CN105063320B - 一种高风压冲击器活塞的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高风压冲击器活塞的制备方法；属于冲击器热处理技术领域。本发明对高风压冲击器活塞毛坯进行渗碳后直接淬火处理，然后采用高温回火处理、等温淬火处理、一次回火处理、深冷处理和二次回火处理，得到预成品；预成品经打磨消除应力后得到成品。采用本发明可以大幅度提高活塞的强度、耐冲击性、耐磨性能以及寿命。本发明工艺合理，便于大规模的工业化应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种高风压冲击器活塞的制备方法；属于冲击器热处理技术领域。
背景技术
高风压冲击器活塞被广泛应用于道路、桥梁、矿山、海上作业、港口及隧道等工程建设中的爆破项目，用于冲击器为钻头凿碎岩石、土方、爆破钻孔提供动力的关键部件。
目前，高风压冲击器活塞一般使用特殊的钢材制作，其处理工艺一般为：锻造→退火→切削加工→渗碳→高温回火→淬火、低温回火→粗磨→时效→精磨→研磨→检验或预热→渗碳→顶冷→高温回火→淬火→低温回火等工艺。采用渗碳淬火及低温回火的热处理工艺，使得活塞的表面碳浓度偏高、马氏体奥氏体等级高、组织不稳定，在高强度与高频率的冲击下活塞的强度及耐磨性能偏低。随着各项目工程实施速度加快、钻孔效率要求提高，对冲击器使用寿命要求越来越严格，现有的高风压活塞已明显不能满足工程对冲击器使用的要求。
因此，提供一种强度、耐冲击性能、耐磨性及循环寿命长的高风压活塞成为本领域技术人员需要迫切解决的技术问题。
发明内容
在本发明中，将高风压冲击器活塞毛坯进行渗碳后直接淬火处理所得毛坯定义为渗碳淬火后的毛坯；渗碳后直接淬火毛坯经高温回火处理后所得毛坯定义为高温回火后的毛坯；高温回火后的毛坯经等温淬火处理后所得毛坯定义为等温淬火后的毛坯；等温淬火后的毛坯经一次回火处理后所得毛坯定义为一次回火后的毛坯；一次回火后的毛坯经深冷处理后所得毛坯定义为深冷后的毛坯；深冷后的毛坯经二次回火处理后所得毛坯定义为预成品。
针对现有技术存在的不足之处，本发明提供了一种高风压冲击器活塞的制备方法。
本发明一种高风压冲击器活塞的制备方法，其实施方案包括：
对高风压冲击器活塞毛坯渗碳后，进行直接淬火，然后依次进行高温回火处理、等温淬火处理、一次回火处理、深冷处理和二次回火处理，得到预成品；
所述直接淬火是将渗碳后的高风压冲击器活塞毛坯件出炉后直接置于60～90℃淬火油中进行淬火；
所述高温回火处理的温度为690～720℃；高温回火处理的次数大于等于1；
所述等温淬火处理是：将高温回火毛坯加热至800～850℃后，于140～160℃的淬火介质中进行等温淬火；
所述一次回火处理的温度为180～200℃；
所述深冷处理的温度为-120℃～-90℃；
所述二次回火处理的温度为180～200℃。
本发明一种高风压冲击器活塞的制备方法，渗碳温度为900～940℃，渗层深度为3-6mm、优选为3-5mm、进一步优选为3.5～4.0mm，渗层表面碳的质量百分浓度为0.7-0.85％、优选为0.75-0.85％、进一步优选为0.75～0.8％。
为了达到更好的渗碳效果，一般先毛坯加热至850-870℃，然后才进行渗碳处理，同时升温至900～940℃并在该温度下保温13～15小时，即可使得渗碳层深度为3-6mm、表面碳的质量百分浓度为0.7-0.85％。
本发明一种高风压冲击器活塞的制备方法，所述直接淬火是将渗碳后的高风压冲击器活塞毛坯件出炉后直接置于60～90℃的淬火油中进行淬火至高风压冲击器活塞毛坯件的温度为240-270℃、优选为240-255℃，进一步优选为250℃后，空冷至室温。
