CN105506647A - 超韧性低碳钢螺丝的热处理生产工艺 - Google Patents

超韧性低碳钢螺丝的热处理生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种超韧性低碳钢螺丝的热处理生产工艺，其特征在于：包括有以下步骤：（1）选材：选取铝镇静钢材料，其化学组成以质量%计含有：0.19-0.22%的C、0.04-0.09%的Si、0.71-0.99%的Mn、0.015-0.025%的P、0.010-0.020%的S、0.030-0.070%的Al，其余为Fe；（2）渗碳：将铝镇静钢材料放入气氛保护炉中，设定渗碳碳势为1-1.15，渗碳时间为2-3小时，渗碳温度为900-950℃；（3）淬火：采用淬火油对渗碳后的铝镇静钢材料进行直接淬火；（4）低温回火。热处理前线材具有较高的塑性变形能力，退火组织晶粒均有，球化率高，无异常组织，适用于后续做渗碳热处理，线材满足客户冷镦成型要求，热处理后渗碳层深度：0.15-0.25mm，表面硬度HV：450-700，心部硬度HV:290-370，产品无变形，最终产品具有较高的强度及韧性。

Description

超韧性低碳钢螺丝的热处理生产工艺
技术领域
本发明涉及线材处理领域技术，尤其是指一种超韧性低碳钢螺丝的热处理生产工艺。
背景技术
紧固件是一种非常重要而又用量很大的基础件，总数达50多万种，而冷镦钢应用范围主要就在紧固件的生产上，尤其是高强度螺钉、螺帽的生产。以冷镦钢为原料生产的各种标准件普遍用于汽车、造船、设备制造、电子、家电、建筑等多种行业。冷镦用盘条的典型用途是制作螺栓，其强度范围从抗拉强度400MPa到1200MPa以上。
高碳钢具有高的硬度和良好的耐磨性能，但脆性大，冲击韧性低，低碳钢具有优良的塑性和韧性，但硬度较低，耐磨性能差。经淬火和回火处理后，这两种钢在性能上的差别就更明显。大部分的机器零件如螺丝、齿轮、轴、活塞销、凸轮等，它们的共同特点是表层受力大，要求表面硬度高而且耐磨。如果工件表层有高的含碳量，而心部是低碳钢或低碳合金钢，再通过淬火及低温回火，就可以获得表面硬而耐磨、心部强而韧的性能，从而能够满足复杂应力下的服役条件。达到这一目的的最好办法就是对材料进行渗碳处理。
钢的渗碳就是指将低碳钢或低碳合金钢零件放在增碳的活性介质中加热和保温，使活性碳原子渗入材料表面的过程。材料表层的含碳量一般控制在0.80%左右，心部含碳量在0.20%左右，经淬火和低温回火后，从表至里依次获得高碳、中碳和低碳的回火马氏体组织，因此材料经渗碳处理后可获得较高的表面硬度、接触疲劳强度而心部仍保持良好的冲击韧性。对于承受重载、耐磨、冲击和复杂应力的构件，渗碳仍然是最为有效的方法，所以渗碳在机械制造业中的应用越来越广泛和普遍，己经成为钢件表面强化最主要的方式之一。
超韧性低碳钢螺丝在汽车、拖拉机、机床、起重机械等产品中不仅有重要的作用，而且用量相当大。随着生产技术的不断发展和科学技术的不断进步，螺丝紧固件向高强度、高韧性、高耐磨等方向发展。机器工作时，通过螺丝其紧固作业，承受很大的交变弯曲应力和接触应力，并在其表面面上会有强烈的摩擦。所以，螺丝一般都需经过适当的热处理，以提高承载能力和延长使用寿命，其在热处理后应满足下列性能要求：表面具有较高的硬度和耐磨性，心部具有足够的强度和韧性。螺丝的材料及热处理对螺丝的内在质量和使用性能都有很大的影响，因此，要合理地选择螺丝材料和制定热处理工艺。
渗碳处理由于其渗层深度不受限制。从表面到心部有一良好的浓度由高到低的过渡。使其具有高碳浓度、硬度及压力状态，提高各种表面失效抗力。而心部在淬火处理后有具有韧性良好的低碳氏体组织，因而具有强度和韧性的良好配合。是一种行之有效的表面硬化热处理方法。张福成等研究了一种低碳合金钢渗碳后表面获得纳米贝氏体组织的热处理工艺：首先对低碳钢进行渗碳，渗碳后基体与表层有很大的碳浓度差别，从而造成其马氏体相变转变点的巨大差别，将渗碳后的试样在表层马氏体相变转变点以上一定温度进行等温淬火，从而获得表层是硬贝氏体组织，心部是低碳马氏体组织，过渡层是硬贝氏体和低碳马氏体的混合组织。利用这种工艺技术可制备出高性能的基础机械零部件，如螺丝、齿轮、轴承等等。
