CN103343280B - 一种中碳钢工件低温淬火的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明要公开了一种中碳钢工件低温淬火的方法，包括以下步骤：步骤一：将中碳钢工件加热，并保温，工件内部组织转变成均匀一致地不饱和奥氏体组织；步骤二：将上述得到的中碳钢工件采用缓慢冷却法冷却，工件内部为冷奥氏体淬火组织；步骤三：将上述得到的中碳钢工件放入水中或淬火剂的水溶液中快速冷却，淬火完毕。本发明的中碳钢工件低温淬火的方法能缩小淬火时工件的内应力、控制形变量、成本低、环保、工件质量达标且稳定。
Description
技术领域
本发明涉及淬火技术领域，具体涉及中碳钢工件低温淬火的方法。
背景技术
目前，中碳钢工件淬火的方法有水淬火和油淬火两种方法，冷却速度越快，内应力越大，形变量也大，当形变量超过材质一定强度时，工件会产生裂纹。
使用中碳钢水淬火时，降温过快，而导致内应力过大，中碳钢工件会产生变形，甚至裂纹等现象，或因工件小操作困难，用铅丝串机淬火，比如481H垫片45#钢工件，其加热温度设定780℃加之串扎捆绑，盐浴炉加热，水池中冷却，虽然降低加热温度，但仍然存在裂纹、硬软点等质量问题，所以单独水淬法会使工件质量不稳定，操作困难，工效低，成本高等缺点。
中碳钢油淬火，既克服裂纹现象，又控制了形变量。但是，油淬火成本高，同时使用的油液残留在工件上，造成了环境污染及资源浪费，加之油淬火后工件存在硬度点偏低等缺点，质量不达标。
《金属材料与热处理》上的图7·18公开了钢的理想淬火速度的示意图，如图1所示，但其钢的冷却速度过快，内应力大，控制钢的形变量困难，淬火后的钢易形变。
发明内容
本发明要提供一种能缩小淬火时工件的内应力、控制形变量、成本低、环保、质量达标且稳定的中碳钢工件低温淬火的方法。
为解决上述问题，本发明提供了一种中碳钢工件低温淬火的方法，所述中碳钢为碳含量在0.25%-0.6%碳钢，包括以下步骤：
步骤一：将中碳钢工件加热,加热后进行保温处理，工件内部组织转变成均匀一致的不饱和奥氏体组织；
步骤二：将处于恒温状态的中碳钢工件采用缓慢冷却法冷却，工件内部转变成过冷奥氏体淬火组织；
步骤三：将上述冷却后的中碳钢工件放入水中或淬火剂的水溶液中快速冷却，淬火完毕。
作为本发明的进一步改进，所述中碳钢为碳含量在0.25%-0.6%碳钢。加热淬火温度由铁碳合金状态图估算727℃＋(1- )×（912℃-727℃）+(30～50)℃，约为810℃-890℃。
作为本发明的进一步改进，所述步骤一中的中碳钢工件的加热温度为810℃-890℃，中碳钢25#-60#加热温度至810℃-890℃才能将内部组织完全转变成均匀一致不饱和奥氏体。45#钢理论加热至加热温度应为840℃左右能将内部组织完全转变成均匀一致不饱和奥氏体。
作为本发明的进一步改进，所述步骤二中的中碳钢工件的冷却温度为650℃-727℃。
作为本发明的进一步改进，所述淬火剂为251AQ淬火剂。
作为本发明的进一步改进，所述的缓慢冷却法采用随炉冷却法、转炉冷却法或炉外空冷法中任意一种或多种，缓慢冷却过程依托共渗网带炉实现。
作为本发明的进一步改进，所述的缓慢冷却分为：淬火降温第一阶段，中碳钢工件的温度从810℃-890℃缓慢冷却到727℃；淬火降温第二阶段，中碳钢工件的温度从727℃冷却至650℃。
作为本发明的进一步改进所述步骤三中的水或淬火剂水溶液的温度为小于或等于35℃，所述步骤三分为快速冷却阶段和缓慢冷却阶段，所述快速冷却阶段为淬火降温第三阶段，所述淬火降温第三阶段为中碳钢工件的温度从650℃冷却至400℃，所述缓慢冷却阶段为淬火降温第四阶段，所述淬火降温第四阶段为中碳钢工件温度从400℃往下冷却，其中230℃控制膨胀变形关键点。