为了进一步提升产品的性能，直接淬火时，可以先将渗碳后的高风压冲击器活塞毛坯件在渗碳炉内降温至840～860℃保温45～60min后，再出炉淬火；淬火时保证工件在冷却过程中充分运动。直接淬火时所用淬火油优选为好富顿淬火油，进一步优选产品名称为Houghto-Quench K、Houghto-Quench K-1050、Houghto-Quench K-2000中的一种，进一步优选为Houghto-Quench K。
本发明一种高风压冲击器活塞的制备方法，所述高温回火处理的次数为2-4次。优选为2次。当所述高温回火处理的次数为2次时；具体工艺为：将渗碳淬火后的毛坯加热至690～720℃，保温4～5小时后，随炉冷却至490-510℃、优选为495-505℃、进一步优选为500℃后出炉空冷；然后，再次加热至690～720℃保温3～4小时，随炉冷却至490-510℃、优选为495-505℃、进一步优选为500℃后保温40-80分钟、优选为50-70分钟，进一步优选为60分钟后出炉空冷。本发明一种高风压冲击器活塞的制备方法，所述等温淬火是：将高温回火后的毛坯加热至830～850℃，保温1～2小时后，置于140～160℃的淬火介质中，保温40～60分钟，进行等温淬火；所述淬火介质选自好富顿MT355等温淬火油(Mar-Temp355)、好富顿MT755等温淬火油(Mar-Temp755)、好富顿MT2565等温淬火油(Mar-Temp2565)、好富顿MT365(Mar-Temp365)等温淬火油中的一种。
为了进一步提高产品的性能，所述等温淬火是：将高温回火毛坯加热至830～850℃，保温1～2小时后，随炉降温至800～820℃保温15～30分钟，出炉置于140～160℃的淬火介质中，保温40～60分钟，进行等温淬火；所述淬火介质为好富顿MT355(Mar-Temp355)等温淬火油。
本发明一种高风压冲击器活塞的制备方法，所述一次回火处理的保温时间为3-4小时，保温后，出炉空冷至室温。
本发明一种高风压冲击器活塞的制备方法，所述深冷处理的保温时间为1.5～2小时；深冷处理后立即进行二次回火处理。
本发明一种高风压冲击器活塞的制备方法，所述二次回火处理的保温时间3-4小时，保温后，出炉空冷至室温。
本发明一种高风压冲击器活塞的制备方法，深冷处理的优选工艺为：将一次回火处理后的毛坯在-50～-60℃保温45～60分钟后，继续降温至-120℃～-90℃保温1.5～2小时，然后，将深冷处理后的毛坯立即进行二次回火处理。
本发明一种高风压冲击器活塞的制备方法，所述高风压冲击器活塞的材质选自型号为FF710、XGQ25、TX-XA的钢材中的一种。
本发明一种高风压冲击器活塞的制备方法；所述高风压冲击器活塞毛坯件是通过下述方案制备的：
步骤A
将高风压冲击器活塞原材料加热到880～920℃后，进行M次墩粗与拔长后，按设计尺寸进行进行模锻，得到高风压冲击器活塞的模锻坯；
步骤B
将步骤A所得高风压冲击器活塞的模锻坯在880～900℃的条件下加热6～7小时后出炉，空气冷却至室温后再升温至680～720℃，并在680～720℃保温4～5小时后随炉冷却至480-520℃、优选为490-510℃、进一步优选为500℃后出炉空冷；得到退火后的高风压冲击器活塞的模锻坯；
步骤C
按设计尺寸，对步骤B所得退火后的高风压冲击器活塞的模锻坯进行数控加工；得到高风压冲击器活塞毛坯件。
本发明一种高风压冲击器活塞的制备方法；步骤A中所述M大于等于3。通过至少3次墩粗与拔长，使得高风压冲击器活塞原材料至基本尺寸，便可进行成型模锻。
本发明一种高风压冲击器活塞的制备方法；步骤A中，将高风压冲击器活塞原材料加热时，其加热炉优选为箱式炉。
