CN103993153B - 一种轴的中频感应调质热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轴的中频感应调质热处理方法,包括以下步骤:步骤1,采用环形加热感应器对待处理工件进行连续中频感应加热；工件在环形加热感应器中的行进速度为60～300mm/min；步骤2,利用设置在环形加热感应器后方的环形冷却装置对完成加热的工件喷施水溶性淬火液进行连续淬火冷却；所述连续淬火冷却采用三级冷却；步骤3,将淬火后的工件放入加热炉中进行中温回火，回火温度为500±50℃，保温时间120～250min；回火后空气冷却得到工件成品。本发明方法解决了目前大规格工程机械用销轴/油缸轴产品调质热处理工序中的变形量较大、制造周期长和生产成本高的问题。

Description

一种轴的中频感应调质热处理方法
技术领域
本发明属于金属热处理技术领域，特别是涉及一种工程机械用销轴或工程机械用油缸轴的中频感应调质热处理方法。
背景技术
随着工程机械设计和制造技术的发展与进步，大型号工程机械的需求量大幅度增长，对其中的销轴/油缸轴等关键零件的技术和质量要求不断提高。其中销轴既具有销的定位固定作用又具有轴的支承回转零件，是传递运动和动力的关键零件；而由于油缸轴工作时既受重力、切削力和挤压力的交变作用又处于高温高腐蚀的环境中，是液压设备中的易损件。总之，在销轴/油缸轴的制造过程中，不仅是为了使其后续的表面淬火和镀铬后好的金相制造准备，也为了在力学性能上具有良好的强韧性，所以，制造过程中的调质热处理工序是非常重要的工序。
传统的调质热处理工序是采用井式电阻炉或燃气炉进行加热，保温一段时间后，采用冷却介质(淬火油或其它冷却介质)进行冷却，得到淬火马氏体组织后进行回火处理。热处理后变形量较大(5mm～15mm)，热处理后需要反复校直和去应力回火，造成产品制造周期较长，而且经常发生在后续机加过程中的变形及应力导致的废品出现，使制造成本增加。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种轴的中频感应调质热处理方法,以解决目前大规格工程机械用销轴/油缸轴产品调质热处理工序中的工件变形量较大、制造周期长和生产成本高的问题。
一种轴的中频感应调质热处理方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
步骤1,采用2～3组，长度为1.0～2.0m的环形加热感应器对待处理工件进行连续中频感应加热；设置加热温度为860±5℃、中频电流频率为400～800Hz，工件在环形加热感应器中的行进速度为60～300mm/min；
步骤2,利用设置在环形加热感应器后方的环形冷却装置对完成加热的工件喷施水溶性淬火液进行连续淬火冷却；所述连续淬火冷却采用三级冷却，淬火介质的水压分别为：0.050±0.002MPa、0.025±0.002MPa和0.025±0.002Mpa；
步骤3,将淬火后的工件放入加热炉中进行中温回火，回火温度为500±50℃，保温时间120～250min；回火后空气冷却得到工件成品。
本发明的有益效果是：
1、工件在感应器中不旋转，且在冷却时也不旋转为简化工装和工艺提供了条件，而且不旋转能够保证加热及冷却的均匀性，是本发明技术进步的表现。
2、感应器为2～3组，每组1.0～2.0m，是为了降低总负荷，电能损耗小，而且分组后有利于维修保养。
3、中频电流频率为400～800Hz，是因为本发明优选的工件加工范围是45mm～165mm，要获得深加热层必须降低频率(加热深度与频率成反比)。
4、本发明采用工件移动，速度为60～300mm，比现有技术处理速度更快；此外工件处理速度的调整的范围比更宽，有利于满足更广泛的需求。
采用本发明方法热处理后产品的1/2R处的机械性能指标如下：
①抗拉强度≥735MPa
②屈服强度≥540MPa
③伸长率≥15％
④冲击韧性(J/cm2)≥40
⑤表面硬度HDNSBR3.5-3.9
⑥奥氏体結晶粒度(1/4R部)≥7，最高与最低级别之差不超过3级。
如上所述的轴的中频感应调质热处理方法,进一步,所述工件的直径为45～165mm。
如上所述的轴的中频感应调质热处理方法,进一步,所述工件为销轴,其材质的典型化学成分的质量百分比组成为：C：0.39～0.44、Mn：0.80～1.10、P：0.040MAX、S：0.050MAX、Si：0.15～0.35、B：0.0005～-0.003；或者,
所述工件为油缸轴,其材质的典型化学成分的质量百分比组成为：C：0.45～0.51、Mn：0.60～0.90、P：0.040MAX、S：0.050MAX、Si：0.15～0.35。
如上所述的轴的中频感应调质热处理方法,进一步,环形加热感应器与待处理工件的间隙为10～30mm；环形加热感应器与环形冷却装置的距离200～400mm。
采用上述进一步方案的有益效果是:感应器与工件的间隙为10～30mm，使本发明方法能够适应不同规格原材料的调质而不用换感应器，所以能力强、效率高；另外，也可以满足不同弯曲度原材料直接调质的要求。
如上所述的轴的中频感应调质热处理方法,进一步,水溶性淬火液为PAG淬火液。
如上所述的轴的中频感应调质热处理方法,进一步,所述中温回火环节优选回火温度为510±10℃，保温时间230～250min。
