高了韧性层厚度又提高了工件整体韧性。
具体实施方式
实施例一， 
热处理碳氮共渗时提高渗碳炉内温度至830-860℃使铁素体、珠光体转变为奥氏体，保持830-860℃温度9小时，使碳氮共渗层厚度达到1.0mm；
热处理淬火时加热炉加热至790℃，再将透烧的工件迅速放入30℃的PAG类淬火液中淬火冷却；
热处理低温回火时将淬火处理后的工件放入加热炉内加热至170℃保温3.5h进行低温回火。
实施例二，热处理碳氮共渗时提高渗碳炉内温度至830-860℃使铁素体、珠光体转变为奥氏体，保持830-860℃温度10小时，使碳氮共渗层厚度达到1.2mm；
热处理淬火时加热炉加热至780℃，再将透烧的工件迅速放入40℃的PAG类淬火液中淬火冷却；
热处理低温回火时将淬火处理后的工件放入加热炉内加热至160℃保温4h进行低温回火。
实施例三，热处理碳氮共渗时提高渗碳炉内温度至830-860℃使铁素体、珠光体转变为奥氏体，保持830-860℃温度8小时，使碳氮共渗层厚度达到0.8mm；
热处理淬火时加热炉加热至800℃，再将透烧的工件迅速放入20℃的PAG类淬火液中淬火冷却；
热处理低温回火时将淬火处理后的工件放入加热炉内加热至180℃保温3h进行低温回火。
以石油打捞工具为例，因工件的原料为低碳合金钢，而且工件壁部较薄，如果整体一次机械加工成型则碳氮共渗时薄壁两面同时存在碳氮共渗层，使工件心部含碳氮量过高，经淬火后其表面硬度和心部硬高都过高，失去要求的韧性而容易碎裂。本工艺则是碳氮共渗后把对硬度没有要求的预留加工量（大于碳氮共渗层厚度）加工去除，产品经淬火处理后碳氮共渗层硬度高，其它位置加工去除碳氮共渗层后含碳氮量较低，淬火后硬度低，保留需要的韧性。这样就可以避免薄壁工件因心部硬度过高而韧性降低，薄壁打捞工具就不会在打捞过程中由于韧性低又遇过大阻力而导致产品碎裂。

Claims (4)

1.可提高薄壁工件机械强度的加工工艺，其特征在于：一次机械加工时对薄壁工件需要碳氮共渗提高硬度的部位一次加工成型、其余部位预留厚度大于碳氮共渗层厚度的加工余量，对工件碳氮共渗处理后再加工去除预留的加工余量，最后对薄壁工件进行淬火和回火处理，其具体工艺步骤如下：
1）、毛坯锻造：用低碳合金钢原料锻造成加工薄壁工件的毛坯；
2）、热处理正火：对锻造好的工件毛坯进行正火处理；
3）、一次机械加工：对正火处理后的工件毛坯进行机械加工，需要碳氮共渗提高硬度的部位一次加工成型，其余部位预留厚度大于碳氮共渗层厚度的加工余量；
4）、热处理碳氮共渗：首先把一次机械加工后的工件装入渗碳炉，提高渗碳炉内温度至830-860℃使铁素体、珠光体转变为奥氏体，保持830-860℃温度8—10小时，使碳氮共渗层厚度达到0.8—1.2mm，出炉空冷直至冷却；
5）、二次机械加工：对碳氮共渗热处理后冷却的工件进行二次机械加工，加工去除一次加工的预留余量；
6）、热处理淬火：首先把二次机械加工后的工件装入加热炉加热至780℃—800℃，再将透烧的工件迅速放入20℃—40℃的PAG类淬火液中淬火冷却，使淬火后工件表面转变成高碳针状马氏体，心部转变成板条状马氏体；
7）、热处理低温回火：将淬火处理后的工件放入加热炉内加热至160℃—180℃保温3h—4h进行低温回火，消除淬火应力，出炉空冷后即完成薄壁工件加工工艺。
2.如权利要求1所述的可提高薄壁工件机械强度的加工工艺，其特征在于热处理碳氮共渗时提高渗碳炉内温度至830-860℃使铁素体、珠光体转变为奥氏体，保持830-860℃温度9小时，使碳氮共渗层厚度达到1.0mm；
热处理淬火时加热炉加热至790℃，再将透烧的工件迅速放入30℃的PAG类淬火液中淬火冷却；
热处理低温回火时将淬火处理后的工件放入加热炉内加热至170℃保温3.5h进行低温回火。
3.如权利要求1所述的可提高薄壁工件机械强度的加工工艺，其特征在于热处理碳氮共渗时提高渗碳炉内温度至830-860℃使铁素体、珠光体转变为奥氏体，保持830-860℃温度10小时，使碳氮共渗层厚度达到1.2mm；
热处理淬火时加热炉加热至780℃，再将透烧的工件迅速放入40℃的PAG类淬火液中淬火冷却；
热处理低温回火时将淬火处理后的工件放入加热炉内加热至160℃保温4h进行低温回火。
4.如权利要求1所述的可提高薄壁工件机械强度的加工工艺，其特征在于热处理碳氮共渗时提高渗碳炉内温度至830-860℃使铁素体、珠光体转变为奥氏体，保持830-860℃温度8小时，使碳氮共渗层厚度达到0.8mm；
热处理淬火时加热炉加热至800℃，再将透烧的工件迅速放入20℃的PAG类淬火液中淬火冷却；
热处理低温回火时将淬火处理后的工件放入加热炉内加热至180℃保温3h进行低温回火。
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