CN107858487A - 一种钢质零件的淬火工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢质零件的淬火工艺，包括如下步骤：（1）表面处理、（2）正火处理、（3）淬火处理、（4）回火处理。本发明对钢质零件的淬火处理工艺进行了特殊的改进处理，有效的降低了钢质零件加工过程中出现畸变、开裂等不良现象发生的几率，使得产品的合格率达到99%以上，又能很好的缩减加工处理时长，加工的效率可提高20%左右，且最终加工处理后的零件性能好，质量高，寿命长，极具市场竞争力和推广使用价值。

Description

一种钢质零件的淬火工艺

技术领域

本发明属于热处理技术领域，具体涉及一种钢质零件的淬火工艺。

背景技术

铅锭冷制粒机是铅酸蓄电池生产线上最前端最先进的产品。设备主动力全部采用液压系统，操作流程简单方便，运行状况稳定良好，具备环保、节能、降耗、增效等功能。自投入市场使用以来，社会效益和经济效益显著，深得业内人士一致好评。运行平衡可靠，无噪声，铅锭通过刮板输送，到切片机，通过切片的剪切，把铅锭剪切成规定厚度的铅片，再进行一道工序加工。其中切片机的切片等零件多是由钢材制成，要求其具有良好的硬度和耐磨性，通常对钢材进行淬火处理以达到此工艺目的，而淬火剂是淬火工艺必不可少的物质，之前人们普遍使用矿物淬火油，但其冷速不足，品性固定单一，并在淬火冷却过程中产生浓重的油烟，甚至会引发火灾事故，此外还因淬火油消耗的是不可再生资源，而逐渐被人们停止使用。随着人们对淬火工艺以及淬火剂的深入研究，出现了多种传统矿物淬火油的取代品，其中聚合物淬火剂因其生产成本较低、对于环境保护有利等因素而被大量使用，其中以PAG淬火剂应用最为广泛，占据了半壁江山。虽然PAG淬火剂有多种优异的特性，但仍存在使用缺陷，如淬火剂中PAG的使用量较高，质量分数通常为10~20%，耐温耐老化性能弱，随着使用次数的增加，性能变化下降程度较大等问题。此外，淬火处理的方法也很大程度上决定着淬火的质量，目前多数方式是将钢材直接浸入到淬火剂中淬火处理，方式较为粗犷，未对钢材降温的不同阶段进行合理的控制，导致钢材易出现淬裂的问题发生，有些工艺方法的合格率甚是仅为50%左右，显然不利于企业的健康发展。

发明内容

本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种钢质零件的淬火工艺。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种钢质零件的淬火工艺，包括如下步骤：

（1）表面处理：

a.先用清水对零件表面进行冲洗，完成后晾干备用；

b.用砂纸对操作a处理后的零件表面进行机械打磨处理，完成后用压缩空气吹去表面碎屑后备用；

c.将操作b处理后的零件浸入到化学除油液中，浸泡处理30~40min后取出，用清水再次冲洗后晾干备用；

（2）正火处理：

将步骤（1）处理后的零件放入到加热窑内，然后对加热窑进行加热升温，待加热窑内的温度升至880~900℃后停止加热，在此温度下保温处理2~3h后将零件取出备用；

（3）淬火处理：

a.将步骤（2）处理后的零件放入到淬火剂中，然后对淬火剂进行增压处理，保持零件四周的淬火剂的压力为0.3~0.4MPa，不断浸泡处理至零件的中心温度降至450~550℃；

b.当零件的中心温度降至450~550℃后，继续对淬火剂进行增压处理，保持零件四周的淬火剂的压力增至0.6~0.7MPa，不断浸泡处理至零件的中心温度降至150~200℃；

c.当零件的中心温度降至150~200℃后，停止对淬火剂的增压处理，然后将零件缓慢取出，放入到大气环境下自然降至常温后备用；

（4）回火处理：

对步骤（3）处理后的零件进行回火处理后即可。

进一步的，步骤（1）操作b中所述的机械打磨处理是先用300目砂纸进行打磨，然后用500目砂纸进行打磨，最后用800目砂纸进行打磨。

进一步的，步骤（1）操作c中所述的化学除油液为丙酮。

进一步的，步骤（2）中所述的零件放入到加热窑内前，先将加热窑预热至80~90℃。

进一步的，步骤（2）中所述的加热升温的速率为5~7℃/min。

进一步的，步骤（3）中所述的淬火剂由如下重量百分比的物质组成：3~5%聚烷撑乙二醇、0.1~0.4%二甲基亚砜、1~3%聚乙烯醇、1.5~2.5%聚丙烯酸钠、1~2%甲基丙烯酸甲酯、0.05~0.15%植酸、0.2~1%羧甲基纤维素、0.2~0.4%改性碳化硅，余量为水。

