CN106048195B - 一种减小GCr15薄壁锥环变形的热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种减小GCr15薄壁锥环变形的热处理工艺，属于热处理工艺领域。本发明包括以下步骤：1)将经球化退火后的坯料机加工为薄壁锥环零件；2)装筐；3)前清洗；4)淬火：720±10℃保温20±1min，碳势为0.5±0.025％；780±10℃保温20±1min，碳势为0.5±0.025％；820±10℃保温45～90min，碳势为0.9±0.025％；随后在130±10℃淬火油中进行冷却；5)后清洗；6)回火：回火温度为185±5℃，时间为150±10min。本发明减小了薄壁锥环零件热处理后的变形量，减小了热处理后磨削加工余量，降低了热处理后磨削加工成本，热处理一次合格率达100％。

Description

一种减小GCr15薄壁锥环变形的热处理工艺
技术领域
本发明涉及一种热处理工艺，更具体地说，涉及一种GCr15薄壁锥环的热处理工艺，用于减小GCr15薄壁锥环的热处理变形。
背景技术
图1为一种GCr15薄壁锥环的结构示意图，该薄壁锥环零件应用于微型汽车变速箱轴承，要求具有耐磨和高韧性。目前，对于这种GCr15薄壁锥环的热处理，常规工艺是采用网带炉生产线加热淬火回火，采用此方法处理的GCr15薄壁锥环零件变形大，只能采取预留大量的磨削余量或手工校正，热处理后续加工余量大，机加工成本较高，成品率仅65％左右，部分零件采用手工校正会在应力集中处产生裂纹，给后续生产带来质量隐患。
经检索，针对高碳铬(GCr15)零件的热处理，已有相关技术方案公开。如中国专利号ZL200510062121.X，授权公告日为2007年10月31日，发明创造名称为：高碳铬轴承套圈长寿命热处理工艺，该申请案涉及一种高碳铬轴承套圈表面碳氮共渗处理工艺，将高碳铬轴承套圈在碳势1.0～1.5，氮势2～6％，温度810～830℃的热处理炉中保温1.5～3小时，随后淬火，在150～180℃下回火1.5～4小时。该申请案的热处理工艺可以提高轴承套圈残余奥氏体含量，表面呈残余压应力状态，从而能够延长轴承的使用寿命。
又如中国专利申请号201010255753.9，申请公布日为2011年1月12日，发明创造名称为：GCr15钢制轴承套圈的热处理工艺，该申请案涉及一种GCr15钢制轴承套圈的热处理工艺，包括以下步骤：(1)、对轴承加热至830℃～860℃，保温，控制碳势为0.62～0.71；(2)、在油中进行淬火；(3)、回火，保温，回火温度为205℃±5℃，回火保温时间为180min±10min。该申请案通过回火温度和保温时间的选择以及碳势的控制，在准高温回火的条件下，使经热处理后GCr15钢制轴承套圈在160℃的工作温度下，内外圈滚道尺寸变化量≤0.008mm，硬度≥57HRC，硬度大于高温回火处理的GCr15钢制轴承套圈。
再如中国专利申请号201110356108.0，申请公布日为2012年4月4日，发明创造名称为：高碳铬轴承钢轴承零件的热处理工艺，该申请案涉及一种高碳铬轴承钢轴承零件的热处理工艺，该方法是将GCr15轴承钢零件根据有效厚度加热至805～835℃，每毫米有效厚度保温0.5～1.2分钟后，采用水基淬火介质进行冷却至室温，水基淬火介质冷却后的零件进行180～250℃的回火。该申请案可显著提高特大型套圈的硬度和硬度均匀性。
不难发现，在上述已经公开的技术方案中，其出发点均在于如何提高GCr15轴承套圈的硬度，以延长轴承的使用寿命，却忽视了GCr15薄壁零件在热处理过程中出现的变形问题。由于热处理工艺的不同，GCr15薄壁锥环零件在热处理过程中也会出现不同程度的畸变，而热处理的变形导致薄壁锥环需要预留较大的磨削余量，从而增加了后续机加工的成本，采用手工校正容易在应力集中处产生裂纹，这也是薄壁锥环零件热处理工艺存在的主要缺陷。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有GCr15薄壁锥环热处理存在的上述不足，提供一种减小GCr15薄壁锥环变形的热处理工艺，采用本发明的技术方案，减小了薄壁锥环零件热处理后的变形量，减小了热处理后磨削加工余量，降低了热处理后磨削加工成本，热处理一次合格率达100％。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种减小GCr15薄壁锥环变形的热处理工艺，包括以下步骤：
