CN106521106A - 一种提高锻件锻后机械性能的热处理工艺 - Google Patents

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刘殿山
刘少斌
沈元国
陈晓亮
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Abstract

本发明提供了一种提高锻件机械性能的锻后微水冷热处理工艺，具体工艺步骤如下：将单面余量为10‑30mm的精锻后的毛坯在热处理炉内加热至Ac3温度以上30‑80℃并保温进行奥氏体化，保温结束后，出炉空冷3‑10min，毛坯整体入水冷却10s‑3min后再空冷1‑10min，重复进行入水冷却10s‑3min后再空冷1‑10min，直至表面温度为500‑650℃，然后空冷至表面温度300‑400℃，然后装炉于550‑650℃进行回火处理。采用本发明的优点是：锻造采用精锻，毛坯外形尺寸接近于成品尺寸，加工量小，钢材利用率高；锻件正火时通过反复微水冷提高了锻件的机械性能，操作简单，冷却效果均匀，成本低。

Description

一种提高锻件锻后机械性能的热处理工艺
技术领域
本发明属于锻件制造技术领域，具体涉及一种提高锻件锻后机械性能的热处理工艺。
背景技术
通常将正火后即满足使用要求的钢称为非调质钢，非调质钢是一种节能型钢材。非调质钢锻件在锻造毛坯成型后进行锻后热处理直接加工使用，不仅节约了调质钢后续调质热处理消耗的能源，而且节省后续热处理变形余量，提高了钢材的利用率。 由于无后续调质热处理工序，与调质钢相比其强度、韧性均比较低。如何使非调质钢锻件锻后机械性能提高到调质钢的水平，具有重要的经济意义和社会效益。
通常通过调整钢的化学成分，在钢中添加微合金元素（如V、Nb、Ti等），在铁素体和珠光体中弥散析出碳（氮）化合物为强化相，从而提高机械性能。但由于加入微合金元素，这也会造成生产成本的提高。通过改善锻后热处理中正火时的冷却效果，也可以提高钢的机械性能。传统的锻后热处理工艺中正火时采用空冷、风冷、雾冷等冷却方式，风冷、雾冷在一定程度上加强了冷却效果，但对于大型锻件而言，工件尺寸大，内部蓄热量大，正火时即使风冷、雾冷，冷速仍然是相当缓慢，工件内部珠光体组织较粗，机械性能依然较低，并且大型锻件采用风机风冷、雾冷，操作难度大，表面冷却均匀性较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高非调质钢锻件锻后机械性能的热处理工艺，以解决非调质钢锻件锻后热处理后机械性能低，风冷、雾冷表面冷却均匀性较差的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
材质为含C≤0.5%的碳钢、碳锰钢或低合金钢任一种的非调质钢锻件毛坯，锻后热处理时进行微水冷，具体工艺步骤如下：（1）将非调质钢钢锭进行锻造，锻造采用精锻，毛坯单面余量为10-30mm，外形尺寸接近于成品尺寸，锻造后毛坯在热处理炉内加热至Ac3温度以上30-80℃并保温进行充分奥氏体化；（2）锻件出炉空冷3-10min，毛坯整体入水冷却10s-3min后再空冷1-10min，如此重复进行水冷、空冷，直至表面温度为500-650℃，然后空冷至表面温度300-400℃；（3）锻件在550-650℃进行回火处理。
本发明的优点是：锻造采用精锻，毛坯余量小且均匀，外形尺寸接近于成品尺寸，加工量小，钢材利用率高；锻件正火时通过微水冷，锻件内部温度得到快速降低，使锻件得到细片状珠光体和均匀分布的铁素体，从而提高了锻件的机械性能，操作简单，冷却效果均匀，成本低。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例来进一步说明。
实施例1 碳钢的锻后热处理
材质为45#，直径φ600的锻件毛坯锻后热处理时进行微水冷，具体工艺步骤如下：
（1）将单面余量为20mm的锻件毛坯在热处理炉内加热至850℃，然后保温10h，进行充分奥氏体化；
