CN103484658B - 轴在不同排布密度下的水淬工艺修正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种轴在不同排布密度下的水淬工艺修正方法，所述方法步骤包括：（1）确定单根轴的水淬工艺；（2）建立修正后的水淬时间计算公式；（3）通过试验方法、数值模拟方法或经验估测方法获取修正系数；（4）计算出修正后的水淬时间或水-空交替淬火冷却工艺中每段水淬时间，得出并执行修正后的淬火冷却工艺；（5）对处理的产品进行性能检测、统计评估，然后根据评估结果再对修正系数进行调整。本发明所述的一种轴在不同排布密度下的水淬工艺修正方法，对避免水淬开裂和减小产品性能波动具有重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种淬火冷却工艺，具体地，涉及一种轴在不同排布密度下的水淬工艺修正方法.
背景技术
淬火是将淬火件加热到奥氏体温度，然后快速冷却到一定温度以下以获得马氏体或贝氏体组织的过程。为了避免产生淬火裂纹，合金钢一般采用油淬，而较少采用水淬。合金钢水淬一般采用间歇淬火或水-空交替淬火来避免开裂的产生。因此，合金钢水淬的技术关键是控制水淬与空冷的时间，也就是精确执行水－空交替控时淬火冷却工艺。
经对现有技术文献检索发现，陈乃录、左训伟、徐骏、张伟民.数字化控时淬火冷却工艺及设备的研究与应用,金属热处理，2009，34(3)：37-42文章提出水-空交替控时淬火冷却工艺。具体方法是将淬火冷却分三个阶段进行，第一阶段为预冷阶段，第二阶段为水-空交替淬火冷却阶段，第三阶段为自然空冷阶段。在预冷阶段，合金钢件采取空冷的方式进行缓慢冷却，直到合金钢件表面冷却到A1以上或以下的某一温度区间，其结果是减少了合金钢件的热容量，加速了第二阶段的冷却效果。在水-空交替淬火冷却阶段，采用快冷（水冷）与慢冷（空冷）交替的方式进行，合金钢件在第一次水淬过程中，合金钢件表层快冷到Ms点以下某一温度并保持一定时间后，在表层获得部分马氏体；合金钢件在第一次空冷过程中，次表层的热量传向表层，使表层的温度升高，结果是表层刚刚转变的马氏体发生自回火使表层的韧性和应力状态得到调整，避免了表层马氏体组织产生开裂。然后再重复水与空气的交替淬火冷却，直到合金钢件某一部位的温度或组织达到要求。完成第二阶段淬火冷却后，将合金钢件放置在空气中进行自然冷却，直到合金钢件的心部温度低于某一值后进行回火。该文献技术对于避免合金钢件开裂有明显效果，但是，该文献没有涉及轴件排布密度变化所引起的水的流动状态和水温变化对淬火冷却工艺的影响，而水的流动状态和水温变化对水的冷却强度有显著的影响，也就是说随着水的流动状态和水温变化，水与淬火件之间的界面换热系数也发生明显变化，考虑水的流动状态和水温变化对避免水淬开裂和减小产品性能波动具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种轴在不同排布密度下的水淬工艺修正方法，该方法对避免水淬开裂和减小产品性能波动具有重要的意义。
为实现以上目的，本发明提供一种轴在不同排布密度下的水淬工艺修正方法，所述方法包括如下步骤：
（1）确定单根轴的水淬工艺；
（2）建立修正后的水淬时间计算公式，t修正=K*t标准
式中：t修正为修正后的水淬时间；K为修正系数；t标准为单根轴的水淬时间；
（3）通过试验方法、数值模拟方法或经验估测方法获取修正系数；
（4）计算出修正后的水淬时间或水-空交替淬火冷却工艺中每段水淬时间，得出并执行修正后的淬火冷却工艺；
（5）对处理的产品进行性能检测、统计评估，然后根据评估结果再对修正系数进行调整。
优选地，通过试验方法、数值模拟方法或经验估测方法获取修正系数，具体的：
方法一：试验方法
获取轴在不同直径下的水平层两轴之间中心距的影响系数a、上下层两轴之间中心距的影响系数b、单层轴数量的影响系数c、层数量的影响系数d，然后通过公式K∝（a，b，c，d）获取修正系数；
方法二：数值模拟方法
首先通过测量和计算得到不同装夹方式的换热系数，然后针对装夹方式下某一位置（例如：要求保证力学性能的位置）的轴进行温度场的模拟，并将模拟结果与单根轴冷却的温度场进行对比，通过对比得出装夹方式下要获得与单根轴相同冷却状态所需要的水冷时间，将单根轴的水冷时间做分母，装夹方式下所需要的水冷时间做分母，即得出修正系数；
方法三：经验估测方法
对于不同装夹方式采取经验方式估计修正系数，并通过生产测试进行修正。
优选地，所述修正方法适用于水、盐水和各类水溶性介质。
优选地，所述修正方法适用于水淬、水-空交替淬火冷却和各类间歇式淬火冷却。
优选地，所述修正方法适用于各类长轴件、长的方形件和各类异形轴类件。
