CN103454123A - 一种高硬度标准布氏硬度块的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高硬度标准布氏硬度块的制备方法。该方法选择GCr15轴承钢作为硬度块的原材料，硬度范围为（580～650）HBW。该制备方法包括锻造、缓冷、正火、退火、平面加工、淬火、回火、精磨抛光等工艺步骤。所制得的高硬度标准布氏硬度块具有均匀的表面硬度，标准块的试验面和支承面无缺陷，如凸痕、划伤、氧化层等。

Description

一种高硬度标准布氏硬度块的制备方法
技术领域
本发明属于机械技术领域，涉及一种高硬度标准布氏硬度块的制备方法。
背景技术
硬度块是力学计量中应用最广、涉及领域最多的计量标准。标准金属布氏硬度块(以下简称标准块)是对金属布氏硬度计进行示值检定的标准器具，布氏硬度试验中的压头材质为硬质合金。硬度块在材料技术领域具有重要的应用，从微观纳米材料到宏观结构部件，都需要进行硬度计量。同时它也是研究新材料、开发新工艺和新产品的重要计量保障手段之一。
硬度块发明百年来，硬度测量技术和理论迅速发展，得到世界各国和国际组织普遍重视。国际计量联合会(IMEKO)设立了“硬度计量技术委员会(TC5)”，国际标准化组织金属力学试验委员会设有硬度试验分委员会(ISO/TC164/SC3)。我国和各工业国家(美国、德国、英国、日本等)也都有相应的组织机构，先后制定了布氏、洛氏、维氏、努氏、肖氏和里氏等硬度计量方法及计量仪器、压头和标准硬度块等一系列计量标准和法规，奠定了硬度计量技术的基础。随着科学技术的发展，我国对硬度计量技术进行了大量的研究，取得了丰硕的成果，同时也存在很多急需解决的问题。在有些硬度试验中可以看到目前的标准布氏硬度块还有很多不能覆盖的硬度标尺，在国防工业这种问题尤为突出。主要表现在如下高硬度值标准布氏硬度块：
硬度范围：（550～650）HBW10/3000布氏硬度块
硬度范围：（550～650）HBW 5/750布氏硬度块
硬度范围：（550～650）HBW 2.5/187.5布氏硬度块
硬度范围：（550～650）HBW 1/30布氏硬度块
不能量传的布氏硬度所需要的标准硬度块称为高硬度值标准布氏硬度块。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足和缺陷，提供一种高硬度标准布氏硬度块的制备方法。
本发明采用如下技术方案解决高硬度标准布氏硬度块的制备问题。
一、选材
高硬度标准硬度块采用GCr15轴承钢作为硬度块的原材料，硬度范围为（580～650）HBW。材料的宏观检验结果应符合：晶格分布散乱均匀，非金属夹杂物少，无中心疏松聚集现象，无枝晶状偏析，无方形偏析。显微组织检验应符合：显微组织均匀，碳化物偏析为2～3级。
二、加工工艺
1、锻造
在250kg或750kg的空气锤上进行锻造并反复墩粗，拔长。
锻造中选用燃煤反射炉小批量循环加热的方式（每批10～20件），先将坯料堆放在炉门口，依次进行低温预热（温度700℃）。开始锻温度为1150℃，终锻温度为900℃。
2、缓冷
锻打成型后，在石棉粉中缓冷。
3、正火、退火
正火时，坯料随炉升温一定时间，加热至一定温度（800℃～1000℃）后，保温一定时间后出炉空冷。随后进行球化退火，改善切削加工性能，减小淬火时的变形，并提供较均匀的组织，保证均匀度。在（500℃～600℃）时进炉，升到（700℃～900℃），保温1小时～3小时，缓冷并达到（400℃～500℃）后出炉。
4、平面加工
经处理的料坯，进行平面加工，先刨支承面，然后以支承面为基准刨工作面，再刨支承面、各边及倒角至设计尺寸要求。磨削面要留出磨加工余量，然后按设计尺寸进行粗磨、精磨。先磨支承面，再以支承面为基堆磨工作面，两面均分粗磨、半精磨。并制定详细的抛光措施，保证在热处理后能准确地抽检硬度。
5、淬火
淬火前，先将坯料预热一定时间，温度为（250～300）℃。淬火加热温度为850℃，保温时间为30分钟，加热介质选用70%BaCl2 + 30%NaCl，淬火介质为熔融硝酸盐或碱。为了防止硬度块在淬火加热中被腐蚀，必要时采用特殊工艺（例如含硫可以采用木炭脱硫的方式）。同时为防止氧化造成硬度不均匀， 出现软点， 须在盐浴中脱氧。之后将硬度块放入盐浴中加热。淬火时，冷却要均匀并充分。
6、回火
回火可以消除内应力，同时通过回火调整硬度值。回火选用硝盐炉进行，加热介质为50%NaNO2 + 50%KNO，加热温度为220℃，回火两次，保温2小时，空冷至室温。
