CN103173691B

CN103173691B - 一种升船机安全机构锁定块及其制造工艺

Info

Publication number: CN103173691B
Application number: CN201310052432.2A
Authority: CN
Inventors: 是玉丰
Original assignee: WUXI PAIKE HEAVY CASTING AND FORGING CO Ltd
Current assignee: Wuxi Parker new materials Polytron Technologies Inc
Priority date: 2013-02-18
Filing date: 2013-02-18
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2033-02-18
Also published as: CN103173691A

Abstract

本发明是一种升船机安全机构锁定块及其制造工艺，按以下工序进行：选材—下料—加热—锻造—锻后热处理—机加工—理化检验及超声波探伤—热处理—性能检测—精加工—超声波探伤及磁粉探伤—清洁—包装；加热工序采用分段加热，锻后热处理工序采用采用两次正火+两次回火+冷却的热处理工艺，热处理采用分段加热。本发明工艺生产的升船机安全机构锁定块，齿表面硬度HB≥300（表面疲劳强度）；距齿面25mm淬火组织大于90%；抗拉强度750-900MP，屈服强度≥550MP，延伸率≥14，端面收缩率≥55。

Description

一种升船机安全机构锁定块及其制造工艺

技术领域

本发明涉及一种大型机械零件的制造工艺，具体的说是一种升船机安全机构锁定块及其制造工艺。

背景技术

大型机械零件毛坯的锻造及热处理一直是机械制造行业长期研究的课题，近几年新的锻造理论和锻造工艺方法不断提出，其不断深入研究目的就是通过新工艺新方法，更有效的改善锻件内部质量，提高大型锻件的性能和使用寿命以及零件的安全性。

锁定块是升船机安全锁定机构的关键部件，其最终形状为螺旋齿形，螺旋齿加工后需调质处理，内部探伤要求极高，相当于JB/T5000.15Ⅰ级，加之毛坯锻件重量约15吨，饼型锻件纵向受力，满足性能要求困难，制造难度和风险很大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：

如何保证锁定块具有高抗拉强度和高屈服强度；

如何保证锁定块距齿面25mm淬火组织大于90%；

如何保证锁定块具有较小的表面粗糙度，组织更为均匀稳定，极少气孔及沙眼。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种升船机安全机构锁定块，其化学成分的质量百分比为：C：0.25-0.35%，Si:0.35-0.45%，Mn:0.35-0.55%，Ni:0.9-1.1%，Cr:0.2-0.4%，Nb：0.25-0.45%，Cu:0.55-0.75%，N:0.05-0.07%，Mo:0.17-0.19%，Al:0.06-0.08%，S：0.04-0.06%，Ti：0.05-0.07%，V：0.007-0.009%，B：0.005-0.007%，P：0.007-0.009%，镧系稀土：1-3%，余量为Fe。

升船机安全机构锁定块的制造工艺，按以下工序进行：选材—下料—加热—锻造—锻后热处理—机加工—理化检验及超声波探伤—热处理—性能检测—精加工—超声波探伤及磁粉探伤—清洁—包装；

加热工序采用分段加热，第一段加热温度为700-750℃，到温后保温10-15min，第二段加热温度为850-880℃，到温后保温35-40min，然后空冷至室温；

锻后热处理工序采用两次正火+两次回火+冷却，第一次正火温度大于第二次正火温度，第一次回火温度大于第二次回火温度；

第一次正火：采用分段加热，第一段加热温度为850-880℃，到温后保温16-19min，第二段加热温度为700-750℃，到温后保温15-17min，然后空冷20-25min后进行第二次正火；

第二次正火：采用分段加热，第一段加热温度为660-690℃加热，到温后保温20-23min，第二段加热温度为600-650℃加热，到温后保温10-15min，然后水冷至室温；