优选地，所述修正方法适用于轴件水平排布和轴件垂直排布。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明所述一种轴在不同排布密度下的水淬工艺修正方法，对避免水淬开裂和减小产品性能波动有重要的意义。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
某合金钢件水淬，合金钢件尺寸：Ф80*5000（mm），采取水平加热和水平淬火冷却。装夹方式是：水平放置8根，每两根中心距160mm；上下放置5层，每两层中心距160mm；通过试验得出：单根轴浸水时间为240s时获得满足要求的产品性能。要求对目前的装夹方式下的淬火冷却工艺进行修正。
依据数值模拟法获取修正系数为1.25，则按照修正后水淬时间计算公式：t修正=K*t标准计算，该装夹方式浸水时间应为300s，按照这个时间对合金钢件进行浸水冷却，从而获得与单根轴淬火相近的产品性能。
实施例2
某合金钢件采用水-空交替淬火冷却工艺淬火，淬火介质为水和空气，合金钢件尺寸：Ф150*5000（mm），采取水平加热和水平淬火冷却。装夹方式是：水平放置6根，每两根中心距300mm；上下放置4层，每两层中心距300mm。要求给出修正后的水-空交替淬火冷却工艺。
方法如下：
（1）确定单根轴的水-空交替淬火冷却工艺，即第一次水冷120s+空冷150s+第二次水冷180s+空冷200s+第三次水冷150s；
（2）修正后的水淬时间计算公式：t修正=K*t标准
式中：t修正为修正后的水淬时间；K为修正系数；t标准为单根轴的水淬时间；
（3）经验估测法获取修正系数为1.20；
（4）根据（2）公式计算出修正后的水-空交替淬火冷却工艺中每段水淬时间，得出修正后的水-空交替淬火冷却工艺为：第一次水冷144s+空冷150s+第二次水冷216s+空冷200s+第三次水冷180s，并执行该工艺；
（5）对处理的产品进行性能检测、统计评估，然后根据评估结果再对修正系数进行调整。
实施例3
某合金钢件采用聚合物类水溶性介质淬火，合金钢件尺寸：Ф80*5000（mm），采取垂直加热和垂直淬火冷却。装夹方式是：围绕中心按照每两根轴中心距200mm的方式吊装20根轴。通过试验得出：单根轴浸入聚合物类水溶性介质时间为360s时可以获得满足要求的产品性能。要求对目前的装夹方式下的淬火冷却工艺进行修正。
依据数值模拟法获取修正系数为1.20，则按照修正后水淬时间计算公式：t修正=K*t标准计算，该装夹方式浸入聚合物类水溶性介质时间应为432s，按照这个时间对合金钢件进行浸入聚合物类水溶性介质冷却，从而获得与单根轴淬火相近的产品性能。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (5)
1.一种轴在不同排布密度下的水淬工艺修正方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)确定单根轴的水淬工艺；
(2)建立修正后的水淬时间计算公式，t修正＝K*t标准
式中：t修正为修正后的水淬时间；K为修正系数；t标准为单根轴的水淬时间；
(3)通过试验方法、数值模拟方法或经验估测方法获取修正系数；
(4)计算出修正后的水淬时间或水-空交替淬火冷却工艺中每段水淬时间，得出并执行修正后的淬火冷却工艺；
(5)对处理的产品进行性能检测、统计评估，然后根据评估结果再对修正系数进行调整；
步骤(3)中，通过试验方法、数值模拟方法或经验估测方法获取修正系数，具体的：
方法一：试验方法
获取轴在不同直径下的水平层两轴之间中心距的影响系数a、上下层两轴之间中心距的影响系数b、单层轴数量的影响系数c、层数量的影响系数d，然后通过公式K∝(a，b，c，d)获取修正系数；
方法二：数值模拟方法
首先通过测量和计算得到不同装夹方式的换热系数，然后针对装夹方式下某一位置的轴进行温度场的模拟，并将模拟结果与单根轴冷却的温度场进行对比，通过对比得出装夹方式下要获得与单根轴相同冷却状态所需要的水冷时间，将单根轴的水冷时间做分母，装夹方式下所需要的水冷时间做分母，即得出修正系数；
方法三：经验估测方法
对于不同装夹方式采取经验方式估计修正系数，并通过生成测试进行修正。
2.根据权利要求1所述一种轴在不同排布密度下的水淬工艺修正方法，其特征在于，所述修正方法适用于水、盐水和各类水溶性介质。
3.根据权利要求1或2所述一种轴在不同排布密度下的水淬工艺修正方法，其特征在于，所述修正方法适用于水淬、水-空交替淬火冷却和各类间歇式淬火冷却。
4.根据权利要求1或2所述一种轴在不同排布密度下的水淬工艺修正方法，其特征在于，所述修正方法适用于各类长轴件、长的方形件和各类异形轴类件。
5.根据权利要求1或2所述一种轴在不同排布密度下的水淬工艺修正方法，其特征在于，所述修正方法适用于轴件水平排布和轴件垂直排布。
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