CN109321718A - 一种大型薄壁件的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种大型薄壁件的热处理方法，在大型高强钢薄壁制件成形阶段退火加热中采用钢铁加热防氧化保护剂，在淬火加热中采用热处理涂料保护，保护剂加入炉膛内，经高温迅速汽化，与制件表面的Fe元素反应形成一层保护膜，可以有效隔绝氧原子的氧化作用。制件在冷却过程中，由于保护膜和制件本体材料的热膨胀系数不同，表面膜层在冷却过程会自动剥落。擦除残留膜层后，制件表面呈淡黄色或者紫色，触摸手感光滑，局部小面积会偶发轻微氧化现象。人工仅需3分钟稍作处理即可满足要求。经本发明处理的工件性能满足QJ2142‑91《超高强度钢的热处理》的规定，工件表面脱碳层满足QJ2142‑91《超高强度钢的热处理》的指标。

Description

一种大型薄壁件的热处理方法
技术领域
本发明涉及金属热处理加工行业，具体是在空气加热炉中实现高强钢少无氧化脱碳的热处理方法。
背景技术
大型薄壁高强钢制件热处理一直是困扰航空、航天等制造行业的难题，高强钢在空气介质中加热材料表面会产生氧化脱碳，损坏制件表面的质量，造成材料淬火后表面硬度和材料强度的降低，使表面产生张应力，降低制品的使用性能，对于薄壁件影响尤其严重。对于小型件采用真空热处理、气氛保护热处理、盐浴热处理等热处理方法可得到解决，但对于大型薄壁件上述热处理设备投资过大，难以实现。
目前国内在大型薄壁高强钢件热处理上常用的方法为热处理涂层保护，涂层保护在淬火过程使用较多，但在制件成形过程低温退火(加热低于材料Ac1)阶段不采取保护措施，退火后，制件表面被氧化，后续涂覆热处理保护涂料前难以得到清除，制件淬火时，油淬难以使涂层剥落，影响制件表面质量。
为减少壳体热处理氧化脱碳，在壳体淬火加热时采用了3#热处理涂料保护，涂装前，需要人工用砂纸打磨壳体成形阶段退火表面产生的氧化物，不仅工作强度大，而且壳体表面氧化皮难以清除干净，淬火加热经油淬后，壳体表面的保护涂层不能全部剥落，残留涂层硬度大，与基体结合牢固，清理难度大，严重地制约着发动机薄壁壳体的加工质量。
为提高退火后制件表面质量，现有技术中采用氮气或者采用热处理涂层保护退火，该方法存在以下问题：
1)使用氮气保护退火只能减轻退火过程的金属氧化，生产成本高。
2)使用涂层保护退火，退火前需要涂覆涂料，退火后又要清理涂层，劳动强度大，生产成本高。
发明内容
为克服现有技术中存在的氮气保护退火只能减轻退火过程的金属氧化、生产成本高的不足，本发明提出了一种大型薄壁件的热处理方法
本发明的具体过程是：
步骤1：确定热处理制度：
步骤2：确定钢铁加热防氧化保护剂的加入量
通过公式(1)确定钢铁加热防氧化保护剂加注量：
V＝KV炉腔 (1)
其中V是钢铁加热防氧化保护剂加注量，单位为L；V炉膛是炉腔的容积，单位为m3；K是系数，K＝(0.2～0.3)L·m-3。
在确定钢铁加热防氧化保护剂的加入量时，若采用箱式加热炉，钢铁加热防氧化保护剂加入量K取下限值；若采用井式加热炉或台车式加热炉，钢铁加热防氧化保护剂加入量K取上限值。
步骤3：确定钢铁加热防氧化保护剂加注方法：
所述的钢铁加热防氧化保护剂加注方法分为注入法和投入法。
当采用注入法向该热处理炉内加入钢铁加热防氧化保护剂时，在炉体下端安装一根钢铁加热防氧化保护剂加注管，该钢铁加热防氧化保护剂加注管的一端穿过炉壁进入炉腔，并使该钢铁加热防氧化保护剂加注管的出口端位于炉底板中心的上方。当工件入炉后，即刻向炉底部注入保护剂。
当采用投入法向该热处理炉内加入钢铁加热防氧化保护剂时，将钢铁加热防氧化保护剂用纸袋盛装并悬挂在吊具上。使用立式炉时，钢铁加热防氧化保护剂袋同悬挂在吊具上的工件一同入炉。在高温下纸袋会立即燃烧，保护剂迅速蒸发。
步骤4，工件退火。
具体过程是：
将加热炉空炉加热至600～700℃。将悬挂在吊具上的工件置于该加热炉内，同时将确定加注量的保护剂采用注入法或投入法加入到该加热炉内。继续对该加热炉加热至600～700℃并保持该温度70～90min。保温结束后，出炉空冷至室温。工件表面膜层在冷却过程中自动剥落。擦除残留膜层后，制件表面呈淡黄色或者紫色，表面光滑，局部小面积有轻微氧化现象。
步骤5，涂覆热处理保护涂料。
擦除工件表面的残留保护膜，清除氧化皮，并砂纸打磨除锈3min。按HB标准在工件表面涂覆3#热处理保护涂料。
淬火的具体过程是：将工件置于淬火炉中。将该淬火炉加热至900～950℃后保温，时间为30～60min。保温结束后，油冷至室温。
回火的具体过程是：将工件置于回火炉中。将该淬火炉加热至200～350℃后保温时间为100～200min。保温结束后，空冷至室温。
步骤6，工件淬火+回火
按照热处理制度对工件进行淬火+回火，工件经900～950℃加热和油淬，保护涂层全部剥落。得到经过淬火+回火的工件。该工件表面光滑，呈淡黄色或者紫色。
