CN103551823B - 一种高硬度不锈钢调整块的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高硬度不锈钢调整块的制造方法，属于金属加工技术领域。其步骤为：（1）工件主体原材料的准备；（2）锻造毛坯的退火处理；（3）锻造毛坯的初加工；（4）对毛坯进行超声波探伤；（5）毛坯的调质处理；（6）二次机加工；（7）毛坯表面淬火；（8）工件精加工；（9）打磨；（10）成品工件热处理；（11）对成型工件进行超声波探伤和磁粉探伤。其通过合理的材料配比、热处理工艺和对应的机加工余量控制，使得所加工的调整块有较高的硬度和较好的耐磨性能，并且所加工的产品无裂纹、合格率高，从而提高调整块和辊子的使用寿命。

Description

一种高硬度不锈钢调整块的制造方法

技术领域

本发明涉及金属加工技术领域，具体地说，涉及一种辊子调整块的加工方法，更具体地说，涉及一种高硬度不锈钢调整块的制造方法。

背景技术

辊子在调整块上滚动，从而来完成对高度的调节以适应不同的需求。辊子在工业中的应用越来越广泛，尤其是大型棍子，广泛应用于造纸和包装机械等各类传动输送系统中，例如圆网印花机、数码打印机以及矿山输送设备等。

调整块是辊子使用中不可缺少的配件，直接关系到辊子的性能和使用寿命。但是，调整块的硬度与精密度对辊子的使用影响非常大。硬度不均匀的调整块会快速的磨损，致使必须频繁的更换，导致生产效率下降，更严重的则会导致辊子磨损，大大增加了企业的成本。

重型辊子是许多钢厂大量使用的，使用的寿命直接关系到钢厂的生产效率。现有的调整块经常会在使用过程中出现表面裂纹，内部缺陷等现象。企业为此投入大量物力、人力来解决调整块的消耗问题。通常是在调整块磨损之后对表面进行二次加工，随之而来的问题则是必须调整辊子，以至于影响到生产进度。所以如何保证调整块的硬度与工件的质量，成为一个需要解决的问题。

现有对棍子的改进则大多是结构的改进，例如中国专利申请号：201110144922.6，申请日：2011年06月01日，公开了一份名称为机床用可侧顶地脚垫铁的专利申请文件，该发明涉及一种机床用可侧顶地脚垫铁，属于机床领域。设有底座，其特征是底座下方一侧旋合有调整螺钉，调整螺钉端部旋合在调整块上，调整块的上侧加工有斜面，调整块上侧的斜面与楔板的下斜面相吻合，底座一侧的上端旋有侧顶螺钉。该发明能够更好的保证机床床身因工作台面的往复运动产生的横向变，结构简单，安装调试更方便快捷，大大提高装配效率，更方便的预调机床主床身水平面精度。再例如，中国专利申请号：201010559125.X申请日：2010年11月25日，公开了一份名称为一种机械设备精密万向调整垫铁的专利申请文件，该发明包括凹形底座、保护罩，凹形底座内部设有斜面调整块，斜面调整块一侧装有调节螺杆，斜面调整块上部设有顶部端面为凸球面、底面为斜面的下连接件，下连接件的凸球面形端面与置于其上的底面为凹球面、顶面为平面的上连接件的凹球面形底端相接触，上连接件底端的凹球面与下连接件顶端的凸球面相适应，凹凸球面连接可万向旋转。通过球面连接的万向自调整性能，使机床调整定位后能长期保持其精度。该发明适用于机床水平精密调节与固定。但是这些解决方案的都是通过结构的调整，而实际上调整块最需要解决的问题是怎么保持性能稳定的问题，即需要保持良好的硬度和耐磨性。现有技术中很多采用铁块，但是硬度和耐磨性都不高，而且还容易被腐蚀，现在有技术人员尝试采用不锈钢来制作垫块，但是结果是存在三个问题，一是硬度低而且不均匀，容易开裂，产品合格率低，生产成本高；二是耐磨性不足，寿命短，增加了使用成本；还有一个问题就是加工方式，由于控制不好，很多产品在机加工时容易出现表面不平整，或者加工后存在变形或者开裂的问题。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有技术中调整块表面硬度低而且不均匀、容易开裂导致产品合格率低、耐磨性不足，使用寿命变短，性能差以及机加工的产品容易不合格的问题，本发明提供一种高硬度不锈钢调整块的制造方法，其通过合理的材料配比、热处理工艺和对应的机加工余量控制，使得所加工的调整块有较高的硬度和较好的耐磨性能、并且所加工的产品无裂纹，合格率高，从而提高调整块和辊子的使用寿命。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种高硬度不锈钢调整块的制造方法，其步骤为：