7、精磨抛光
回火后进行精磨抛光加工，抛光后工作面的表面粗糙度不大于Ra0.1μm。
为保证工作面的表面粗糙度，采用煤油进行8小时保温清洗（油温140℃），以消除切削应力。
本发明的具有很好的有益效果，具有优良的技术指标。
具有均匀的表面硬度，标准块的试验面和支承面无缺陷，如凸痕、划伤、氧化层等。
对于10mm球压头的硬度块厚度大于等于16.00mm，5mm球压头的硬度块厚度大于等于12.00mm，更小的球压头的硬度块厚度大于等于6.00mm。
对于大于等于5mm 球压头的硬度块的试验面面积小于等于150cm2，对于小于5mm球压头的硬度块的试验面面积小于等于40cm2。
对于大于等于5mm 球压头的硬度块的表面光洁度小于等于0.02mm，对于小于5mm球压头的硬度块的表面光洁度小于等于0.005mm。
对于大于等于5mm 球压头的硬度块的表面平行度小于等于0.0008mm/mm，对于小于5mm 球压头的硬度块的表面平行度小于等于0.0002mm/mm。
对于10mm球压头的硬度块的表面粗糙度小于等于0.0003mm Ra，对于更小的球压头的硬度块的表面粗糙度小于等于0.00015mm Ra。
均匀度要求：
硬度范围：（550～650）HBW10/3000布氏硬度块    均匀度：                                                
Figure 2012101739064100002DEST_PATH_IMAGE001
硬度范围：（550～650）HBW 5/750布氏硬度块     均匀度：
Figure 969158DEST_PATH_IMAGE001
硬度范围：（550～650）HBW 2.5/187.5布氏硬度块  均匀度：
Figure 886299DEST_PATH_IMAGE001
硬度范围：（550～650）HBW 1/30布氏硬度块      均匀度：
Figure 603719DEST_PATH_IMAGE001
Figure 936611DEST_PATH_IMAGE002
为硬度压痕直径平均值）。
具体实施方式
实施例1：
1、锻造
在250kg的空气锤上进行锻造并反复墩粗，拔长。
锻造中选用燃煤反射炉小批量循环加热的方式（每批10件），先将坯料堆放在炉门口，依次进行低温预热（温度700℃）。开始锻温度为1150℃，终锻温度为900℃。
2、缓冷
锻打成型后，在石棉粉中缓冷。
3、正火、退火
正火时，坯料随炉升温一定时间，加热至一定温度800℃后，保温一定时间后出炉空冷。随后进行球化退火，改善切削加工性能，减小淬火时的变形，并提供较均匀的组织，保证均匀度。在500℃时进炉，升到700℃，保温2小时，缓冷并达到400℃后出炉。
4、平面加工
经处理的料坯，进行平面加工，先刨支承面，然后以支承面为基准刨工作面，再刨支承面、各边及倒角至设计尺寸要求。磨削面要留出磨加工余量，然后按设计尺寸进行粗磨、精磨。先磨支承面，再以支承面为基堆磨工作面，两面均分粗磨、半精磨。并制定详细的抛光措施，保证在热处理后能准确地抽检硬度。
5、淬火
淬火前，先将坯料预热一定时间，温度为250℃。淬火加热温度为850℃，保温时间为30分钟，加热介质选用70%BaCl2 + 30%NaCl，淬火介质为熔融硝酸盐或碱。为了防止硬度块在淬火加热中被腐蚀，必要时采用特殊工艺（例如含硫可以采用木炭脱硫的方式）。同时为防止氧化造成硬度不均匀， 出现软点， 须在盐浴中脱氧。之后将硬度块放入盐浴中加热。淬火时，冷却要均匀并充分。
6、回火
回火可以消除内应力，同时通过回火调整硬度值。回火选用硝盐炉进行，加热介质为50%NaNO2 + 50%KNO，加热温度为220℃，回火两次，保温2小时，空冷至室温。
7、精磨抛光
回火后进行精磨抛光加工，抛光后工作面的表面粗糙度不大于Ra0.1μm。
为保证工作面的表面粗糙度，采用煤油进行8小时保温清洗（油温140℃），以消除切削应力。
实施例2：
1、锻造
在750kg的空气锤上进行锻造并反复墩粗，拔长。
锻造中选用燃煤反射炉小批量循环加热的方式（每批20件），先将坯料堆放在炉门口，依次进行低温预热（温度700℃）。开始锻温度为1150℃，终锻温度为900℃。
2、缓冷
锻打成型后，在石棉粉中缓冷。
3、正火、退火