本发明提出在大型高强钢薄壁制件成形阶段退火加热采用钢铁加热防氧化保护剂,在淬火加热采用热处理涂料保护的热处理方法。
所述的钢铁加热防氧化保护剂是一种专为减少或防止钢铁制件在空气介质炉中加热防氧化的一种热处理工艺材料，这种工艺材料有粉末和溶液二种形态，目前国内已存在溶液态保护剂，其主要应用于淬火加热过程，由于使用效果不佳，一直难以推广。
某产品原热处理过程未加注保护剂，后续氧化皮多，清理困难，人工砂轮打磨氧化皮用时约2小时，清理不干净。
在本发明实施中，经保护剂退火保护的制件，保护剂加入炉膛内，经高温迅速汽化，与制件表面的Fe元素反应形成一层保护膜，可以有效隔绝氧原子的氧化作用。制件在冷却过程中，由于保护膜和制件本体材料的热膨胀系数不同，表面膜层在冷却过程会自动剥落。擦除残留膜层后，制件表面呈淡黄色或者紫色，触摸手感光滑，局部小面积会偶发轻微氧化现象。人工仅需3分钟稍作处理即可满足要求。
涂覆热处理保护涂层进行淬火，经油淬后，涂层全部剥落；经回火处理后，工件满足QJ2142-91《超高强度钢的热处理》规定的性能要求。工件表面脱碳层达到QJ2142-91《超高强度钢的热处理》要求的指标。
说明书附图
图1是钢铁加热防氧化保护剂注入法的示意图；
图2是钢铁加热防氧化保护剂投入法的示意图；
图3是本发明的流程图。
具体实施方式
本实施例是用于某产品燃烧室壳体的热处理，所述热处理工件的材质为超高强度钢。
本实施例的具体过程是：
步骤1：确定热处理制度：
根据QJ2142-91《超高强度钢的热处理》规范要求，确定热处理制度如下：退火温度为600～700℃，保温时间为70～90分钟，空冷；
涂覆3#热处理保护涂料；
淬火温度为900～950℃，保温时间为30～60分钟，油冷；
回火温度为200～350℃，保温时间为100～200分钟，空冷。
步骤2：确定钢铁加热防氧化保护剂的加入量
通过公式(1)确定钢铁加热防氧化保护剂加注量：
V＝KV炉腔 (1)
其中V是钢铁加热防氧化保护剂加注量，单位为L；V炉膛是炉腔的容积，单位为m3；K是系数，K＝(0.2～0.3)L·m-3。K的具体取值根据炉膛密封性确定，当采用箱式加热炉时，K取下限值；当采用井式加热炉或台车式加热炉时，K取上限值。
本实施例中，采用井式加热炉，故K取值为0.3L·m-3，该井式加热炉的V炉膛为15.7m3，计算出V为4.71L。
步骤3：确定钢铁加热防氧化保护剂加注方法：
所述的钢铁加热防氧化保护剂加注方法有两种，即通过加注管将钢铁加热防氧化保护剂注入加热炉炉腔5内的注入法，和通过纸袋将钢铁加热防氧化保护剂投入加热炉炉腔内的投入法。
所述的加热炉为立式炉，吊具2位于该加热炉内并吊装在炉盖1的中央。对工件4进行热处理时，将该工件吊挂在吊具的的下方。
当采用注入法向该热处理炉内加入保护剂时，在炉体下端安装一根钢铁加热防氧化保护剂加注管3，该保护剂加注管的一端穿过炉壁6进入炉腔5，并使该保护剂加注管的出口端位于炉底板7中心的上方。当工件4入炉后，即刻向炉底部注入钢铁加热防氧化保护剂。
当采用投入法向该热处理炉内加入保护剂时，将钢铁加热防氧化保护剂用纸袋盛装并悬挂在吊具2上。使用立式炉时，钢铁加热防氧化保护剂袋同悬挂在吊具上的工件一同入炉。在高温下纸袋会立即燃烧，钢铁加热防氧化保护剂迅速蒸发。所述纸袋是采用市场常见的隔水纸袋，如牛奶或饮料的纸包装袋，区别在于规格的不同。
本实施例中采用第二种加注方法。将钢铁加热防氧化保护剂用纸袋盛装，吊挂到吊具上，随工件一起入炉。
步骤4，工件退火。
采用常规的热处理方法，按设定的工艺要求进行热处理。
具体过程是：
所述加热炉空炉加热至600～700℃。将用纸袋盛装的保护剂吊挂到吊具上，随工件一起入炉。炉门闭合后，纸袋在高温下很快就会燃烧落到炉底，有白色烟雾从炉盖缝隙溢出。对加热炉加热至600～700℃并保持该温度70～90min。保温结束后，出炉空冷至室温。工件表面膜层在冷却过程中自动剥落。擦除残留膜层后，制件表面呈淡黄色或者紫色，触摸手感光滑，局部小面积有轻微氧化现象。
步骤5，清除氧化皮，涂覆3#热处理保护涂料。
擦除壳体表面的残留保护膜，砂纸打磨除锈3min，即可满足要求。根据工艺要求，采用常规的方法，按HB/Z64-1981《3号保护涂料热处理工艺》涂覆3#热处理保护涂料。
步骤6，工件淬火加回火
按照热处理制度对工件进行淬火加回火，经900～950℃加热和油淬，保护涂层全部剥落。
淬火的具体过程是：将工件置于淬火炉中。将该淬火炉加热至900～950℃后保温时间为30～60min。保温结束后，油冷至室温。
回火的具体过程是：将工件置于回火炉中。将该淬火炉加热至200～350℃后保温时间为100～200min。保温结束后，空冷至室温。
得到经过淬火加回火的工件。所述制件表面膜层在冷却过程会自动剥落。擦除残留膜层后，制件表面呈淡黄色或者紫色，触摸手感光滑，局部小面积会偶发轻微氧化现象。人工仅需3分钟稍作处理即可满足要求。