(1)工件主体原材料的准备：

工件主体采用锻造毛坯制得，该锻造毛坯组分的质量百分比为：C：0.36～0.40％，Si：1.5～2.0％，Mn：0.50～0.80％％，S：≤0.025％，P：≤0.035％，Cr：13.00～13.80％，Y：0.05-0.08％，Ni：0.4-0.60％，余量为Fe；

(2)锻造毛坯的退火处理：

将经步骤(1)中的锻造毛坯经过退火炉对其进行退火，以降低硬度、改善切削加工性能，其退火温度为800～900℃，保温时间为4～6小时，随炉冷至600℃以下之后再空冷，空冷后的锻造毛坯硬度可以达到HB 217-235；

(3)锻造毛坯的初加工，首先是锻造处理，锻造的始锻温度为1160～1180℃，终锻温度≥850℃，锻造比为4.5；锻造完成后进行铣处理，毛坯铣成长方形，各面留有3-5mm的余量；

(4)对毛坯进行超声波探伤，确定有无内部缺陷，有缺陷的淘汰；

(5)毛坯的调质处理：

将经步骤(4)探伤合格的毛坯，进行调质处理，其淬火温度为1050-1080℃，保温2-5h，油冷，然后回火处理，回火温度为650℃～680℃，保温30-60min，空冷，在空冷到60-100℃之间时，再次回火，回火温度为610℃～630℃，保温20-40min，空冷；

(6)将步骤(5)得到的工件的进行二次机加工，其步骤为：

①铣：A)铣出上表面台阶，高度方向上留1～2mm的余量；

B)铣底面，底面留有1～1.5mm的余量；

C)铣四周的侧面，四周的侧面留有0.8-1.2mm的余量；

②钻：钻床加工出表面吊装孔，倒角；

③打磨：所有尖角倒钝；

(7)毛坯淬火，淬火前先预热到100-200℃，采用中频连续加热表面淬火，油冷，然后回火处理，回火温度为250～300℃，保温2-3h，空冷。空冷后表面淬火层硬度可达到50-55HRC；

(8)工件精加工：

将步骤(7)中的毛坯，使用磨床进行研磨加工，加工过程中先取一面作为基准面，随后将毛坯翻转过来打磨另一面，每个相对的面需反复的翻转4次或以上，直到尺寸合格；

(9)打磨，所有尖角倒钝；

(10)成品工件热处理，将步骤(9)中获得的工件加热到730℃～750℃，保温10-30min，空冷，然后再加热到200-360℃，保温30-60min，空冷；

(11)对成型工件进行超声波探伤和磁粉探伤，以确定有无内部缺陷和表面裂纹，无缺陷和裂纹的为合格。

优选的，所述的步骤(1)中锻造毛坯组分的质量百分比为：C：0.38％，Si：1.7％，Mn：0.650％，S：≤0.025％，P：≤0.035％，Cr：13.50％，Y：0.07％，Ni：0.50％，余量为Fe。

优选的，所述的步骤(5)中，经步骤(4)探伤合格的毛坯，进行调质处理，其加热温度为1060℃，保温3h，油冷，然后回火处理，回火温度为650℃，保温50min，空冷，在空冷到65℃时，再次回火，回火温度为620℃，保温300min，空冷。

优选的，所述的步骤(7)中，毛坯淬火是表面淬火，采用中频的频率为6000～8000Hz，当工件表面温度达到1000-1050℃时，停止加热，冷却方式为油冷。

本发明为了得到具有高硬度、良好的耐磨性以及防腐能力的调整块，在材料的成分设计上，采用高碳高铬辅佐稀土元素钇的成分设计，并添加合理含量的Si、Mn、Ni，充分利用钢的细晶强化、析出强化与相变强化机制。其中各合金元素含量设计的基本原理如下：