作为本发明的进一步改进，根据共渗网带炉特点封闭式，随炉冷却时适用于工件小、批量大或对工件表面氧化要求严格的，宜适用先将高温工件随炉冷却到727℃再进入共渗网带炉的封桶水中冷却至650℃，再离开封桶直入深水区，深水区水温不超过35℃。
本发明与现有技术相比，具有以下优点。
1、所述步骤一中碳钢工件的加热温度为810℃-890℃，使得工件内部组织转变成均匀一致地不饱和奥氏体组织；所述步骤二中的中碳钢工件的冷却温度为650℃-727℃之间，最大限度控制内应力，有效控制收缩变形，且能保证工件质量达标且稳定。
2、所述的缓慢冷却法为：随炉冷却法、转炉冷却法或炉外空冷法。中碳钢的大型工件，例如铸钢之类可利用转炉冷却或空气冷却来调节温度，达到低温淬火目的。中碳钢的小型批量大工件则适合使用随炉冷却。本发明适应性广、操作简单。
3、将步骤一得到的中碳钢工件放入水中或淬火剂的水溶液中快速冷却，淬火完毕。所述淬火剂为251AQ淬火剂。淬火剂水溶液和水价格低廉、冷却速度具有可变性且不会产生环境污染。工件温度为550℃-650℃时，18℃的水冷却速度600℃/S，50℃的水冷却速度100℃/S，工件温度为300℃-200℃时，18℃-50℃的水冷却速度为270℃/S，由此可见加热工件在封桶处水冷却其速度比油冷却还慢（50℃油冷却速度是150℃/S）此时的内应力、变形量相对较小。但是工件温度为300℃-200℃时油的冷却速度是30℃/S，有效控制膨胀变形。
4、本发明将中碳钢工件使用低温水淬火或251AQ水溶液冷却淬火，最大限度缩小内应力。克服了通常的直接在工件温度为810℃-890℃水冷却淬火，由于水的属性产生较大的内应力易形成开裂、变形大的缺点。也克服了油冷却淬火时，由于油的属性而造成的淬硬点低和淬火后工件粘油，回火时油挥发、油排放等，造成环境污染且成本增加的缺点。本发明弥补了传统水冷却和油冷却淬火中不足。
附图说明
图1为《金属材料与热处理》书中钢的理想淬火速度的示意图。
图2为本发明中碳钢工件低温淬火的方法的钢的淬火速度示意图。
图3为共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线图。
图4为图1、图2及图3的对比图。
图5为本发明的实施例1的中碳钢工件温度冷却曲线示意图。
图中：1-淬火降温第一阶段，2-淬火降温第二阶段，3-淬火降温第三阶段，4-淬火降温第四阶段。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。
如图1和图2所示，本发明的中碳钢的淬火曲线对比现有钢的理想淬火曲线的第一阶段1整体右移，即淬火降温第一阶段1和淬火降温第二阶段2的淬火时间延长，控制了淬火速度，间接控制了内应力，使得形变量低于材质的强度。
如图3和图4所示，过冷奥氏体在温度约为550°时，过冷奥氏体最不稳定。所以本发明的中碳钢的淬火步骤三的中即图中的淬火降温第三阶段3，将中碳钢工件从650℃快速冷却至400℃。
实施例1
如图5所示，根据本发明中碳钢工件低温淬火的方法，45#钢工件淬火的步骤如下：
（1）、将45#钢工件在网带炉中加热至840°，加热后进行保温处理，工件内部组织转变成均匀一致地不饱和奥氏体组织；
（2）、将处于恒温状态的中碳钢工件采用缓慢冷却法冷却至727℃，再到达封桶处工件温度从727℃较快冷却到650℃。 工件内部为过冷奥氏体淬火组织；