进一步的，所述的改性碳化硅的制备方法包括如下步骤：

a.先将碳化硅浸入到质量分数为8~10%的硝酸溶液中，处理25~30min后取出，然后浸入到质量分数为10~12%的氢氧化钠溶液中，处理30~35min后取出，最后用清水冲洗一遍后备用；

b.将操作a处理后的碳化硅投入到改性液中，加热保持改性液的温度为75~80℃，不断搅拌处理1~2h后滤出，再放入到温度为85~90℃的条件下干燥至恒重后即可；所述的改性液是质量分数为8~11%的硅烷偶联剂水溶液。

进一步的，步骤（4）中所述的回火处理的温度为465~475℃，保温处理的时长为15~20min。

本发明对钢质零件的淬火工艺进行了特殊的改进处理，其中配制了一种特殊的淬火剂，大幅降低了聚烷撑乙二醇的使用量，将其保持在3~5%，同时配合添加了聚乙烯醇和羧甲基纤维素，利用其相互交联、协同的效果，弥补了减少聚烷撑乙二醇用量带来的副作用，三者配合使用较单一的聚烷撑乙二醇具有更好的耐温、抗老化特性，添加的二甲基亚砜的使用有效增强了溶剂对钢材的湿润性能，添加的聚丙烯酸钠和甲基丙烯酸甲酯起到了增黏的作用，提高了淬火剂在钢材表面形成的膜层的质量，有效避免了淬火时因温度下降较快而产生淬裂的现象，添加的改性碳化硅是颗粒直径为纳米级别的物质，其耐温度高，并具有不错的导热特性，能有效的改善淬火剂的整体品质，添加了改性碳化硅的淬火剂在400℃以上的高温区，最大冷却速度为150℃左右，在高温阶段具有很高的冷却速度，改性碳化硅此时表现发挥出了较强的导热能力，利于钢材晶粒的细化，提高了钢质零件的理化特性，在400℃以下的低温区域，最大冷却速度不超过80℃，在低温阶段具有较低的冷却速度，改性碳化硅在此温度下起到了一定的保温作用，降低了工件内部应力过大的问题，防止了工件的开裂；此外在淬火处理过程中，在将零件的中心温度降至450~550℃之间，将淬火剂的压力增至0.3~0.4MPa，可增强改性碳化硅的热量交换能力，进一步提升了降温的速度，改善了钢质零件的品质，在将零件的中心温度从450~550℃降至150~200℃之间，将淬火剂的压力进一步增至0.6~0.7MPa，改善了淬火剂因吸收了大量的热量而出现粘度降低等问题，提升了膜层的质量，同时又能缓解改善钢质零件内部的应力问题，进而改善了零件的品质。

本发明相比现有技术具有以下优点：

本发明对钢质零件的淬火处理工艺进行了特殊的改进处理，有效的降低了钢质零件加工过程中出现畸变、开裂等不良现象发生的几率，使得产品的合格率达到99%以上，又能很好的缩减加工处理时长，加工的效率可提高20%左右，且最终加工处理后的零件性能好，质量高，寿命长，极具市场竞争力和推广使用价值。