钢制零件的渗碳工艺受到多种因素的影响，若控制不当，会造成渗碳层过厚、渗碳不足等缺陷，导致钢制零件的性能不能达到应用要求。采用传统手动调节方式控制渗碳过程，不但对操作员的技术水平与经验有较高要求，而且碳势控制精度不高，渗碳质量很不稳定，既浪费社会及企业资源，又增加了企业的生产成本。我国目前有大量的热处理企业单位及设备，但大多数处理设备和工艺落后，不仅能耗大，污染严重，而且设备的可靠性差，自动化程度低，生产质量不稳定。
发明内容
有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种超韧性低碳钢螺丝的热处理生产工艺，其能有效解决现有之紧固件强度和韧性不足的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：
一种超韧性低碳钢螺丝的热处理生产工艺，包括有以下步骤：
（1）选材：选材：选取铝镇静钢材料，其化学组成以质量%计含有：0.19-0.22%的C、0.04-0.09%的Si、0.71-0.99%的Mn、0.015-0.025%的P、0.010-0.020%的S、0.030-0.070%的Al，其余为Fe；
（2）渗碳：将铝镇静钢材料放入气氛保护炉中，气氛保护炉中添加有渗碳气氛，设定渗碳碳势为1-1.15，渗碳时间为2-3小时，渗碳温度为900-950℃；
（3）淬火：采用淬火油对渗碳后的铝镇静钢材料进行直接淬火；
（4）低温回火：对淬火后的铝镇静钢材料进行低温回火，回火温度为380-450℃，保温时间不少于2小时。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：
热处理前线材具有较高的塑性变形能力，退火组织晶粒均有，球化率高，无异常组织，适用于后续做渗碳热处理，线材满足客户冷镦成型要求，热处理后渗碳层深度：0.15-0.25mm，表面硬度HV：450-700，心部硬度HV:290-370，产品无变形，最终产品具有较高的强度及韧性，适用于一些特殊领域产品的运用，产品其各项性能明显优越于目前市场类似产品，可更好的应用于紧固件加工行业，提高紧固件行业生产的产品的使用性能及寿命，具有良好的市场前景，为公司创造非常可观的经济效益。
为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。
附图说明
图1是本发明之较佳实施例的生产流程示意图。
具体实施方式
请参照图1所示，本发明揭示一种超韧性低碳钢螺丝的热处理生产工艺，包括有以下步骤：
（1）选材：选材：选取铝镇静钢材料，其化学组成以质量%计含有：0.19-0.22%的C、0.04-0.09%的Si、0.71-0.99%的Mn、0.015-0.025%的P、0.010-0.020%的S、0.030-0.070%的Al，其余为Fe；本发明选择的材料对C含量进一步筛选，同时在进料检验时特别对S、P含量严格控制，对化学成分偏析，内部组织状况、原始尺寸精度以及各种性能波动的稳定性方面更为严格控制，以满足生产的需要。
（2）渗碳：将铝镇静钢材料放入气氛保护炉中，气氛保护炉中添加有渗碳气氛，设定渗碳碳势为1-1.15，渗碳时间为2-3小时，渗碳温度为900-950℃；其中碳势即渗碳气氛中的碳含量，碳势越高，工件表面渗碳速度越快，零件表面碳浓度梯度越睫，同时零件表面越容易形成碳化物，渗碳件越容易产生不良金相组织。高的碳势参数还容易形成碳黑，对设备寿命影响不利。碳势太低，会降低渗碳速度，延长渗碳时间。常用渗碳温度为，温度愈高，散速度越快，渗层越深，但温度过高会造成奥氏体晶粒长大，降低零件的力学性能，增加零件的变形，降低设备的使用寿命。温度过低，则会降低渗碳气氛中的活性，延长工艺时间，如果温度值与的裂解温度条件不平衡则会导致碳黑的析出，同样会对设备寿命产生不利的影响。渗碳时间取决于渗碳层的深度要求，零件渗碳层深度确定后，所需渗碳时间根据碳势、渗碳温度等参数来计算确定，渗碳时间的长短在决定零件渗层深度的同时也影响着零件的生产效率和制造成本。因此多用炉渗碳工艺研究的意义即是根据自身生产零件的特点，选择合适的碳势、温度、时间参数并使三者达到一个平衡的状态进行稳定的控制。