本发明一种高风压冲击器活塞的制备方法；步骤C中，进行数控加工后，在150～180℃进行加热30～45分钟后出炉空冷，即可得到高风压冲击器活塞毛坯件。进行数控加工后，一般会存在应力，为了消除数控加工所带来的应力，一般在150～180℃进行加热30～45分钟后出炉空冷。
本发明一种高风压冲击器活塞的制备方法；所得预成品按设计尺寸进行磨削加工后置于箱式加热炉中进行消应力处理，得到成品；所述消应力处理的条件为：温度150～180℃、时间30～45分钟、冷却方式空气冷却。
在生产过程中，也可按照需求可以对高温回火毛坯、等温淬火毛坯、一次回火毛坯中任意一类毛坯或多类毛坯进行机加工。机加工后，将其加热至150～180℃并保温30～45分钟后空气冷却，可以消除加工应力。
采用本发明所制备的活塞用于高风压冲击器上时，其使用寿命远远高于现有同类产品。
采用本发明所制备的活塞，其抗拉强度为1590～1650N/mm2、屈服强度为1250～1300N/mm2
采用本发明所制备的活塞，其冲击功为75～80J、表面硬度达到为60～62HRC。
采用本发明所制备的活塞用于高风压冲击器上时，工作潜孔深度为3500～3800m，在现有2500～3000m的基础上，提升了至少16％；最高可提升52％。
有益效果
在各条件参数的协同作用下，尤其是在多次的加热、冷却与深冷处理工艺的协同作用下，使得按照本发明所设计方案制备的高风压冲击器活塞的强度、耐冲击性及耐磨性能大大提高，同时也增强了活塞的表面及心部硬度及组织稳定性，提高了活塞的循环使用寿命。
本发明通过控制工件经渗碳后的表面碳含量，可以防止表面脆性裂纹源的产生，防止活塞出现早期断裂。采用二次淬火细化晶粒、均匀组织，可以同时提高工件强度与耐冲击性能。多次高温回火与深冷处理，可以减少工件表面的残余奥氏体组织，提高工件的表面硬度与耐磨性，同时使工件成品表面组织更加稳定，减少了在使用过程中因摩擦升温造成的组织变化与应力开裂，提高了工件的寿命。同时二次淬火过程中采用降温淬火工艺，在不增加表面马奥组织等级的情况下提高了工件心部硬度，使得工件不易在高强度、高频率的冲击下，表面组织塌陷造成早期裂纹源，提高工件的使用寿命。二次淬火中使用等温淬火，还可以提高心部组织中贝氏体的含量，以提高工件的韧性，从而提高工件的耐冲击性能。
具体实施方式
实施例1
选用XGQ25型钢材作为高风压冲击器活塞原材料；以该高风压冲击器活塞原材料制备型号为TG8K的活塞。
其步骤为
1、在箱式炉中将高风压冲击器活塞原材料加热到880～890℃，对加热的所述高风压冲击器活塞原材料进行反复锻打，包括三次的墩粗与拔长，所述高风压冲击器活塞原材料锻打至基本尺寸后，进行成型模锻造。
2、将模锻成型的高风压冲击器活塞放入箱式加热炉中，在880～890℃的条件下加热6小时，然后出炉置于空气中冷却至室温，再在680～685℃的条件下加热4小时，停止加热后随炉冷却至500℃后出炉空冷。
3、将出炉后的上述高风压冲击器活塞毛坯件按照尺寸要求进行数控加工。数控加工后在150～155℃进行加热30分钟，出炉空冷，即可消除数控加工所产生的应力。
4、将经过数控加工后的所述高风压冲击器活塞放入到渗碳炉内加热，在加热至860℃时即开始进行渗碳处理，稳定在900～910℃的条件下进行渗碳13小时，得到渗碳层深度3.5～3.55mm，表面碳浓度为0.75～0.8％的渗碳完成后的高风压冲击器活塞。
5、将渗碳完成后的高风压冲击器活塞降温至850℃保温60min后，出炉淬火处理，使工件在60℃的好富顿K油(K油的产品名称为：Houghto-Quench K)中充分运动冷却至250℃后出油空冷至室温。