具体实施方式

实施例1

一种钢质零件的淬火工艺，包括如下步骤：

（1）表面处理：

a.先用清水对零件表面进行冲洗，完成后晾干备用；

b.用砂纸对操作a处理后的零件表面进行机械打磨处理，完成后用压缩空气吹去表面碎屑后备用；

c.将操作b处理后的零件浸入到化学除油液中，浸泡处理30min后取出，用清水再次冲洗后晾干备用；

（2）正火处理：

将步骤（1）处理后的零件放入到加热窑内，然后对加热窑进行加热升温，待加热窑内的温度升至880℃后停止加热，在此温度下保温处理2h后将零件取出备用；

（3）淬火处理：

a.将步骤（2）处理后的零件放入到淬火剂中，然后对淬火剂进行增压处理，保持零件四周的淬火剂的压力为0.3MPa，不断浸泡处理至零件的中心温度降至450℃；

b.当零件的中心温度降至450℃后，继续对淬火剂进行增压处理，保持零件四周的淬火剂的压力增至0.6MPa，不断浸泡处理至零件的中心温度降至150℃；

c.当零件的中心温度降至150℃后，停止对淬火剂的增压处理，然后将零件缓慢取出，放入到大气环境下自然降至常温后备用；

（4）回火处理：

对步骤（3）处理后的零件进行回火处理后即可。

进一步的，步骤（1）操作b中所述的机械打磨处理是先用300目砂纸进行打磨，然后用500目砂纸进行打磨，最后用800目砂纸进行打磨。

进一步的，步骤（1）操作c中所述的化学除油液为丙酮。

进一步的，步骤（2）中所述的零件放入到加热窑内前，先将加热窑预热至80℃。

进一步的，步骤（2）中所述的加热升温的速率为5℃/min。

进一步的，步骤（3）中所述的淬火剂由如下重量百分比的物质组成：3%聚烷撑乙二醇、0.1%二甲基亚砜、1%聚乙烯醇、1.5%聚丙烯酸钠、1%甲基丙烯酸甲酯、0.05%植酸、0.2%羧甲基纤维素、0.2%改性碳化硅，余量为水。

进一步的，所述的改性碳化硅的制备方法包括如下步骤：

a.先将碳化硅浸入到质量分数为8%的硝酸溶液中，处理25min后取出，然后浸入到质量分数为10%的氢氧化钠溶液中，处理30min后取出，最后用清水冲洗一遍后备用；

b.将操作a处理后的碳化硅投入到改性液中，加热保持改性液的温度为75℃，不断搅拌处理1h后滤出，再放入到温度为85℃的条件下干燥至恒重后即可；所述的改性液是质量分数为8%的硅烷偶联剂水溶液。

进一步的，步骤（4）中所述的回火处理的温度为465℃，保温处理的时长为15min。

实施例2

一种钢质零件的淬火工艺，包括如下步骤：

（1）表面处理：

a.先用清水对零件表面进行冲洗，完成后晾干备用；

b.用砂纸对操作a处理后的零件表面进行机械打磨处理，完成后用压缩空气吹去表面碎屑后备用；

c.将操作b处理后的零件浸入到化学除油液中，浸泡处理35min后取出，用清水再次冲洗后晾干备用；

（2）正火处理：

将步骤（1）处理后的零件放入到加热窑内，然后对加热窑进行加热升温，待加热窑内的温度升至890℃后停止加热，在此温度下保温处理2.5h后将零件取出备用；

（3）淬火处理：

a.将步骤（2）处理后的零件放入到淬火剂中，然后对淬火剂进行增压处理，保持零件四周的淬火剂的压力为0.35MPa，不断浸泡处理至零件的中心温度降至500℃；

b.当零件的中心温度降至500℃后，继续对淬火剂进行增压处理，保持零件四周的淬火剂的压力增至0.65MPa，不断浸泡处理至零件的中心温度降至180℃；

c.当零件的中心温度降至180℃后，停止对淬火剂的增压处理，然后将零件缓慢取出，放入到大气环境下自然降至常温后备用；

（4）回火处理：

对步骤（3）处理后的零件进行回火处理后即可。

进一步的，步骤（1）操作b中所述的机械打磨处理是先用300目砂纸进行打磨，然后用500目砂纸进行打磨，最后用800目砂纸进行打磨。

进一步的，步骤（1）操作c中所述的化学除油液为丙酮。

进一步的，步骤（2）中所述的零件放入到加热窑内前，先将加热窑预热至85℃。

进一步的，步骤（2）中所述的加热升温的速率为6℃/min。

进一步的，步骤（3）中所述的淬火剂由如下重量百分比的物质组成：4%聚烷撑乙二醇、0.3%二甲基亚砜、2%聚乙烯醇、2%聚丙烯酸钠、1.5%甲基丙烯酸甲酯、0.1%植酸、0.6%羧甲基纤维素、0.3%改性碳化硅，余量为水。