（3）淬火：采用淬火油对渗碳后的铝镇静钢材料进行直接淬火；为使渗碳件具有表层高硬度、高耐磨性和心部良好强切性的配合，渗碳件在渗碳后必须进行恰当的淬火和低温回火。生产上应用最多的淬火方法是渗碳后预冷直接淬火，直接淬火的工艺特点是零件在渗碳完成之后降温淬火，常用的淬火介质为淬火油。直接淬火的优点是：渗碳零件表面不易发生脱碳和变形较小、工艺简便、生产周期短和节约零件重新加热的能源。
（4）低温回火：对淬火后的铝镇静钢材料进行低温回火，回火温度为380-450℃，保温时间不少于2小时，低温回火目的是为了改善钢的韧性和稳定零件的尺寸。
下面用具体实施例对本发明进行说明。
实施例1
（1）选材：选取铝镇静钢材料，其化学组成以质量%计含有：0.19%的C、0.04%的Si、0.71%的Mn、0.015%的P、0.010%的S、0.030%的Al，其余为Fe。
（2）渗碳：将铝镇静钢材料放入气氛保护炉中，气氛保护炉中添加有渗碳气氛，设定渗碳碳势为1.15，渗碳时间为2小时，渗碳温度为900℃。
（3）淬火：采用淬火油对渗碳后的铝镇静钢材料进行直接淬火。
（4）低温回火：对淬火后的铝镇静钢材料进行低温回火，回火温度为380℃，保温时间为2小时。
将经过本实施例处理后得到的线材进行渗碳层深度、表面硬度和心部硬度检验，渗碳层深度、表面硬度和心部硬度的检验方法为现有成熟技术，在此对渗碳层深度、表面硬度和心部硬度的检验方法不作详细叙述，检验得到的数据为：渗碳层深度为0.15mm，表面硬度（HV）为450，心部硬度（HV）为290。
实施例2
（1）选材：选取铝镇静钢材料，其化学组成以质量%计含有：0.22%的C、0.09%的Si、0.99%的Mn、0.025%的P、0.020%的S、0.070%的Al，其余为Fe。
（2）渗碳：将铝镇静钢材料放入气氛保护炉中，气氛保护炉中添加有渗碳气氛，设定渗碳碳势为1，渗碳时间为3小时，渗碳温度为950℃。
（3）淬火：采用淬火油对渗碳后的铝镇静钢材料进行直接淬火。
（4）低温回火：对淬火后的铝镇静钢材料进行低温回火，回火温度为450℃，保温时间为3小时。
将经过本实施例处理后得到的线材进行渗碳层深度、表面硬度和心部硬度检验，渗碳层深度、表面硬度和心部硬度的检验方法为现有成熟技术，在此对渗碳层深度、表面硬度和心部硬度的检验方法不作详细叙述，检验得到的数据为：渗碳层深度为0.25mm，表面硬度（HV）为700，心部硬度（HV）为370。
实施例3
（1）选材：选取铝镇静钢材料，其化学组成以质量%计含有：0.21%的C、0.06%的Si、0.86%的Mn、0.020%的P、0.015%的S、0.055%的Al，其余为Fe。
（2）渗碳：将铝镇静钢材料放入气氛保护炉中，气氛保护炉中添加有渗碳气氛，设定渗碳碳势为1.1，渗碳时间为2.5小时，渗碳温度为920℃。
（3）淬火：采用淬火油对渗碳后的铝镇静钢材料进行直接淬火。
（4）低温回火：对淬火后的铝镇静钢材料进行低温回火，回火温度为400℃，保温时间为3.5小时。
将经过本实施例处理后得到的线材进行渗碳层深度、表面硬度和心部硬度检验，渗碳层深度、表面硬度和心部硬度的检验方法为现有成熟技术，在此对渗碳层深度、表面硬度和心部硬度的检验方法不作详细叙述，检验得到的数据为：渗碳层深度为0.21mm，表面硬度（HV）为580，心部硬度（HV）为320。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种超韧性低碳钢螺丝的热处理生产工艺，其特征在于：包括有以下步骤：
（1）选材：选取铝镇静钢材料，其化学组成以质量%计含有：0.19-0.22%的C、0.04-0.09%的Si、0.71-0.99%的Mn、0.015-0.025%的P、0.010-0.020%的S、0.030-0.070%的Al，其余为Fe；
（2）渗碳：将铝镇静钢材料放入气氛保护炉中，气氛保护炉中添加有渗碳气氛，设定渗碳碳势为1-1.15，渗碳时间为2-3小时，渗碳温度为900-950℃；
（3）淬火：采用淬火油对渗碳后的铝镇静钢材料进行直接淬火；
（4）低温回火：对淬火后的铝镇静钢材料进行低温回火，回火温度为380-450℃，保温时间不少于2小时。
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