第一次回火：回火温度800-830℃，到温后保温16-19min，然后空冷5-7min后进行第二次回火；

第二次回火：回火温度600-630℃，到温后保温6-9min，然后进行冷却；

冷却采用水冷与空冷结合，先采用水冷以1-3℃/s的冷却速率将钢板水冷至450-470℃，然后空冷至400-430℃，再采用水冷以4-5℃/s的冷却速率将钢板水冷至300-350℃，再采用水冷以1-2℃/s的冷却速率冷却至室温；

热处理采用分段加热，第一段加热温度为600-650℃加热，到温后保温15-18min，第二段加热温度为660-690℃加热，到温后保温20-30min，然后水冷至室温。

本发明解剖观察螺旋齿受力方向（纵向）纤维组织流向，做纵向和切向性能比较，调整确定加热温度；解剖观测检测调质淬火、回火后不同深度的硬度，不同深度的组织，分析、测定不同深度马氏体组织比例，以及不同深度、不同比例、不同回火温度的马氏体回火组织的强度，硬度和韧性，确定锻后热处理温度。

本发明加热工序采用分段加热，保证了纵向组织细化均匀，使锁定块距齿面25mm淬火组织大于90%，确保后续的锻造不损坏细化的组织。本发明锻后热处理工序采用采用两次正火+两次回火+冷却的热处理工艺，两次正火后使锁定块的带状组织等缺陷减轻明显，组织细化均匀；正火后两次回火，组织更为均匀稳定，且晶粒更细化，使锁定块的强度、韧性以及低温冲击性能得到很大的提高。第一次正火温度高于第二次正火温度，使第二次正火不破坏第一次正火的效果，使组织细化效果更为明显；第一次回火温度高于第二次回火温度，使第二次回火不破坏第一次回火的效果，使锁定块厚度方向晶粒更为细化，进一步减小表面和心部的温度之差，从而使表面至心部性能趋于一致；冷却通过水冷与空冷结合，先以较慢的冷却速度水冷，然后进行空冷，最后再通过一快一慢的水冷，不仅可提高锁定块的韧性和获得较好的综合力学性能（具体可见后面发明优点部分的力学性能），而且使组织更为均匀稳定，极少出现气孔及沙眼。本发明的热处理采用分段加热，巩固锻后热处理的技术效果，使组织更为均匀稳定，使出现有极少气孔及沙眼变得更加细小或消除。

总之，本发明采取分段加热，可有效缩短高温段的加时间，使细化晶粒效果更明显，并且使厚度方向的组织晶粒度趋于一致；采用两次正火，且第一次正火温度较高，可以细化晶粒，同时提高强度和韧性，可以减轻或消除带状组织等缺陷，提高锁定块整体冲击性能；正火后两次回火，且第一次回火温度较高，组织更为均匀稳定，低温冲击性能进一步提高，表面至心部性能趋于一致；回火后快慢给合的冷却方法不仅可提高锁定块的韧性和获得较好的综合力学性能，而且极少出现气孔及沙眼。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述的升船机安全机构锁定块，镧系稀土的组分质量百分比为：镧：35-40%，铈：15-20%，镨：7-18%，钕：10-16%，钷：5-7%，钆：2-4%，镥：5-6%，镝：1-3%，其余镧系元素：1-3%，以上各组分之和为100%。

前述的升船机安全机构锁定块，其化学成分的质量百分比为：C：0.25%，Si:0.45%，Mn:0.35%，Ni:1.1%，Cr:0.4%，Nb：0.25%，Cu:0.55%，N:0.07%，Mo:0.17%，Al:0.06%，S：0.04%，Ti：0.05%，V：0.007%，B：0.005%，P：0.007%，镧系稀土：1%，余量为Fe；镧系稀土的组分质量百分比为：镧：35%，铈：20%，镨：16%，钕：15%，钷：5%，钆：2%，镥：5%，镝：1%，其余镧系元素：1%。