6、将渗碳淬火完成后的所述高风压冲击器活塞进行高温回火，然后进行机械加工，所述机械加工包括钻孔、铣槽与打毛刺。高温回火时先在690～700℃的条件下加热4小时，然后随炉冷却至500℃出炉空冷。接着再在690～700℃的条件下高温回火3小时，然后随炉冷却至500℃保温1小时后出炉空冷。机械加工后在150～155℃进行加热30分钟，出炉空冷，即可消除机械加工所产生的应力。
7、将经过机械加工后的所述高风压冲击器活塞放入到加热炉加热后进行等温油淬火，所述等温淬火的技术要求为：加热温度为830～835℃，加热时间为1小时，再降温至810℃保温15min后，放入120℃的好富顿MT355等温淬火油中，在140～145℃的温度下保温40分钟。
8、将经过等温淬火后的所述高风冲击器压活塞放入到油中进行油浴回火，所述油浴回火技术条件为：在180～185℃时进行加热3小时，然后出油空冷。
9、将经过油浴回火的所述高风压冲击器活塞至于深冷设备中，所述深冷处理技术要求为：在-120℃～-115℃的条件下进行深冷处理1.5小时，然后出炉后立即放入回火炉中，在180℃时进行加热3小时，然后出炉空冷。
10、将经过深冷处理与低温回火后的所述高风压冲击器活塞按照尺寸进行磨削加工。磨削加工后在150～155℃进行加热30分钟，出炉空冷，得到成品。
实施例1所制备成品以及其他现有部件组装成冲击器后，用于凿岩，其使用寿命为潜孔深达到3540m左右，与现有同类产品的使用寿命2850m左右相比较有了大幅度的提升。
实施例2
选用TX-XA型钢材作为高风压冲击器活塞原材料；以该高风压冲击器活塞原材料制备型号为TK18的活塞。
其步骤为
1、在箱式炉中将高风压冲击器活塞原材料加热到895～905℃，对加热的所述高风压冲击器活塞原材料进行反复锻打，包括三次的墩粗与拔长，所述高风压冲击器活塞原材料锻打至基本尺寸后，进行成型模锻造。
2、将模锻成型的高风压冲击器活塞放入箱式加热炉中，在890～895℃的条件下加热6.5小时，然后出炉置于空气中冷却至室温，再在690～695℃的条件下加热4.5小时，停止加热后随炉冷却至500℃后出炉空冷。
3、将出炉后的上述高风压冲击器活塞毛坯件按照尺寸要求进行数控加工。数控加工后在160～165℃进行加热40分钟，出炉空冷，即可消除数控加工所产生的应力。
4、将经过数控加工后的所述高风压冲击器活塞放入到渗碳炉内加热，在加热至860℃时即开始进行渗碳处理，稳定在915～920℃的条件下进行渗碳14小时后，将渗碳炉温度降至830～840℃，并保温45分钟，得到渗碳层深度3.6～3.65mm，表面碳浓度为0.75～0.8％的渗碳完成后的高风压冲击器活塞。
5、将渗碳完成后的高风压冲击器活塞出炉后放入等温淬火油槽中进行油淬(油淬所用淬火油的名称为：Houghto-Quench K-1050，并使所述高风压冲击器活塞运动3分钟后静止，冷却至250℃后出油空冷至室温。
6、将渗碳淬火完成后的所述高风压冲击器活塞放入回火炉中，在710-715℃的条件下加热4.5小时，然后随炉冷却至500℃出炉空冷。然后再在690～700℃的条件下高温回火3.5小时，然后随炉冷却至500℃保温1小时后出炉空冷。然后进行机械加工，所述机械加工包括钻孔、铣槽与打毛刺。机械加工后在150～155℃进行加热30分钟，出炉空冷，即可消除机械加工所产生的应力。
7、将经过机械加工后的所述高风压冲击器活塞放入到加热炉加热后进行等温油淬火，所述等温淬火的技术要求为：加热温度为840～845℃，加热时间为1.5小时，降温至815～820℃并保温15分钟后放入120℃的好富顿MT355等温淬火油中，在150～155℃的温度下保温50分钟。
8、将经过等温淬火后的所述高风冲击器压活塞放入到油中进行油浴回火，所述油浴回火技术条件为：在190～195℃时进行加热3.5小时，然后出油空冷。