进一步的，所述的改性碳化硅的制备方法包括如下步骤：

a.先将碳化硅浸入到质量分数为9%的硝酸溶液中，处理28min后取出，然后浸入到质量分数为11%的氢氧化钠溶液中，处理33min后取出，最后用清水冲洗一遍后备用；

b.将操作a处理后的碳化硅投入到改性液中，加热保持改性液的温度为78℃，不断搅拌处理1.5h后滤出，再放入到温度为88℃的条件下干燥至恒重后即可；所述的改性液是质量分数为10%的硅烷偶联剂水溶液。

进一步的，步骤（4）中所述的回火处理的温度为470℃，保温处理的时长为18min。

实施例3

一种钢质零件的淬火工艺，包括如下步骤：

（1）表面处理：

a.先用清水对零件表面进行冲洗，完成后晾干备用；

b.用砂纸对操作a处理后的零件表面进行机械打磨处理，完成后用压缩空气吹去表面碎屑后备用；

c.将操作b处理后的零件浸入到化学除油液中，浸泡处理40min后取出，用清水再次冲洗后晾干备用；

（2）正火处理：

将步骤（1）处理后的零件放入到加热窑内，然后对加热窑进行加热升温，待加热窑内的温度升至900℃后停止加热，在此温度下保温处理3h后将零件取出备用；

（3）淬火处理：

a.将步骤（2）处理后的零件放入到淬火剂中，然后对淬火剂进行增压处理，保持零件四周的淬火剂的压力为0.4MPa，不断浸泡处理至零件的中心温度降至550℃；

b.当零件的中心温度降至550℃后，继续对淬火剂进行增压处理，保持零件四周的淬火剂的压力增至0.7MPa，不断浸泡处理至零件的中心温度降至200℃；

c.当零件的中心温度降至200℃后，停止对淬火剂的增压处理，然后将零件缓慢取出，放入到大气环境下自然降至常温后备用；

（4）回火处理：

对步骤（3）处理后的零件进行回火处理后即可。

进一步的，步骤（1）操作b中所述的机械打磨处理是先用300目砂纸进行打磨，然后用500目砂纸进行打磨，最后用800目砂纸进行打磨。

进一步的，步骤（1）操作c中所述的化学除油液为丙酮。

进一步的，步骤（2）中所述的零件放入到加热窑内前，先将加热窑预热至90℃。

进一步的，步骤（2）中所述的加热升温的速率为7℃/min。

进一步的，步骤（3）中所述的淬火剂由如下重量百分比的物质组成：5%聚烷撑乙二醇、0.4%二甲基亚砜、3%聚乙烯醇、2.5%聚丙烯酸钠、2%甲基丙烯酸甲酯、0.15%植酸、1%羧甲基纤维素、0.4%改性碳化硅，余量为水。

进一步的，所述的改性碳化硅的制备方法包括如下步骤：

a.先将碳化硅浸入到质量分数为10%的硝酸溶液中，处理30min后取出，然后浸入到质量分数为12%的氢氧化钠溶液中，处理35min后取出，最后用清水冲洗一遍后备用；

b.将操作a处理后的碳化硅投入到改性液中，加热保持改性液的温度为80℃，不断搅拌处理2h后滤出，再放入到温度为90℃的条件下干燥至恒重后即可；所述的改性液是质量分数为11%的硅烷偶联剂水溶液。

进一步的，步骤（4）中所述的回火处理的温度为475℃，保温处理的时长为20min。

对比实施例1

本对比实施例1与实施例2相比，省去步骤（3）淬火处理各操作中的增压处理，除此外的方法步骤均相同。

对比实施例2

本对比实施例2与实施例2相比，省去步骤（3）淬火处理中淬火剂中的改性碳化硅成分，除此外的方法步骤均相同。

对比实施例3

本对比实施例3与实施例2相比，用现有的淬火剂替换步骤（3）淬火处理中的淬火剂，所述现有的淬火剂各组分及其重量百分比为：16%聚烷撑乙二醇、聚乙烯醇 7％、异丙醇胺2.5％、钼酸钠 0.55％、磺酸钙 0.15％、2,4,6-叔丁基对苯二酚 0.3％、氟硅消泡剂0.02％，余量为水；除此外的方法步骤均相同。