Claims (4)

1.一种大型薄壁件的热处理方法，其特征在于，具体过程是：
步骤1：确定热处理制度；
步骤2：确定保护剂的加入量：
通过公式(1)确定保护剂加注量：
V＝KV炉腔 (1)
其中V是保护剂加注量，单位为L；V炉膛是炉腔的容积，单位为m3；K是系数，K＝(0.2～0.3)L·m-3；
步骤3：确定钢铁加热防氧化保护剂加注方法：
所述的钢铁加热防氧化保护剂加注方法分为注入法和投入法；
步骤4，工件退火：
具体过程是：
将加热炉空炉加热至600～700℃；将悬挂在吊具上的工件置于该加热炉内，同时将确定加注量的保护剂采用注入法或投入法加入到该加热炉内；继续对该加热炉加热至600～700℃并保持该温度70～90min；保温结束后，出炉空冷至室温；工件表面膜层在冷却过程中自动剥落；擦除残留膜层后，制件表面呈淡黄色或者紫色，表面光滑，局部小面积有轻微氧化现象；
步骤5，涂覆热处理保护涂料：
擦除工件表面的残留保护膜，清除氧化皮，并砂纸打磨除锈3min；按HB标准在工件表面涂覆3#热处理保护涂料；
步骤6，工件淬火+回火：
按照热处理制度对工件进行淬火+回火，工件经900～950℃加热和油淬，保护涂层全部剥落；得到经过淬火+回火的工件；该工件表面光滑，呈淡黄色或者紫色。
2.如权利要求1所述大型薄壁件的热处理方法，其特征在于，在确定保护剂的加入量时，当采用箱式加热炉时，保护剂加入量K取下限值；当采用井式加热炉或台车式加热炉时，保护剂加入量K取上限值。
3.如权利要求1所述大型薄壁件的热处理方法，其特征在于：
当采用注入法向该热处理炉内加入钢铁加热防氧化保护剂时，在炉体下端安装一根钢铁加热防氧化保护剂加注管，该钢铁加热防氧化保护剂加注管的一端穿过炉壁进入炉腔，并使该钢铁加热防氧化保护剂加注管的出口端位于炉底板中心的上方；当工件入炉后，即刻向炉底部注入钢铁加热防氧化保护剂；
当采用投入法向该热处理炉内加入钢铁加热防氧化保护剂时，将钢铁加热防氧化保护剂用纸袋盛装并悬挂在吊具上；使用立式炉时，钢铁加热防氧化保护剂袋同悬挂在吊具上的工件一同入炉；在高温下纸袋会立即燃烧，钢铁加热防氧化保护剂迅速蒸发。
4.如权利要求1所述大型薄壁件的热处理方法，其特征在于：步骤5中：
淬火的具体过程是：将工件置于淬火炉中；将该淬火炉加热至900～950℃后保温，时间为30～60min；保温结束后，油冷至室温；
回火的具体过程是：将工件置于回火炉中；将该淬火炉加热至200～350℃后保温时间为100～200min；保温结束后，空冷至室温。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115505701A (zh) * 2022-09-28 2022-12-23 江苏金色工业炉股份有限公司 一种环保型薄壁长杆件精准淬火自动化热处理生产线

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101643827A (zh) * 2009-08-21 2010-02-10 国营江北机械厂 边条翼调质变形控制方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101643827A (zh) * 2009-08-21 2010-02-10 国营江北机械厂 边条翼调质变形控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
潘明等: "热处理防氧化简易方法", 《金属加工（热加工）》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115505701A (zh) * 2022-09-28 2022-12-23 江苏金色工业炉股份有限公司 一种环保型薄壁长杆件精准淬火自动化热处理生产线

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