前述的升船机安全机构锁定块，其化学成分的质量百分比为：C：0.35%，Si:0.35%，Mn:0.45%，Ni:0.9%，Cr:0.3%，Nb：0.45%，Cu:0.75%，N:0.05%，Mo:0.18%，Al:0.07%，S：0.05%，Ti：0.06%，V：0.008%，B：0.007%，P：0.008%，镧系稀土：2%，余量为Fe；镧系稀土的组分质量百分比为：镧：40%，铈：15%，镨：18%，钕：10%，钷：6%，钆：3%，镥：6%，镝：1%，其余镧系元素：1%。

前述的升船机安全机构锁定块，其化学成分的质量百分比为：C：0.30%，Si:0.40%，Mn:0.55%，Ni:1.0%，Cr:0.2%，Nb：0.35%，Cu:0.65%，N:0.06%，Mo:0.19%，Al:0.08%，S：0.06%，Ti：0.07%，V：0.009%，B：0.006%，P：0.009%，镧系稀土：3%，余量为Fe；镧系稀土的组分质量百分比为：镧：37%，铈：18%，镨：7%，钕：16%，钷：7%，钆：4%，镥：5%，镝：3%，其余镧系元素：3%。

本发明的优点是：本发明工艺生产的升船机安全机构锁定块，齿表面硬度HB≥300（表面疲劳强度）；距齿面25mm淬火组织大于90%；抗拉强度750-900MP，屈服强度≥550MP，延伸率≥14，端面收缩率≥55。

具体实施方式

实施例1

本实施例的升船机安全机构锁定块，其化学成分的质量百分比为：C：0.25%，Si:0.45%，Mn:0.35%，Ni:1.1%，Cr:0.4%，Nb：0.25%，Cu:0.55%，N:0.07%，Mo:0.17%，Al:0.06%，S：0.04%，Ti：0.05%，V：0.007%，B：0.005%，P：0.007%，镧系稀土：1%，余量为Fe；镧系稀土的组分质量百分比为：镧：35%，铈：20%，镨：16%，钕：15%，钷：5%，钆：2%，镥：5%，镝：1%，其余镧系元素：1%。

本实施例升船机安全机构锁定块的制造工艺，按以下工序进行：选材—下料—加热—锻造—锻后热处理—机加工—理化检验及超声波探伤—热处理—性能检测—精加工—超声波探伤及磁粉探伤—清洁—包装；其中下料、锻造、机加工、理化检验及超声波探伤、性能检测、精加工、超声波探伤及磁粉探伤、清洁和包装这些工序都为现有常用工序。

加热工序采用采用分段加热，第一段加热温度为700℃，到温后保温10min，第二段加热温度为850℃，到温后保温35min，然后空冷至室温；

锻后热处理工序采用两次正火+两次回火+冷却，第一次正火温度大于第二次正火温度，第一次回火温度大于第二次回火温度；第一次正火：采用分段加热，第一段加热温度为850℃，到温后保温16min，第二段加热温度为700℃，到温后保温15min，然后空冷20min后进行第二次正火；第二次正火：采用分段加热，第一段加热温度为660℃加热，到温后保温20min，第二段加热温度为600℃加热，到温后保温10min，然后水冷至室温；第一次回火：回火温度800℃，到温后保温16min，然后空冷5min后进行第二次回火；第二次回火：回火温度600℃，到温后保温6min，然后进行冷却；冷却采用水冷与空冷结合，先采用水冷以1℃/s的冷却速率将钢板水冷至450℃，然后空冷至400℃，再采用水冷以4℃/s的冷却速率将钢板水冷至300℃，再采用水冷以1℃/s的冷却速率冷却至室温；

热处理采用分段加热，第一段加热温度为600℃加热，到温后保温15min，第二段加热温度为660℃加热，到温后保温20min，然后水冷至室温。

实施例2

本实施例的升船机安全机构锁定块，其化学成分的质量百分比为：C：0.35%，Si:0.35%，Mn:0.45%，Ni:0.9%，Cr:0.3%，Nb：0.45%，Cu:0.75%，N:0.05%，Mo:0.18%，Al:0.07%，S：0.05%，Ti：0.06%，V：0.008%，B：0.007%，P：0.008%，镧系稀土：2%，余量为Fe；镧系稀土的组分质量百分比为：镧：40%，铈：15%，镨：18%，钕：10%，钷：6%，钆：3%，镥：6%，镝：1%，其余镧系元素：1%。