对照组

现有常规的钢材淬火热处理工艺。

为了对比本发明效果，选用同一批次45#钢材作为实验对象，分别用上述实施例2、对比实施例1、对比实施例2、对比实施例3、对照组所述的方法进行淬火处理，完成后对各组处理后的钢材进行性能测试，具体对比数据如下表1所示：

表1

	合格率（%）	硬度HRC	回火是否符合要求
				实施例2	99.6	60	符合
对比实施例1	95.2	57	不符合
				对比实施例2	94.4	57	不符合
对比实施例3	93.5	56	不符合
				对照组	91.0	55	符合

由上表1可以看出，本发明处理方法能有效的提升钢质零件的加工合格率以及品质性能，具有很好的推广使用价值。在具体加工过程中发现，实施例2较对照组的加工处理时长缩短了20.6%，有效降低了加工的成。

Claims (8)

1.一种钢质零件的淬火工艺，其特征在于，包括如下步骤：

（1）表面处理：

a.先用清水对零件表面进行冲洗，完成后晾干备用；

b.用砂纸对操作a处理后的零件表面进行机械打磨处理，完成后用压缩空气吹去表面碎屑后备用；

c.将操作b处理后的零件浸入到化学除油液中，浸泡处理30~40min后取出，用清水再次冲洗后晾干备用；

（2）正火处理：

将步骤（1）处理后的零件放入到加热窑内，然后对加热窑进行加热升温，待加热窑内的温度升至880~900℃后停止加热，在此温度下保温处理2~3h后将零件取出备用；

（3）淬火处理：

a.将步骤（2）处理后的零件放入到淬火剂中，然后对淬火剂进行增压处理，保持零件四周的淬火剂的压力为0.3~0.4MPa，不断浸泡处理至零件的中心温度降至450~550℃；

b.当零件的中心温度降至450~550℃后，继续对淬火剂进行增压处理，保持零件四周的淬火剂的压力增至0.6~0.7MPa，不断浸泡处理至零件的中心温度降至150~200℃；

c.当零件的中心温度降至150~200℃后，停止对淬火剂的增压处理，然后将零件缓慢取出，放入到大气环境下自然降至常温后备用；

（4）回火处理：

对步骤（3）处理后的零件进行回火处理后即可。

2.根据权利要求1所述的一种钢质零件的淬火工艺，其特征在于，步骤（1）操作b中所述的机械打磨处理是先用300目砂纸进行打磨，然后用500目砂纸进行打磨，最后用800目砂纸进行打磨。

3.根据权利要求1所述的一种钢质零件的淬火工艺，其特征在于，步骤（1）操作c中所述的化学除油液为丙酮。

4.根据权利要求1所述的一种钢质零件的淬火工艺，其特征在于，步骤（2）中所述的零件放入到加热窑内前，先将加热窑预热至80~90℃。

5.根据权利要求1所述的一种钢质零件的淬火工艺，其特征在于，步骤（2）中所述的加热升温的速率为5~7℃/min。

6.根据权利要求1所述的一种钢质零件的淬火工艺，其特征在于，步骤（3）中所述的淬火剂由如下重量百分比的物质组成：3~5%聚烷撑乙二醇、0.1~0.4%二甲基亚砜、1~3%聚乙烯醇、1.5~2.5%聚丙烯酸钠、1~2%甲基丙烯酸甲酯、0.05~0.15%植酸、0.2~1%羧甲基纤维素、0.2~0.4%改性碳化硅，余量为水。

7.根据权利要求6所述的一种钢质零件的淬火工艺，其特征在于，所述的改性碳化硅的制备方法包括如下步骤：

a.先将碳化硅浸入到质量分数为8~10%的硝酸溶液中，处理25~30min后取出，然后浸入到质量分数为10~12%的氢氧化钠溶液中，处理30~35min后取出，最后用清水冲洗一遍后备用；

b.将操作a处理后的碳化硅投入到改性液中，加热保持改性液的温度为75~80℃，不断搅拌处理1~2h后滤出，再放入到温度为85~90℃的条件下干燥至恒重后即可；所述的改性液是质量分数为8~11%的硅烷偶联剂水溶液。

8.根据权利要求1所述的一种钢质零件的淬火工艺，其特征在于，步骤（4）中所述的回火处理的温度为465~475℃，保温处理的时长为15~20min。