C：C是钢中最主要的强化元素，也是提高淬透性的元素，因此C的含量不宜过低，否则强度不够，但是含量过高则会引起裂纹。

Si：硅主要提高钢质纯净度和脱氧，在钢中起固溶强化作用，增强材料的抗磨性能，本发明将Si含量控制在1.5～2.0％范围之内。

Mn：Mn是原材料中的主要强化元素，而且主要是和其他元素相互配合，增加钢的淬透性，降低出现裂纹的概率。综合其他元素含量，因此本发明将Mn含量控制在0.50～0.80％范围之内。

Cr：Cr一方面是提高毛坯的淬透性，提高毛坯的硬度，最重要的是增强材料的防锈能力；Cr含量对回火脆性倾向、韧脆转变温度都有重要影响，过多或者过少都达不到预期的效果，因此需要综合平衡Cr含量，其含量为13.00～13.80％。

Ni：稳定奥氏体的元素，降低裂纹倾向。

Y：Y通过合理的含量，一方面能细化材料的组织；同时有较强的析出强化作用，降低开裂的倾向。

S和P：S和P在钢中属于杂质元素，易引起开裂，所以是含量越低越好。

本发明一方面是通过原料的控制，另一方面还是通过加工工艺，包括锻造、热处理以及加工余量等参数的控制，确保本发明加工产品的合格率，增强所加工产品的强度、耐磨性能和防腐性能。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明所加工的调整块具有较高的硬度和较好的耐磨性能，并且所加工的产品无裂纹，合格率高，从而提高调整块和辊子的使用寿命；

(2)本发明在加工过程中对工件余量进行的调整，可以有效的避免热处理后变形对工件表面硬度的影响；

(3)本发明方法简单，成本低，加工容易。

附图说明

图1为本发明实施例中所加工装置的主视图；

图2为本发明实施例中所加工装置的左视图；

图3为本发明实施例中所加工装置的俯视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

一种高硬度不锈钢调整块的制造方法，本实施例以以生产工业中常用的850×450×130型调整块为例，所要加工的调整块的形状如图1、图2和图3所示，调整块的上表面为高度不同的三个平面构成台阶形，其加工步骤为：

(1)工件主体原材料的准备：

工件主体采用锻造毛坯制得，该锻造毛坯组分的质量百分比为：C：0.38％，Si：1.7％，Mn：0.650％，S：≤0.025％，P：≤0.035％，Cr：13.50％，Y：0.07％，Ni：0.50％，余量为Fe；

(2)锻造毛坯的退火处理：

将经步骤(1)中的锻造毛坯经过退火炉对其进行退火，以降低硬度、改善切削加工性能，其退火温度为850℃，保温时间为5小时，随炉冷至600℃以下之后再空冷，空冷后的锻造毛坯硬度为HB 225；

(3)锻造毛坯的初加工，首先是锻造处理，锻造的始锻温度为1160-1170℃，终锻温度≥850℃，锻造比为4.5；锻造完成后进行铣处理，毛坯铣成长方形，各面留有4mm的余量；

(4)对毛坯进行超声波探伤，确定有无内部缺陷，有缺陷的淘汰；

(5)毛坯的调质处理：

将经步骤(4)探伤合格的毛坯，进行调质处理，其淬火温度为1060℃，保温3h，油冷，然后回火处理，回火温度为650℃，保温50min，空冷，在空冷到65℃之间时，再次回火，回火温度为620℃，保温30min，空冷；

(6)将步骤(5)得到的工件的进行二次机加工，其步骤为：

①铣：A)铣出上表面台阶，高度方向上留1mm的余量。

B)铣底面，底面留有1.5mm的余量；

C)铣四周的侧面，四周的侧面留有1mm的余量；

②钻：钻床加工出表面吊装孔，倒角；

③打磨：所有尖角倒钝；

(7)毛坯表面淬火，采用中频的频率为7000Hz，淬火前先预热到150℃，这样能防止后期变形，采用中频连续加热表面淬火，采用中频的频率为6000～8000Hz，当工件表面温度达到1030℃时，停止加热，冷却方式为油冷，然后回火处理，回火温度为300℃，保温2h，空冷，空冷后表面淬火层硬度为53HRC；