加热工序采用采用分段加热，第一段加热温度为720℃，到温后保温13min，第二段加热温度为860℃，到温后保温38min，然后空冷至室温；

锻后热处理工序采用两次正火+两次回火+冷却，第一次正火温度大于第二次正火温度，第一次回火温度大于第二次回火温度；第一次正火：采用分段加热，第一段加热温度为860℃，到温后保温17min，第二段加热温度为730℃，到温后保温16min，然后空冷23min后进行第二次正火；第二次正火：采用分段加热，第一段加热温度为670℃加热，到温后保温22min，第二段加热温度为630℃加热，到温后保温12min，然后水冷至室温；第一次回火：回火温度820℃，到温后保温17min，然后空冷6min后进行第二次回火；第二次回火：回火温度620℃，到温后保温7min，然后进行冷却；冷却采用水冷与空冷结合，先采用水冷以2℃/s的冷却速率将钢板水冷至460℃，然后空冷至420℃，再采用水冷以5℃/s的冷却速率将钢板水冷至330℃，再采用水冷以2℃/s的冷却速率冷却至室温；

热处理采用分段加热，第一段加热温度为630℃加热，到温后保温16min，第二段加热温度为670℃加热，到温后保温25min，然后水冷至室温。

实施例3

本实施例的升船机安全机构锁定块，其化学成分的质量百分比为：C：0.30%，Si:0.40%，Mn:0.55%，Ni:1.0%，Cr:0.2%，Nb：0.35%，Cu:0.65%，N:0.06%，Mo:0.19%，Al:0.08%，S：0.06%，Ti：0.07%，V：0.009%，B：0.006%，P：0.009%，镧系稀土：3%，余量为Fe；镧系稀土的组分质量百分比为：镧：37%，铈：18%，镨：7%，钕：16%，钷：7%，钆：4%，镥：5%，镝：3%，其余镧系元素：3%。

加热工序采用采用分段加热，第一段加热温度为750℃，到温后保温15min，第二段加热温度为880℃，到温后保温40min，然后空冷至室温；

锻后热处理工序采用两次正火+两次回火+冷却，第一次正火温度大于第二次正火温度，第一次回火温度大于第二次回火温度；第一次正火：采用分段加热，第一段加热温度为880℃，到温后保温19min，第二段加热温度为750℃，到温后保温17min，然后空冷25min后进行第二次正火；第二次正火：采用分段加热，第一段加热温度为690℃加热，到温后保温23min，第二段加热温度为650℃加热，到温后保温15min，然后水冷至室温；第一次回火：回火温度830℃，到温后保温19min，然后空冷7min后进行第二次回火；第二次回火：回火温度630℃，到温后保温9min，然后进行冷却；冷却采用水冷与空冷结合，先采用水冷以3℃/s的冷却速率将钢板水冷至470℃，然后空冷至430℃，再采用水冷以5℃/s的冷却速率将钢板水冷至350℃，再采用水冷以2℃/s的冷却速率冷却至室温；

热处理采用分段加热，第一段加热温度为650℃加热，到温后保温18min，第二段加热温度为690℃加热，到温后保温30min，然后水冷至室温。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种升船机安全机构锁定块的制造工艺，所述升船机安全机构锁定块的化学成分的质量百分比为：C：0.25-0.35%，Si:0.35-0.45%，Mn:0.35-0.55%，Ni:0.9-1.1%，Cr:0.2-0.4%，Nb：0.25-0.45%，Cu:0.55-0.75%，N:0.05-0.07%，Mo:0.17-0.19%，Al:0.06-0.08%，S：0.04-0.06%，Ti：0.05-0.07%，V：0.007-0.009%，B：0.005-0.007%，P：0.007-0.009%，镧系稀土：1-3%，余量为Fe；