(1)零件准备：将经球化退火后的GCr15坯料机加工为薄壁锥环零件；
(2)装料筐：将薄壁锥环零件装入料筐中；
(3)前清洗：对装入料筐内的薄壁锥环进行清洗，清除薄壁锥环表面残留污物；
(4)淬火：对前清洗后的薄壁锥环进行淬火处理，具体包括以下步骤：
(4-1)淬火加热：采用阶梯式升温保温加热方式，720±10℃保温20±1min，碳势控制为0.5±0.025％；780±10℃保温20±1min，碳势控制为0.5±0.025％；820±10℃保温45～90min，碳势控制为0.9±0.025％；
(4-2)淬火冷却：在130±10℃淬火油中进行冷却；
(5)后清洗：对淬火后的薄壁锥环进行清洗，清除薄壁锥环表面残留的油迹；
(6)回火：对后清洗后的薄壁锥环进行回火处理，回火温度为185±5℃，时间为150±10min，回火出炉后在空气中冷却。
优选地，步骤(1)中的GCr15坯料的化学成分为：C：0.95～1.05；Mn：0.20～0.40；Si：0.15～0.35；S：≤0.020；P：≤0.027；Cr：1.30～1.65；Mo：≤0.10；Ni：≤0.30；Cu：≤0.25；Ni+Cu：≤0.50。
优选地，步骤(2)中的料筐采用网格状料筐，薄壁锥环零件平整放置于料筐内，且零件与零件之间的间隙为3～5mm；多组料筐层叠在一起，且上层料筐与下层料筐之间的层距为20～30mm。
优选地，步骤(3)和步骤(5)中采用真空碳氢溶剂对薄壁锥环进行清洗。
优选地，步骤(4-1)中采用箱式可控气氛炉对薄壁锥环进行淬火加热；步骤(6)中采用箱式保护气氛回火炉对薄壁锥环进行回火。
优选地，步骤(4-2)中采用闭式冷却塔循环进行淬火冷却，将热淬火油从淬火油槽底部抽出经过闭式冷却塔冷却后从淬火油槽上部返回，保证油槽温度在设定范围内。
进一步优选地，步骤(4-2)中采用等温淬火油，淬火油以180±20转/分钟低速搅拌。
优选地，步骤(5)后清洗结束到步骤(6)回火开始的等待时间小于1h。
优选地，在步骤(6)回火结束后，还包括依次对薄壁锥环进行检验、抛丸、装箱的步骤。
进一步优选地，在抛丸步骤中，采用立式吊挂抛丸机，将薄壁锥环零件逐一挂在抛丸机的挂钩上，使用QP-4钢砂强力抛丸，时间为正向2分钟，反向2分钟
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种减小GCr15薄壁锥环变形的热处理工艺，其减小了薄壁锥环零件热处理后的变形量，减小了热处理后磨削加工余量，磨削加工余量由0.65mm降低到0.25mm，降低了热处理后磨削加工成本，同时工效比原来提高了近2.5倍，热处理一次合格率达100％，无需手工校正；
(2)本发明的一种减小GCr15薄壁锥环变形的热处理工艺，采用网格状专用料筐，薄壁锥环零件加热和冷却均匀，并且不受外力挤压，减小了薄壁锥环的变形；
(3)本发明的一种减小GCr15薄壁锥环变形的热处理工艺，在淬火前对薄壁锥环进行前清洗，清除薄壁锥环表面残留的切削油和铁屑等污物，使薄壁锥环表面达到一定的洁净度，达到淬火后零件表面硬度无软点、外观无杂色的作用；在淬火后对薄壁锥环进行后清洗，将零件淬火后带出的油完全清洗干净，使回火时无烟雾飘散，防止污染大气，并为后续抛丸等工序做准备，防止零件表面的油迹影响后续加工；
(4)本发明的一种减小GCr15薄壁锥环变形的热处理工艺，采用阶梯式升温保温加热方式对薄壁锥环淬火加热，有利于消除加工应力的产生，减小因加热过快而导致的锥环变形；同时在淬火加热过程中增加了定量碳势，确保薄壁锥环在加热时不脱碳不增碳；
(5)本发明的一种减小GCr15薄壁锥环变形的热处理工艺，其在130±10℃淬火油中进行冷却，并采用闭式冷却塔循环进行淬火冷却，将热淬火油从淬火油槽底部抽出经过闭式冷却塔冷却后从淬火油槽上部返回，保证油槽温度在设定范围内，确保薄壁锥环零件均匀冷却，减小零件变形；