（2）锻件出炉空冷5min，水冷30s，空冷1min，水冷30s，空冷2min，水冷30s，空冷3min，水冷30s，测量锻件表面温度为580℃，然后空冷至表面温度350-400℃；
（3）最后锻件毛坯在热处理炉内加热至600℃，保温18h后炉冷至250℃出炉。
锻件的力学性能检验数据如表 1 所示，力学性能全部满足要求。
表 1 力学性能
对比实施例1
材质为45#，直径φ600的锻件毛坯锻后热处理时进行风冷，具体工艺步骤如下：
（1）将单面余量为20mm的锻件毛坯在热处理炉内加热至850℃，然后保温10h，进行充分奥氏体化；
（2）锻件出炉风机风冷至表面温度350-400℃，风机每2m放置一个，冷却过程中锻件每20min翻转一次；
（3）最后锻件毛坯在热处理炉内加热至600℃，保温18h后炉冷至250℃出炉。
表 2 对比实施例 1 的力学性能
对比实施例2
材质为45#，直径φ600的锻件毛坯锻后热处理时进行雾冷，具体工艺步骤如下：
（1）将单面余量为20mm的锻件毛坯在热处理炉内加热至850℃，然后保温10h，进行充分奥氏体化；
（2）锻件出炉雾冷至表面温度350-400℃，喷雾装置每2m放置一个，冷却过程中锻件每20min翻转一次；
（3）最后锻件毛坯在热处理炉内加热至600℃，保温18h后炉冷至250℃出炉。
表 3 对比实施例2 的力学性能
实施例2 低合金钢的锻后热处理
材质为14Cr1Mo，直径φ400的锻件毛坯锻后热处理时进行微水冷，具体工艺步骤如下：
（1）将单面余量为15mm的锻件毛坯在热处理炉内加热至910℃，然后保温8h，进行充分奥氏体化；
（2）锻件出炉空冷4min，水冷2min，空冷1min，水冷1.5min，空冷2min，水冷1.5min，测量锻件表面温度为520℃，然后空冷至表面温度300-350℃；
（3）最后锻件毛坯在热处理炉内加热至630℃，保温12h后炉冷至250℃出炉。
锻件的力学性能检验数据如表 4 所示，力学性能全部满足要求。
表 4 力学性能
对比实施例3
材质为14Cr1Mo，直径φ400的锻件毛坯锻后热处理时进行风冷，具体工艺步骤如下：
（1）将单面余量为15mm的锻件毛坯在热处理炉内加热至910℃，然后保温8h，进行充分奥氏体化；
（2）锻件出炉风机风冷至表面温度300-350℃，风机每2m放置一个，冷却过程中锻件每15min翻转一次；
（3）最后锻件毛坯在热处理炉内加热至630℃，保温12h后炉冷至250℃出炉。
表 5 对比实施例 3 的力学性能
对比实施例4
材质为14Cr1Mo，直径φ400的锻件毛坯锻后热处理时进行雾冷，具体工艺步骤如下：
（1）将单面余量为15mm的锻件毛坯在热处理炉内加热至910℃，然后保温8h，进行充分奥氏体化；
（2）锻件出炉雾冷至表面温度300-350℃，喷雾装置每2m放置一个，冷却过程中锻件每15min翻转一次；
（3）最后锻件毛坯在热处理炉内加热至630℃，保温18h后炉冷至250℃出炉。
表6 对比实施例4 的力学性能

Claims (3)

1.一种提高锻件锻后机械性能的热处理工艺，其特征在于：具体工艺步骤如下，
（1）将工件进行锻造，锻造后毛坯在热处理炉内加热至Ac3温度以上30-80℃并保温进行充分奥氏体化；
（2）锻件出炉空冷3-10min，毛坯整体入水冷却10s-3min后再空冷1-10min，如此重复进行水冷、空冷，直至表面温度为500-650℃，然后空冷至表面温度300-400℃；
（3）锻件在550-650℃的条件下进行回火处理。
2.根据权利要求1所述的一种提高锻件锻后机械性能的热处理工艺，其特征在于：工件材质为非调质钢，具体成分范围为C≤0.5%的碳钢、碳锰钢或低合金钢的任一种。
3.根据权利要求1所述的一种提高锻件锻后机械性能的热处理工艺，其特征在于：工件锻造采用精锻，毛坯单面余量10-30mm。
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