(8)工件精加工；

将步骤(7)中的毛坯，使用磨床进行研磨加工，加工过程中先取一面作为基准面，随后将毛坯翻转过来打磨另一面，每个相对的面需反复的翻转4次或以上，直到尺寸合格；因表面淬火后在研磨的过程中会有一定程度的弯曲，且工件向上表面弯曲，所以需要不断的翻转；

(9)打磨，所有尖角倒钝；

(10)成品工件热处理，将步骤(9)中获得的工件加热到730℃，保温30min，空冷，然后再加热到360℃，保温30min，空冷；

(11)对成型工件进行超声波探伤和磁粉探伤，以确定有无内部缺陷和表面裂纹，无缺陷和裂纹的为合格。

本批次共加工锻造毛坯50个，最后加工成成品并且合格的数量为50个，所得产品的表面硬度为54-56HRC，平均硬度为55HRC。所加工的调整块有较高的硬度和较好的耐磨性能、并且所加工的产品无裂纹，合格率高，耐磨性能和防腐性能，从而提高调整块和辊子的使用寿命，调整块的寿命提高75％。

实施例2

同实施例1，所不同的是：步骤(1)中锻造毛坯组分的质量百分比为：C：0.36％，Si：2.0％，Mn：0.50％，S：≤0.025％，P：≤0.035％，Cr：13.80％，Y：0.05％，Ni：0.60％，余量为Fe；步骤(2)中退火温度为800℃，保温时间为6小时，随炉冷至600℃以下之后再空冷，空冷后的锻造毛坯硬度为HB 217；步骤(3)中锻造的始锻温度为1173-1180℃，终锻温度≥850℃；毛坯铣成长方形，各面留有3mm的余量；步骤(5)中淬火温度为1050℃，保温5h，回火温度为665℃，保温60min，空冷，在空冷到60℃时，再次回火，回火温度为610℃，保温40min，空冷；步骤(6)中铣出上表面台阶时，高度方向上留1.5mm的余量，底面留有1.2mm的余量，四周的侧面留有1.2mm的余量；步骤(7)中淬火前先预热到100℃，采用中频的频率为6000Hz，当工件表面温度达到1000℃时，停止加热；回火温度为280℃，保温3h，空冷，空冷后表面淬火层硬度为50HRC；步骤(10)中成品工件热处理，加热到750℃，保温10min，空冷，然后再加热到200℃，保温45min，空冷。

本批次共加工锻造毛坯100个，最后加工成成品并且合格的数量为99个，所得合格产品的表面硬度为53-56HRC，平均硬度为55HRC；所加工的调整块有较高的硬度和较好的耐磨性能、并且所加工的产品无裂纹，合格率高，从而提高调整块和辊子的使用寿命，调整块的寿命提高77％。

实施例3

同实施例1，所不同的是：步骤(1)中锻造毛坯组分的质量百分比为：C：0.40％，Si：1.5％，Mn：0.80％，S：≤0.025％，P：≤0.035％，Cr：13.00％，Y：0.08％，Ni：0.60％，余量为Fe；步骤(2)中退火温度为900℃，保温时间为4小时，随炉冷至600℃以下之后再空冷，空冷后的锻造毛坯硬度为HB 235；步骤(3)中锻造的始锻温度为1165-1175℃，终锻温度≥850℃；毛坯铣成长方形，各面留有5mm的余量；步骤(5)中淬火温度为1080℃，保温2h，回火温度为680℃，保温30min，空冷，在空冷到100℃时，再次回火，回火温度为630℃，保温20min，空冷；步骤(6)中铣出上表面台阶时，高度方向上留2mm的余量，底面留有1mm的余量，四周的侧面留有0.8mm的余量；步骤(7)中淬火前先预热到200℃，采用中频的频率为8000Hz，当工件表面温度达到1050℃时，停止加热；回火温度为250℃，保温2.5h，空冷，空冷后表面淬火层硬度为55HRC；步骤(10)中成品工件热处理，加热到740℃，保温23min，空冷，然后再加热到310℃，保温60min，空冷。