正火时，坯料随炉升温一定时间，加热至一定温度1000℃后，保温一定时间后出炉空冷。随后进行球化退火，改善切削加工性能，减小淬火时的变形，并提供较均匀的组织，保证均匀度。在600℃时进炉，升到900℃，保温3小时，缓冷并达到500℃后出炉。
4、平面加工
经处理的料坯，进行平面加工，先刨支承面，然后以支承面为基准刨工作面，再刨支承面、各边及倒角至设计尺寸要求。磨削面要留出磨加工余量，然后按设计尺寸进行粗磨、精磨。先磨支承面，再以支承面为基堆磨工作面，两面均分粗磨、半精磨。并制定详细的抛光措施，保证在热处理后能准确地抽检硬度。
5、淬火
淬火前，先将坯料预热一定时间，温度为300℃。淬火加热温度为850℃，保温时间为30分钟，加热介质选用70%BaCl2 + 30%NaCl，淬火介质为熔融硝酸盐或碱。为了防止硬度块在淬火加热中被腐蚀，必要时采用特殊工艺（例如含硫可以采用木炭脱硫的方式）。同时为防止氧化造成硬度不均匀， 出现软点， 须在盐浴中脱氧。之后将硬度块放入盐浴中加热。淬火时，冷却要均匀并充分。
6、回火
回火可以消除内应力，同时通过回火调整硬度值。回火选用硝盐炉进行，加热介质为50%NaNO2 + 50%KNO，加热温度为220℃，回火两次，保温2小时，空冷至室温。
7、精磨抛光
回火后进行精磨抛光加工，抛光后工作面的表面粗糙度不大于Ra0.1μm。
为保证工作面的表面粗糙度，采用煤油进行8小时保温清洗（油温140℃），以消除切削应力。

Claims (8)

1.一种高硬度标准布氏硬度块的制备方法，其特征在于：该方法选择GCr15轴承钢作为硬度块的原材料，硬度范围为（580～650）HBW，材料的宏观检验结果应符合：晶格分布散乱均匀，非金属夹杂物少，无中心疏松聚集现象，无枝晶状偏析，无方形偏析，显微组织检验应符合：显微组织均匀，碳化物偏析为2～3级，
该制备方法包括锻造、缓冷、正火、退火、平面加工、淬火、回火、精磨抛光。
2.根据权利要求1所述的一种高硬度标准布氏硬度块的制备方法，其特征在于：锻造是在250kg或750kg的空气锤上进行锻造并反复墩粗，拔长，锻造中选用燃煤反射炉小批量循环加热的方式（每批10～20件），先将坯料堆放在炉门口，依次进行低温预热（温度700℃），开始锻温度为1150℃，终锻温度为900℃。
3.根据权利要求1所述的一种高硬度标准布氏硬度块的制备方法，其特征在于：缓冷是在锻打成型后，在石棉粉中缓冷。
4.根据权利要求1所述的一种高硬度标准布氏硬度块的制备方法，其特征在于：正火时，坯料随炉升温一定时间，加热至一定温度（800℃～1000℃）后，保温一定时间后出炉空冷，随后进行球化退火，改善切削加工性能，减小淬火时的变形，并提供较均匀的组织，保证均匀度，在（500℃～600℃）时进炉，升到（700℃～900℃），保温1小时～3小时，缓冷并达到（400℃～500℃）后出炉。
5.根据权利要求1所述的一种高硬度标准布氏硬度块的制备方法，其特征在于：平面加工是指经处理的料坯，进行平面加工，先刨支承面，然后以支承面为基准刨工作面，再刨支承面、各边及倒角至设计尺寸要求，磨削面要留出磨加工余量，然后按设计尺寸进行粗磨、精磨，先磨支承面，再以支承面为基堆磨工作面，两面均分粗磨、半精磨，并制定详细的抛光措施，保证在热处理后能准确地抽检硬度。
6.根据权利要求1所述的一种高硬度标准布氏硬度块的制备方法，其特征在于：淬火工艺是指，淬火前，先将坯料预热一定时间，温度为（250～300）℃，淬火加热温度为850℃，保温时间为30分钟，加热介质选用70%BaCl2 + 30%NaCl，淬火介质为熔融硝酸盐或碱，为了防止硬度块在淬火加热中被腐蚀，必要时采用特殊工艺（例如含硫可以采用木炭脱硫的方式），同时为防止氧化造成硬度不均匀，出现软点，须在盐浴中脱氧，之后将硬度块放入盐浴中加热，淬火时，冷却要均匀并充分。
7.根据权利要求1所述的一种高硬度标准布氏硬度块的制备方法，其特征在于：回火是指可以消除内应力，同时通过回火调整硬度值，回火选用硝盐炉进行，加热介质为50%NaNO2 + 50%KNO，加热温度为220℃，回火两次，保温2小时，空冷至室温。
8.根据权利要求1所述的一种高硬度标准布氏硬度块的制备方法，其特征在于：精磨抛光是指回火后进行的精磨抛光加工，抛光后工作面的表面粗糙度不大于Ra0.1μm，为保证工作面的表面粗糙度，采用煤油进行8小时保温清洗（油温140℃），以消除切削应力。
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