所述升船机安全机构锁定块的制造工艺按以下工序进行：选材—下料—加热—锻造—锻后热处理—机加工—理化检验及超声波探伤—热处理—性能检测—精加工—超声波探伤及磁粉探伤—清洁—包装；

其特征在于：

所述加热工序采用分段加热，第一段加热温度为700-750℃，到温后保温10-15min，第二段加热温度为850-880℃，到温后保温35-40min，然后空冷至室温；

所述锻后热处理工序采用两次正火+两次回火+冷却，第一次正火温度大于第二次正火温度，第一次回火温度大于第二次回火温度；

所述第一次正火：采用分段加热，第一段加热温度为850-880℃，到温后保温16-19min，第二段加热温度为700-750℃，到温后保温15-17min，然后空冷20-25min后进行第二次正火；

所述第二次正火：采用分段加热，第一段加热温度为660-690℃，到温后保温20-23min，第二段加热温度为600-650℃，到温后保温10-15min，然后水冷至室温；

所述第一次回火：回火温度800-830℃，到温后保温16-19min，然后空冷5-7min后进行第二次回火；

所述第二次回火：回火温度600-630℃，到温后保温6-9min，然后进行冷却；

所述冷却采用水冷与空冷结合，先采用水冷以1-3℃/s的冷却速率将钢板水冷至450-470℃，然后空冷至400-430℃，再采用水冷以4-5℃/s的冷却速率将钢板水冷至300-350℃，再采用水冷以1-2℃/s的冷却速率冷却至室温；

所述热处理采用分段加热，第一段加热温度为600-650℃，到温后保温15-18min，第二段加热温度为660-690℃，到温后保温20-30min，然后水冷至室温。

2.如权利要求1所述的升船机安全机构锁定块的制造工艺，其特征在于：所述镧系稀土的组分质量百分比为：镧：35-40%，铈：15-20%，镨：7-18%，钕：10-16%，钷：5-7%，钆：2-4%，镥：5-6%，镝：1-3%，其余镧系元素：1-3%，以上各组分之和为100%。

3.如权利要求1或2所述的升船机安全机构锁定块的制造工艺，其特征在于：其化学成分的质量百分比为：

C：0.25%，Si:0.45%，Mn:0.35%，Ni:1.1%，Cr:0.4%，Nb：0.25%，Cu:0.55%，N:0.07%，Mo:0.17%，Al:0.06%，S：0.04%，Ti：0.05%，V：0.007%，B：0.005%，P：0.007%，镧系稀土：1%，余量为Fe；

所述镧系稀土的组分质量百分比为：镧：35%，铈：20%，镨：16%，钕：15%，钷：5%，钆：2%，镥：5%，镝：1%，其余镧系元素：1%。

4.如权利要求1或2所述的升船机安全机构锁定块的制造工艺，其特征在于：其化学成分的质量百分比为：

C：0.35%，Si:0.35%，Mn:0.45%，Ni:0.9%，Cr:0.3%，Nb：0.45%，Cu:0.75%，N:0.05%，Mo:0.18%，Al:0.07%，S：0.05%，Ti：0.06%，V：0.008%，B：0.007%，P：0.008%，镧系稀土：2%，余量为Fe；

所述镧系稀土的组分质量百分比为：镧：40%，铈：15%，镨：18%，钕：10%，钷：6%，钆：3%，镥：6%，镝：1%，其余镧系元素：1%。

5.如权利要求1或2所述的升船机安全机构锁定块的制造工艺，其特征在于：其化学成分的质量百分比为：

C：0.30%，Si:0.40%，Mn:0.55%，Ni:1.0%，Cr:0.2%，Nb：0.35%，Cu:0.65%，N:0.06%，Mo:0.19%，Al:0.08%，S：0.06%，Ti：0.07%，V：0.009%，B：0.006%，P：0.009%，镧系稀土：3%，余量为Fe；

所述镧系稀土的组分质量百分比为：镧：37%，铈：18%，镨：7%，钕：16%，钷：7%，钆：4%，镥：5%，镝：3%，其余镧系元素：3%。