9、将经过油浴回火的所述高风压冲击器活塞至于深冷设备中，先在-55～-50℃条件下保温45分钟后，降温至-95～-90℃的条件下进行深冷处理2小时；然后出炉后立即放入回火炉中，在190～195℃时进行加热3.5小时，然后出炉空冷。
10、将经过深冷处理与低温回火后的所述高风压冲击器活塞按照尺寸进行磨削加工。磨削加工后在165～170℃进行加热40分钟，出炉空冷，得到成品。
实施例2所制备成品以及其他现有部件组装成冲击器后，用于凿岩，其使用寿命为潜孔深度3850m左右，与现有同类产品的使用寿命潜孔深度3020m左右相比较有了大幅度的提升。
实施例3
选用FF710型钢材作为高风压冲击器活塞原材料；以该高风压冲击器活塞原材料制备型号为TG8的活塞。
其步骤为
1、在箱式炉中将高风压冲击器活塞原材料加热到915～920℃，对加热的所述高风压冲击器活塞原材料进行反复锻打，包括三次的墩粗与拔长，所述高风压冲击器活塞原材料锻打至基本尺寸后，进行成型模锻造。
2、将模锻成型的高风压冲击器活塞放入箱式加热炉中，在896～900℃的条件下加热7小时，然后出炉置于空气中冷却至室温，再在680～685℃的条件下加热5小时，停止加热后随炉冷却至500℃后出炉空冷。
3、将出炉后的上述高风压冲击器活塞毛坯件按照尺寸要求进行数控加工。数控加工后在175～180℃进行加热45分钟，出炉空冷，即可消除数控加工所产生的应力。
4、将经过数控加工后的所述高风压冲击器活塞放入到渗碳炉内加热，在加热至860℃时即开始进行渗碳处理，稳定在935～940℃的条件下进行渗碳15小时后，将渗碳炉温度降至830～840℃，并保温45分钟，得到渗碳层深度4.0～4.05mm，表面碳浓度为0.75～0.8％的渗碳完成后的高风压冲击器活塞。
5、将渗碳完成后的高风压冲击器活塞出炉后放入好富顿K油油槽中进行油淬(K油的名称为Houghto-Quench K-2000)，并使所述高风压冲击器活塞运动5分钟后静止，冷却至250℃后出油空冷至室温。
6、将渗碳淬火完成后的所述高风压冲击器活塞放入回火炉中，在715-720℃的条件下加热5小时，然后随炉冷却至500℃出炉空冷。然后再在690～700℃的条件下高温回火3.5小时，然后随炉冷却至500℃保温1小时后出炉空冷。然后进行机械加工，所述机械加工包括钻孔、铣槽与打毛刺。机械加工后在175～180℃进行加热45分钟，出炉空冷，即可消除机械加工所产生的应力。
7、将经过机械加工后的所述高风压冲击器活塞放入到加热炉加热后进行等温油淬火，所述等温淬火的技术要求为：加热温度为845～850℃，加热时间为2小时，降温至800～805℃并保温30分钟后放入120℃的好富顿MT355等温淬火油中，在155～160℃的温度下保温60分钟。
8、将经过等温淬火后的所述高风冲击器压活塞放入到油中进行油浴回火，所述油浴回火技术条件为：在195～200℃时进行加热4小时，然后出油空冷。
9、将经过油浴回火的所述高风压冲击器活塞至于深冷设备中，先在-60～-55℃条件下保温60分钟后，降温至-105～-110℃的条件下进行深冷处理2小时；然后出炉后立即放入回火炉中，在195～200℃时进行加热4小时，然后出炉空冷。
10、将经过深冷处理与低温回火后的所述高风压冲击器活塞按照尺寸进行磨削加工。磨削加工后在165～170℃进行加热40分钟，出炉空冷，得到成品。
实施例3所制备成品以及其他现有部件组装成冲击器后，用于凿岩，其使用寿命为潜孔深度3640m左右，与现有同类产品的使用寿命潜孔深度达2750m左右相比较有了大幅度的提升。
Claims (6)
1.一种高风压冲击器活塞的制备方法，其特征在于：
对高风压冲击器活塞毛坯渗碳后，进行直接淬火，然后依次进行高温回火处理、等温淬火处理、一次回火处理、深冷处理和二次回火处理，得到预成品；