(6)本发明的一种减小GCr15薄壁锥环变形的热处理工艺，其后清洗结束到回火开始的等待时间小于1h，及时回火有利于减小锥环变形。
附图说明
图1为本发明中的一种GCr15薄壁锥环的结构示意图；
图2为本发明中的GCr15薄壁锥环的装筐示意图；
图3为本发明中的淬火工艺曲线图(图中碳势范围上下浮动±0.025％)；
图4为本发明中的回火工艺曲线图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例
以某型号Φ136mm×19.5mm薄壁锥环的热处理工艺过程为例，热处理技术要求为：表面硬度为58～62HRC，椭圆度变形≤0.20mm(热处理前的椭圆度变形≤0.10mm)。本实施例的一种减小GCr15薄壁锥环变形的热处理工艺，具体包括以下步骤：
(1)零件准备：将经球化退火后的GCr15坯料机加工为薄壁锥环零件，其中，GCr15坯料的化学成分(GB/T18254-2002)为：C：0.95～1.05；Mn：0.20～0.40；Si：0.15～0.35；S：≤0.020；P：≤0.027；Cr：1.30～1.65；Mo：≤0.10；Ni：≤0.30；Cu：≤0.25；Ni+Cu：≤0.50；GCr15坯料必须进行球化退火，通过球化退火后，可使后续的淬火效果均一，减少淬火变形，提高淬火硬度，改善零件切削性能，提高产品耐磨性。
(2)装料筐：将机加工成型的薄壁锥环零件装入料筐中；如图2所示，料筐采用网格状料筐，薄壁锥环零件平整、无堆叠地放置于料筐内，且零件与零件之间的间隙为3～5mm最佳，薄壁锥环零件的加热和冷却更加均匀；多组料筐层叠在一起，且上层料筐与下层料筐之间的层距为20～30mm最佳，使上下层内的薄壁锥环零件具有20～30mm的间隔，薄壁锥环零件不受外力挤压，减小了薄壁锥环的变形；具体地，每层料筐内可以放置11件薄壁锥环，将11组料筐一层一层地叠放在一起形成一个单元，左右两个单元构成一个热处理批次。
(3)前清洗：对装入料筐内的薄壁锥环进行清洗，清除薄壁锥环表面残留污物；在该步骤中，采用真空碳氢溶剂对薄壁锥环进行清洗，具体可使用中日合资生产的真空碳氢溶剂清洗机，清除薄壁锥环表面残留的机加工切削油和细微铁屑等污物，使薄壁锥环表面达到一定的洁净度，使淬火后零件表面硬度无软点、外观无杂色。
(4)淬火：对前清洗后的薄壁锥环进行淬火处理，淬火工艺曲线图如图3所示，具体包括以下步骤：
(4-1)淬火加热：由于零件在加热过程中，不仅热应力会产生畸变，同时释放内应力也会产生畸变，而加热速度是影响薄壁锥环应力产生的一个重要因素，薄壁锥环各部位的温差越大则应力也就越大，因此在本实施例中采用阶梯式升温保温加热方式，有利于消除加工应力的产生，减小因加热过快而导致的锥环变形，具体地，使用UBE-600箱式可控气氛炉，加热过程采用甲醇气体保护零件，流量控制在2000～2400ml/min，加热到720±10℃保温20±1min，碳势控制为0.5±0.025％；加热到780±10℃保温20±1min，碳势控制为0.5±0.025％；加热到820±10℃保温45～90min，碳势控制为0.9±0.025％；因GCr15含碳量为0.95～1.05％，在加热过程中为防止脱碳，故在此步骤中增加了定量碳势，可向炉内通入3～5升/小时丙烷气体，均温时碳势控制在0.5±0.025％Cp，淬火加热保温时碳势控制在0.9±0.025％Cp，确保了锥环零件在加热时不脱碳不增碳。
(4-2)淬火冷却：在130±10℃淬火油中进行冷却；该步骤中采用BTF-600箱式保护气氛回火炉，淬火油采用等温淬火油，具体采用进口日本出光X型等温淬火油，淬火油以180±20转/分钟低速搅拌，并采用闭式冷却塔循环进行淬火冷却，将热淬火油从淬火油槽底部抽出经过闭式冷却塔冷却后从淬火油槽上部返回，保证油槽温度在设定范围内，确保薄壁锥环零件均匀冷却，减小零件变形；该淬火冷却工艺也是减小薄壁锥环热处理变形的重要环节。
(5)后清洗：对淬火后的薄壁锥环进行清洗，清除薄壁锥环表面残留的油迹；在该步骤中，也采用真空碳氢溶剂对薄壁锥环进行清洗，同样可使用中日合资生产的真空碳氢溶剂清洗机，将零件淬火后带出的油完全清洗干净，使回火时无烟雾飘散，防止污染大气，使得回火后的零件表面无杂色和油斑出现，清洗后的零件表面呈银白色，为后续抛丸等工序做准备，防止零件表面的油迹影响后续加工。