本发明的处理工艺中采用中频感应调质热处理方法，采用本发明方法热处理后工件，特别是大尺寸工件的机械性能、晶粒度和金相组织均满足技术要求，特别是细晶粒度使机械性能相对有较大改善。处理能耗降低48％以上，而且不再需要夹具与焊吊环等淬火挂具，操作者的劳动强度也极大地降低、工作环境得到改善。
附图说明
图1为本发明实施例1处理后的工件1/2R的金相组织示意图；
图2为本发明实施例1处理后的工件1/2R的金相组织示意图；
图3为本发明实施例2处理后的工件1/2R的金相组织示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
销轴材料的化学成分(质量百分比)C：0.39～0.44、Mn：0.80～1.10、P：0.040MAX、S：0.050MAX、Si：0.15～0.35、B：0.0005～-0.003。
采用中频感应调质热处理方法：在确定毛坯料的材质、规格符合技术要求后，检查工件表面是否有缺陷、倒角、装样件。
步骤1,采用3组，长度为1.0m的环形加热感应器对待处理工件进行连续中频感应加热；设置加热温度为850℃、中频电流频率为460Hz，工件在环形加热感应器中的行进速度为200mm/min；
步骤2,利用设置在环形加热感应器后方的环形冷却装置对完成加热的工件喷施水溶性淬火液进行连续淬火冷却；所述连续淬火冷却采用三级冷却，淬火介质的水压分别为：0.050MPa、0.025MPa和0.025Mpa；
步骤3,将淬火后的工件放入加热炉中进行中温回火，回火温度为500℃，保温时间160min；回火后空气冷却得到工件成品。
采用以上工艺进行感应调质热处理后，销轴的机械性能、晶粒度和金相组织要求满足技术要求，经检测：抗拉强度921Mpa、屈服强度790Mpa、伸长率17％、表面硬度HDNSBR3.7；1/2R的金相组织如图1和图2所示,图1表明1/2R处晶粒度9～9.5级。工件的径向跳动＜1.5mm。
实施例2
油缸轴材料的化学成分(质量百分比)C：0.45～0.51、Mn：0.60～0.90、P：0.040MAX、S：0.050MAX、Si：0.15～0.35。
采用中频感应调质热处理方法：在确定毛坯料的材质、规格符合技术要求后，检查工件表面是否有缺陷、倒角、装样件。
步骤1,采用2组，长度为1.0m的环形加热感应器对待处理工件进行连续中频感应加热；设置加热温度为870℃、中频电流频率为440Hz，工件在环形加热感应器中的行进速度为150mm/min；
步骤2,利用设置在环形加热感应器后方的环形冷却装置对完成加热的工件喷施水溶性淬火液进行连续淬火冷却；所述连续淬火冷却采用三级冷却，淬火介质的水压分别为：0.050MPa、0.025MPa和0.025Mpa；
步骤3,将淬火后的工件放入加热炉中进行中温回火，回火温度为500℃，保温时间160min；回火后空气冷却得到工件成品。
采用以上工艺进行感应调质热处理后，销轴的机械性能、晶粒度(8.5～9级)和金相组织要求满足技术要求，经检测：
图3为1/2R处金相组织(400×)。工件的径向跳动＜1.5mm。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种轴的中频感应调质热处理方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
步骤1,采用2～3组，长度为1.0～2.0m的环形加热感应器对待处理工件进行连续中频感应加热；设置加热温度为860±5℃、中频电流频率为400～800Hz，工件在环形加热感应器中的行进速度为60～300mm/min；
步骤2,利用设置在环形加热感应器后方的环形冷却装置对完成加热的工件喷施水溶性淬火液进行连续淬火冷却；所述连续淬火冷却采用三级冷却，淬火介质的水压分别为：0.050±0.002MPa、0.025±0.002MPa和0.025±0.002MPa；
步骤3,将淬火后的工件放入加热炉中进行中温回火，回火温度为500±50℃，保温时间120～250min；回火后空气冷却得到工件成品。
2.根据权利要求1所述的轴的中频感应调质热处理方法,其特征在于,所述工件的直径为45～165mm。
3.根据权利要求1所述的轴的中频感应调质热处理方法,其特征在于,所述工件为销轴,其材质的典型化学成分的质量百分比组成为：C：0.39～0.44、Mn：0.80～1.10、P：0.040MAX、S：0.050MAX、Si：0.15～0.35、B：0.0005～0.003；或者,
所述工件为油缸轴,其材质的典型化学成分的质量百分比组成为：C：0.45～0.51、Mn：0.60～0.90、P：0.040MAX、S：0.050MAX、Si：0.15～0.35。
4.根据权利要求1所述的轴的中频感应调质热处理方法,其特征在于,环形加热感应器与待处理工件的间隙为10～30mm；环形加热感应器与环形冷却装置的距离200～400mm。
5.根据权利要求1所述的轴的中频感应调质热处理方法,其特征在于,水溶性淬火液为PAG淬火液。
6.根据权利要求1所述的轴的中频感应调质热处理方法,其特征在于,所述中温回火环节优选回火温度为510±10℃，保温时间230～250min。
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