所述直接淬火是将渗碳后的高风压冲击器活塞毛坯件出炉后直接置于60~90℃淬火油中进行淬火；
所述高温回火处理是；将渗碳淬火后的毛坯加热至690~720℃，保温4~5小时后，随炉冷却至490-510℃，出炉空冷；然后，再次加热至690~720℃保温3~4小时，随炉冷却至490-510℃保温40-80分钟后，出炉空冷；
所述等温淬火处理是：将高温回火毛坯加热至800~850℃后，于140~160℃的淬火介质中进行等温淬火；
所述一次回火处理的温度为180~200℃；所述一次回火处理，保温时间 3-4小时，出炉空冷至室温；
所述深冷处理的温度为-120℃ ~ -90℃；深冷处理时，将一次回火处理后的毛坯在-50~ -60℃保温45~60分钟后，继续降温至-120℃ ~ -90℃保温1.5~2小时，然后，将深冷处理后的毛坯立即进行二次回火处理；
所述二次回火处理的温度为180~200℃；所述二次回火处理，保温时间 3-4小时，出炉空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的一种高风压冲击器活塞的制备方法，其特征在于：渗碳温度为900~940℃，渗层深度为3-6mm、渗层表面碳的质量百分浓度为0.7-0.85%。
3.根据权利要求1所述的一种高风压冲击器活塞的制备方法，其特征在于，所述直接淬火是将渗碳后的高风压冲击器活塞毛坯件出炉后直接置于60~90℃的淬火油中进行淬火至高风压冲击器活塞毛坯件的温度为240-270℃时，空冷至室温。
4.根据权利要求1所述的一种高风压冲击器活塞的制备方法，其特征在于；所述等温淬火，是将高温回火后的毛坯加热至830~850℃，保温1~2小时后，置于140~160℃的淬火介质中，保温40~60分钟，进行等温淬火；所述淬火介质选自好富顿MT355等温淬火油、好富顿MT755等温淬火油、好富顿MT2565等温淬火油、好富顿MT365等温淬火油中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种高风压冲击器活塞的制备方法，其特征在于；所述等温淬火是：将高温回火毛坯加热至830~850℃，保温1~2小时后，随炉降温至800~820℃并保温15~30分钟后置于淬火介质中进行等温淬火，等温淬火过程中，控制淬火介质温度在140~160℃，毛坯在淬火介质中保温40~60分钟；所述淬火介质为好富顿MT355等温淬火油。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种高风压冲击器活塞的制备方法，其特征在于：所述高风压冲击器活塞的材质选自型号为FF710、 XGQ25的钢材中的一种。
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Denomination of invention: Method for preparing high air pressure impactor piston Effective date of registration: 20190604 Granted publication date: 20170616 Pledgee: Jinzhou Branch of Hunan Ningxiang Rural Commercial Bank Co., Ltd. Pledgor: Changsha Tianhe Drilling Tools and Machinery Co., Ltd. Registration number: 2019330000139 |
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