（3）、工件离开封桶直入深水区，深水区溶液可为水或251AQ淬火剂水溶液，深水区水温为28℃。冷却过程为工件从650℃快速冷却至400℃，再从400℃缓慢冷却。45#钢工件淬火完毕。
实施例2
根据本发明中碳钢工件低温淬火的方法，60#钢工件淬火的步骤如下：
（1）、将60#炭钢工件在网带炉中加热至810°，加热后进行保温处理，工件内部组织转变成均匀一致地不饱和奥氏体组织；
（2）、将处于恒温状态的中碳钢工件采用缓慢冷却法冷却至727℃，再到达封桶处工件温度从727℃较快冷却到650℃。 工件内部为过冷奥氏体淬火组织；
（3）、工件离开封桶直入深水区，深水区溶液可为水或251AQ淬火剂水溶液，深水区水温为32℃。冷却过程为工件从650℃快速冷却至400℃，再从400℃缓慢冷却。中碳钢工件淬火完毕。
实施例3
根据本发明中碳钢工件低温淬火的方法，25#钢工件淬火的步骤如下：
（1）、将25#炭钢工件在网带炉中加热至890°，加热后进行保温处理，工件内部组织转变成均匀一致地不饱和奥氏体组织；
（2）、将处于恒温状态的中碳钢工件采用缓慢冷却法冷却至727℃，再到达封桶处工件温度从727℃较快冷却到650℃。 工件内部为过冷奥氏体淬火组织；
（3）、工件离开封桶直入深水区，深水区溶液可为水或251AQ淬火剂水溶液，深水区水温为32℃。冷却过程为工件从650℃快速冷却至400℃，再从400℃缓慢冷却。中碳钢工件淬火完毕。
实施例4
根据本发明中碳钢工件低温淬火的方法，40#钢工件淬火的步骤如下：
（1）、将40#炭钢工件在网带炉中加热至850°，加热后进行保温处理，工件内部组织转变成均匀一致地不饱和奥氏体组织；
（2）、将处于恒温状态的中碳钢工件采用缓慢冷却法冷却至727℃，再到达封桶处工件温度从727℃较快冷却到650℃。 工件内部为过冷奥氏体淬火组织；
（3）、工件离开封桶直入深水区，深水区溶液可为水或251AQ淬火剂水溶液，深水区水温为32℃。冷却过程为工件从650℃快速冷却至400℃，再从400℃缓慢冷却。中碳钢工件淬火完毕。
Claims (4)
1.一种中碳钢工件低温淬火的方法，所述中碳钢为碳含量在0.25%-0.6%碳钢，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：将中碳钢工件加热,加热后进行保温处理，工件内部组织转变成均匀一致的不饱和奥氏体组织；
步骤二：将处于恒温状态的中碳钢工件采用缓慢冷却法冷却，工件内部转变成过冷奥氏体淬火组织；
步骤三：将上述冷却后的中碳钢工件放入水中或淬火剂的水溶液中快速冷却，淬火完毕；
所述的缓慢冷却分为：淬火降温第一阶段（1），中碳钢工件的温度从810℃-890℃缓慢冷却到727℃；淬火降温第二阶段（2），中碳钢工件的温度从727℃冷却至650℃，所述步骤三中的水或淬火剂水溶液的温度为小于或等于35℃，所述步骤三分为快速冷却阶段和缓慢冷却阶段，所述快速冷却阶段为淬火降温第三阶段（3），所述淬火降温第三阶段（3）为中碳钢工件的温度从650℃冷却至400℃，所述缓慢冷却阶段为淬火降温第四阶段（4），所述淬火降温第四阶段（4）为中碳钢工件温度从400℃往下冷却。
2.根据权利要求1所述的中碳钢工件低温淬火的方法，其特征在于：所述步骤一中的加热温度为810℃-890℃。
3.根据权利要求1所述的中碳钢工件低温淬火的方法，其特征在于：所述淬火剂为251AQ淬火剂。
4.根据权利要求1所述的中碳钢工件低温淬火的方法，其特征在于：所述的缓慢冷却法采用随炉冷却法、转炉冷却法或炉外空冷法中任意一种或多种。
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