CN107619912A - 余温正火工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种余温正火工艺，其包括锻件微加热、保温、强制冷却、散布空冷和堆冷等步骤。本发明充分利用了锻造余热，保证了能量利用的高效性；减少了保温时间，减短了工艺流程的时间，提高了处理的效率；余温正火工艺处理后的锻件，金相组织细小且均匀分布，保证锻件的硬度在210～280HB，表层脱碳层深度小于0.3mm。

Description

余温正火工艺
技术领域
本发明涉及金属材料热处理技术领域，尤其是涉及一种余温正火工艺。
背景技术
正火，又称常化，是将工件加热至Ac3(Ac是指加热时自由铁素体全部转变为奥氏体的终了温度，一般是从727℃到912℃之间)或Acm(Acm是实际加热中过共析钢完全奥氏体化的临界温度线)以上30～50℃，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。其目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化；正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高；另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。
正火主要用于钢铁工件。一般钢铁正火与退火相似，但冷却速度稍大，组织较细。有些临界冷却速度（见淬火）很小的钢，在空气中冷却就可以使奥氏体转变为马氏体，这种处理不属于正火性质，而称为空冷淬火；与此相反，一些用临界冷却速度较大的钢制作的大截面工件，即使在水中淬火也不能得到马氏体，淬火的效果接近正火。钢正火后的硬度比退火高。正火时不必像退火那样使工件随炉冷却，占用炉子时间短，生产效率高，所以在生产中一般尽可能用正火代替退火。对于含碳量低于0.25%的低碳钢，正火后达到的硬度适中，比退火更便于切削加工，一般均采用正火为切削加工作准备；对含碳量为0.25～0.5%的中碳钢，正火后也可以满足切削加工的要求。对于用这类钢制作的轻载荷零件，正火还可以作为最终热处理。
但是现有技术中的正火工艺都是单独进行，在处理时需将工件加热至Ac3或Acm以上，需要消耗大量的能量，加热至Ac3或Acm以上温度需要消耗较多的时间，而且这样的处理工艺在加热后还需要进行保温60分钟或者更长的时间，延长了工件的加工时间，降低了工件的加工效率。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种能够充分利用锻造余热，消除材料内应力，细化组织，改善工件力学性能的余温正火工艺。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
一种余温正火工艺，包括以下步骤：
a）将经锻造加工后的锻件加热到900～950℃并保温30～60分钟；
b）将经步骤a处理后的锻件在风机吹风下进行连续强制冷却，使锻件温度冷却至550～650℃；
c）将经步骤b处理后的锻件在室温中冷却至200～300℃；
d）将经步骤d处理后的锻件装入料框中进行堆放冷却。
根据锻造工艺的不同，经锻加工后锻件的温度也不尽相同，一般锻加工后锻件温度在850℃以上，对于锻加工后温度在900～950℃范围内的锻件，可以不经加热和保温工艺，直接从步骤b开始余温正火处理，对于那些锻加工后温度低于900℃的锻件则需进行加热处理并保温。步骤b是一个有序的连续强冷过程，以约2℃/s的降温速率进行快速强冷，使锻件内部的金相组织细小均匀。
作为优选，余温正火工艺包括以下步骤：
a）将经锻造加工后的锻件加热到920℃并保温45分钟；
b）将经步骤a处理后的锻件在风机吹风下进行连续强制冷却，使锻件温度冷却至650℃；
c）将经步骤b处理后的锻件在室温中冷却至300℃；
d）将经步骤d处理后的锻件装入料框中进行堆放冷却。
作为优选，步骤b的冷却时间为150～170s。
作为优选，步骤b的冷却时间为160s。
作为优选，风机为轴流风机。
轴流风机主要由叶轮、机壳、电动机等零部件组成，支架采用型钢与机壳风筒连接，结构简单，气体平行于风机轴流动；不同于一般的风机它的电机和风叶都在一个圆筒里，外形就是一个筒形，安装方便，对锻件的冷却效果明显，并且安全安全。
作为优选，步骤b中轴流风机的风速为5～15m/s。
作为优选，步骤a中通过连续式加热炉对锻造加工后的锻件进行加热。
因此，本发明具有以下有益效果：
（1）充分利用了锻造余热，保证了能量利用的高效性；
（2）减少了保温时间，减短了工艺流程的时间，提高了处理的效率；
（3）余温正火工艺处理后的锻件，金相组织细小且均匀分布。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1
a）将经锻造加工后的锻件加热到900℃并保温30分钟；
b）将经步骤a处理后的锻件在风机吹风下进行连续强制冷却，使锻件温度冷却至550℃，冷却时间为150s；
c）将经步骤b处理后的锻件在室温中冷却至200℃；
d）将经步骤d处理后的锻件装入料框中进行堆放冷却。
实施例2
a）将经锻造加工后的锻件加热到930℃并保温40分钟；
b）将经步骤a处理后的锻件在风机吹风下进行连续强制冷却，使锻件温度冷却至600℃，冷却时间为160s；
c）将经步骤b处理后的锻件在室温中冷却至250℃；
d）将经步骤d处理后的锻件装入料框中进行堆放冷却。
实施例3
a）将经锻造加工后的锻件加热到950℃并保温60分钟；
b）将经步骤a处理后的锻件在风机吹风下进行连续强制冷却，使锻件温度冷却至650℃，冷却时间为170s；
c）将经步骤b处理后的锻件在室温中冷却至300℃；
d）将经步骤d处理后的锻件装入料框中进行堆放冷却。
实施例4
a）将经锻造加工后的锻件通过连续式加热炉对锻造加工后的锻件加热到920℃并保温30分钟；
b）将经步骤a处理后的锻件在轴流风机吹风下进行连续强制冷却，使锻件温度冷却至650℃，步骤b的冷却时间为150s，轴流风机的风速为5m/s；
c）将经步骤b处理后的锻件在室温中冷却至270℃；
d）将经步骤d处理后的锻件装入料框中进行堆放冷却。
实施例5
a）将经锻造加工后的锻件通过连续式加热炉对锻造加工后的锻件加热到920℃并保温50分钟；
b）将经步骤a处理后的锻件在轴流风机吹风下进行连续强制冷却，使锻件温度冷却至650℃，步骤b的冷却时间为155s，轴流风机的风速为8m/s；
c）将经步骤b处理后的锻件在室温中冷却至270℃；
d）将经步骤d处理后的锻件装入料框中进行堆放冷却。
实施例6
a）将经锻造加工后的锻件通过连续式加热炉对锻造加工后的锻件加热到920℃并保温60分钟；
b）将经步骤a处理后的锻件在轴流风机吹风下进行连续强制冷却，使锻件温度冷却至650℃，步骤b的冷却时间为170s，轴流风机的风速为15m/s；
c）将经步骤b处理后的锻件在室温中冷却至270℃；
d）将经步骤d处理后的锻件装入料框中进行堆放冷却。
实施例7
a）将经锻造加工后的锻件通过连续式加热炉对锻造加工后的锻件加热到900℃并保温50分钟；
b）将经步骤a处理后的锻件在轴流风机吹风下进行连续强制冷却，使锻件温度冷却至550℃，步骤b的冷却时间为165s，轴流风机的风速为12m/s；
c）将经步骤b处理后的锻件在室温中冷却至200℃；
d）将经步骤d处理后的锻件装入料框中进行堆放冷却。
实施例8
a）将经锻造加工后的锻件通过连续式加热炉对锻造加工后的锻件加热到930℃并保温50分钟；
b）将经步骤a处理后的锻件在轴流风机吹风下进行连续强制冷却，使锻件温度冷却至650℃，步骤b的冷却时间为165s，轴流风机的风速为12m/s；
c）将经步骤b处理后的锻件在室温中冷却至220℃；
d）将经步骤d处理后的锻件装入料框中进行堆放冷却。
实施例9
a）将经锻造加工后的锻件通过连续式加热炉对锻造加工后的锻件加热到950℃并保温50分钟；
b）将经步骤a处理后的锻件在轴流风机吹风下进行连续强制冷却，使锻件温度冷却至650℃，步骤b的冷却时间为165s，轴流风机的风速为12m/s；
c）将经步骤b处理后的锻件在室温中冷却至300℃；
d）将经步骤d处理后的锻件装入料框中进行堆放冷却。
检测方法：
a）按照GB/T13320-2007钢质模锻件金相组织评级图及评定方法中记载的相关方法评定上述实施例处理后的锻件；
b）按照GB/T6394-2002金属平均晶粒度测定方法中记载的相关方法测定上述实施例处理后的锻件；
c）按照GB/T231.1-2002金属布氏硬度试验中的试验方法对上述实施例处理后的锻件进行硬度检测。
测试结果：
锻件所形成的金相组织为细小均匀分布的片状珠光体和铁素体，有少量的魏氏体组织，无索氏体和屈氏体组织；锻造余温正火后，晶粒度可以达到3.5级及以上，表面和芯部组织均不低于3.5级；同时表面脱碳层深度不大于0.3mm；通过锻造余温正火工艺，工件硬度维持在210～280HB范围内，对于采用55＃/40Cr钢的原材料实施以上工艺，硬度在210～250HB范围内，对于采用SAE1055钢的原材料实施以上工艺，硬度在240～280HB范围内，同一工件同一截面不同位置的硬度变动偏差不超过15HB，同一工件内的不同位置的硬度变动偏差不超过25HB，同一型号工件批量硬度变动偏差不超过35HB。