(6)回火：对后清洗后的薄壁锥环进行回火处理，回火工艺曲线图如图4所示，回火温度为185±5℃，时间为150±10min，回火出炉后在空气中冷却；优选地，从步骤(5)后清洗结束到步骤(6)回火开始的等待时间小于1h较佳，及时回火有利于减小锥环变形。
(7)检验：随机选取一件经过热处理后的薄壁锥环进行检验，检验结果如下表：
(8)抛丸：采用立式吊挂抛丸机，将薄壁锥环零件逐一挂在抛丸机的挂钩上，使用QP-4钢砂强力抛丸，时间为正向2分钟，反向2分钟。
(9)装箱：将抛丸结束的薄壁锥环零件用压缩空气吹净表面灰尘后装箱。
采用上述热处理工艺后，减小了薄壁锥环零件热处理后的变形量，减小了热处理后磨削加工余量，磨削加工余量由0.65mm降低到0.25mm，降低了热处理后磨削加工成本，同时工效比原来提高了近2.5倍，热处理一次合格率达100％，无需手工校正。
以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种减小GCr15薄壁锥环变形的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）零件准备：将经球化退火后的GCr15坯料机加工为薄壁锥环零件，GCr15坯料的化学成分为：C：0.95~1.05；Mn：0.20~0.40；Si：0.15~0.35；S：≤0.020；P：≤0.027；Cr：1.30~1.65；Mo：≤0.10；Ni：≤0.30；Cu：≤0.25；Ni+Cu：≤0.50；
（2）装料筐：将薄壁锥环零件装入料筐中，料筐采用网格状料筐；
（3）前清洗：对装入料筐内的薄壁锥环进行清洗，清除薄壁锥环表面残留污物；
（4）淬火：对前清洗后的薄壁锥环进行淬火处理，具体包括以下步骤：
（4-1）淬火加热：采用阶梯式升温保温加热方式，720±10℃保温20±1min，碳势控制为0.5±0.025%；780±10℃保温20±1min，碳势控制为0.5±0.025%；820±10℃保温45~90min，碳势控制为0.9±0.025%；
（4-2）淬火冷却：在130±10℃淬火油中进行冷却，且采用等温淬火油，淬火油以180±20转/分钟低速搅拌；
（5）后清洗：对淬火后的薄壁锥环进行清洗，清除薄壁锥环表面残留的油迹；
（6）回火：对后清洗后的薄壁锥环进行回火处理，回火温度为185±5℃，时间为150±10min，回火出炉后在空气中冷却；步骤（5）后清洗结束到回火开始的等待时间小于1h。
2.根据权利要求1所述的一种减小GCr15薄壁锥环变形的热处理工艺，其特征在于：步骤（2）中的薄壁锥环零件平整放置于料筐内，且零件与零件之间的间隙为3~5mm；多组料筐层叠在一起，且上层料筐与下层料筐之间的层距为20~30mm。
3.根据权利要求1所述的一种减小GCr15薄壁锥环变形的热处理工艺，其特征在于：步骤（3）和步骤（5）中采用真空碳氢溶剂对薄壁锥环进行清洗。
4.根据权利要求1所述的一种减小GCr15薄壁锥环变形的热处理工艺，其特征在于：步骤（4-1）中采用箱式可控气氛炉对薄壁锥环进行淬火加热；步骤（6）中采用箱式保护气氛回火炉对薄壁锥环进行回火。
5.根据权利要求1所述的一种减小GCr15薄壁锥环变形的热处理工艺，其特征在于：步骤（4-2）中采用闭式冷却塔循环进行淬火冷却，将热淬火油从淬火油槽底部抽出经过闭式冷却塔冷却后从淬火油槽上部返回，保证油槽温度在设定范围内。
6.根据权利要求1所述的一种减小GCr15薄壁锥环变形的热处理工艺，其特征在于：在步骤（6）回火结束后，还包括依次对薄壁锥环进行检验、抛丸、装箱的步骤。
7.根据权利要求6所述的一种减小GCr15薄壁锥环变形的热处理工艺，其特征在于：在抛丸步骤中，采用立式吊挂抛丸机，将薄壁锥环零件逐一挂在抛丸机的挂钩上，使用QP-4钢砂强力抛丸，时间为正向2分钟，反向2分钟。
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