本批次共加工锻造毛坯30个，最后加工成成品并且合格的数量为30个，所得产品的表面硬度为54-57HRC，平均硬度为55.3HRC。所加工的调整块有较高的硬度和较好的耐磨性能、并且所加工的产品无裂纹，合格率高，从而提高调整块和辊子的使用寿命，调整块的寿命提高80％。

Claims (4)

1.一种高硬度不锈钢调整块的制造方法，其步骤为：

(1)工件主体原材料的准备：

工件主体采用锻造毛坯制得，该锻造毛坯组分的质量百分比为：C：0.36～0.40％，Si：1.5～2.0％，Mn：0.50～0.80％，S：≤0.025％，P：≤0.035％，Cr：13.00～13.80％，Y：0.05-0.08％，Ni：0.4-0.60％，余量为Fe；

(2)锻造毛坯的退火处理：

将经步骤(1)中的锻造毛坯经过退火炉对其进行退火，其退火温度为800～900℃，保温时间为4～6小时，随炉冷至600℃以下之后再空冷；

(3)锻造毛坯的初加工，首先是锻造处理，锻造的始锻温度为1160～1180℃，终锻温度≥850℃，锻造比为4.5；锻造完成后进行铣处理，毛坯铣成长方形，各面留有3～5mm的余量；

(4)对毛坯进行超声波探伤，确定有无内部缺陷，有缺陷的淘汰；

(5)毛坯的调质处理：

将经步骤(4)探伤合格的毛坯，进行调质处理，其淬火温度为1050-1080℃，保温2～5h，油冷，然后回火处理，回火温度为650℃～680℃，保温30～60min，空冷，在空冷到60～100℃之间时，再次回火，回火温度为610℃～630℃，保温20～40min，空冷；

(6)将步骤(5)得到的工件进行二次机加工，其步骤为：

①铣：A)铣出上表面台阶，高度方向上留1～2mm的余量；

B)铣底面，底面留有1～1.5mm的余量；

C)铣四周的侧面，四周的侧面留有0.8～1.2mm的余量；

②钻：钻床加工出表面吊装孔，倒角；

③打磨：所有尖角倒钝；

(7)毛坯表面淬火，淬火前先预热到100～200℃，采用中频连续加热淬火，然后回火处理，回火温度为250～300℃，保温2～3h，空冷；

(8)工件精加工：

将步骤(7)中的毛坯，使用磨床进行研磨加工，加工过程中先取一面作为基准面，随后将毛坯翻转过来打磨另一面，每个相对的面需反复的翻转4次或以上，直到尺寸合格；

(9)打磨，所有尖角倒钝；

(10)成品工件热处理，将步骤(9)中获得的工件加热到730℃～750℃，保温10～30min，空冷，然后再加热到200～360℃，保温30～60min，空冷；

(11)对成型工件进行超声波探伤和磁粉探伤，以确定有无内部缺陷和表面裂纹，无缺陷和裂纹的为合格。

2.根据权利要求1所述的一种高硬度不锈钢调整块的制造方法，其特征在于，所述的步骤(1)中锻造毛坯组分的质量百分比为：C：0.38％，Si：1.7％，Mn：0.650％，S：≤0.025％，P：≤0.035％，Cr：13.50％，Y：0.07％，Ni：0.50％，余量为Fe。

3.根据权利要求1所述的一种高硬度不锈钢调整块的制造方法，其特征在于，所述的步骤(5)中，经步骤(4)探伤合格的毛坯，进行调质处理，其加热温度为1060℃，保温3h，油冷，然后回火处理，回火温度为650℃，保温50min，空冷，在空冷到65℃时，再次回火，回火温度为620℃，保温30min，空冷。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种高硬度不锈钢调整块的制造方法，其特征在于，所述的步骤(7)中，毛坯淬火是表面淬火，采用中频的频率为6000～8000Hz，当工件表面温度达到1000-1050℃时，停止加热，冷却方式为油冷。