Claims (7)

1.一种余温正火工艺，其特征在于包括以下步骤：
a）将经锻造加工后的锻件加热到900～950℃并保温30～60分钟；
b）将经步骤a处理后的锻件在风机吹风下进行连续强制冷却，使锻件温度冷却至550～650℃；
c）将经步骤b处理后的锻件在室温中冷却至200～300℃；
d）将经步骤d处理后的锻件装入料框中进行堆放冷却。
2.根据权利要求1所述的一种余温正火工艺，其特征在于包括以下步骤：
a）将经锻造加工后的锻件加热到920℃并保温45分钟；
b）将经步骤a处理后的锻件在风机吹风下进行连续强制冷却，使锻件温度冷却至650℃；
c）将经步骤b处理后的锻件在室温中冷却至300℃；
d）将经步骤d处理后的锻件装入料框中进行堆放冷却。
3.根据权利要求1或2所述的一种余温正火工艺，其特征在于：所述步骤b的冷却时间为150～170s。
4.根据权利要求3所述的一种余温正火工艺，其特征在于：所述步骤b的冷却时间为160s。
5.根据权利要求1或2所述的一种余温正火工艺，其特征在于：所述的风机为轴流风机。
6.根据权利要求5所述的一种余温正火工艺，其特征在于：所述步骤b中轴流风机的风速为5～15m/s。
7.根据权利要求1或2所述的一种余温正火工艺，其特征在于：所述步骤a中通过连续式加热炉对锻造加工后的锻件进行加热。
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