CN111519007A - 一种紧固件热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种紧固件热处理工艺，包括在真空炉内对紧固件进行加热、在渗碳炉内对紧固件进行保温渗碳、在真空炉内对紧固件进行淬火、高温回火和低温回火处理后再进行喷丸处理。采用本发明的技术方案，在对紧固件进行热处理的过程中，通过测温枪和感应热电偶对各种加热装置的温度进行测量，对紧固件的加热速度和冷却速度进行严格控制，使其表层与心部的温差减小，尽量减少工件内部产生的热应力，在经过上述热处理工序后又通过喷丸处理使其内部残余应力进一步彻底释放，提升了紧固件的疲劳强度，延长了其使用寿命；另外，加热、渗碳、淬火、高温回火和低温回火均在真空炉内进行，能够避免紧固件表面被氧化，有效提升了热处理工艺质量。

Description

一种紧固件热处理工艺
技术领域
本发明属于紧固件热处理技术领域，尤其涉及一种紧固件热处理工艺。
背景技术
紧固件是将两个或两个以上零件或构件紧固连接成为整体时所采用的一类机械零件的总称。在各种机械、设备、车辆、船舶、铁路、桥梁、建筑、结构、工具、仪器、化工、仪表等用品上，可以看到各式各样的紧固件，当上述设备或装置在运行时，其中的运动部件所产生的各种拉压、剪切、扭转、弯曲、冲击载荷等作用力均会传递至紧固件上，紧固件承受着各种载荷，目前国产紧固件的使用寿命较短，而一些紧固件的工作环境十分恶劣，对紧固件的性能要求较高，紧固件在热处理过程的好坏直接对紧固件的性能产生影响，现有技术中，根据紧固件材质的不同，所采用的热处理工艺也相应不同，但是，绝大多数热处理工艺均只注重提升紧固件的硬度和耐磨性，而忽略了在热处理工艺过程中材料内部产生的热处理应力，当紧固件在加热和冷却过程中，由于其表层和心部的冷却速度和时间不一致形成温差，就会使其表层与心部的体积膨胀或收缩产生不一致从而产生热应力，热应力对工件的疲劳强度和使用性能影响很大，容易使紧固件在使用过程中出现过早失效的现象。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种紧固件热处理工艺。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种紧固件热处理工艺，包括以下步骤：
步骤一：加热阶段：将紧固件放入真空炉以内加热，并用测温枪和感应热电偶对真空炉以内进行测温，使真空炉以内温度以15～25℃/min的速度上升，当紧固件加热至900～950℃时，进行下一步；
步骤二：渗碳阶段：将步骤一中经过加热阶段处理后的紧固件转移至渗碳炉以内，同时向渗碳炉以内充入保护气体，并且加入渗碳剂，对紧固件进行保温渗碳处理，控制渗碳炉内温度为900～950℃，控制碳势为1.1～1.5％C，并且对紧固件保温2～4h，随后使渗碳炉以内温度以10～20℃/min的速度降低至800～850℃，再对紧固件保温15～30min后从所述渗碳炉中取出，经过油冷冷却至60～90℃；
步骤三：淬火阶段：将步骤二中经过渗碳阶段处理后的紧固件放入真空炉以内加热，并用测温枪和感应热电偶对真空炉以内进行测温，使真空炉以内温度以10～20℃/min的速度上升至1100℃以上之后保温1.5～2h，然后对紧固件进行真空油淬之后从真空炉内取出，使其自然冷却至20℃以下；
步骤四：高温回火阶段：将步骤三中经过淬火阶段处理后的紧固件放入真空炉以内加热，并用测温枪和感应热电偶对真空炉以内进行测温，使真空炉以内温度以5～10℃/min的速度上升至450～600℃后保温2.5～3.5h，再使真空炉以内温度使真空炉以内温度以3～14℃/min的速度降低至450℃时将紧固件取出，使其自然冷却至20℃以下；
步骤五：低温回火阶段：将步骤四中经过高温回火阶段处理后的紧固件放入真空炉内加热，并用测温枪和感应热电偶对真空炉以内进行测温，使真空炉以内温度以5～10℃/min的速度上升至140～160℃时保温2h，然后将其取出自然冷却至20℃以下；
步骤六：喷丸处理：对经过步骤五处理后的紧固件进行喷丸处理，弹丸为铸钢钢丸，弹丸直径0.5-1.0mm，密度为5500kg/m3,喷射速度为150-250m/s，喷射角度30°-75°，消除紧固件表层的残余应力，抑制紧固件表层疲劳裂纹的产生，工艺结束。
步骤二中所述保护气体为氮气。
步骤二中所述渗碳剂为丙酮或丁烷。
步骤二中所述控制碳势是指利用红外线或氧探头控制碳势。
所述紧固件热处理工艺还包括以下步骤：
在进行步骤一之前，对紧固件表面进行清洗，去除油渍污物，然后晾干。
所述紧固件热处理工艺还包括以下步骤：
在进行步骤二的过程中，当向所述渗碳炉内充入保护气体后，控制渗碳炉内压力为500～2000Pa。
步骤三中所述对紧固件进行真空油淬所采用的淬火介质为真空淬火油。
所述紧固件热处理工艺还包括以下步骤：
在进行步骤三之前，重复步骤二至少两次。
所述紧固件的材质是牌号为20MnMoB的合金钢。
本发明的有益效果在于：采用本发明的技术方案，在对紧固件进行热处理的过程中，通过测温枪和感应热电偶对各种加热装置的温度进行测量，进而对紧固件的加热速度和冷却速度进行严格的控制，使其表层与心部的温差减小，尽量减少工件内部产生的热应力，在经过加热、渗碳、淬火、高温回火和低温回火处理后又通过喷丸处理使其内部残余应力进一步彻底释放，提升了紧固件的疲劳强度，延长了其使用寿命；另外，在对紧固件进行渗碳、淬火、高温回火和低温回火处理的过程中，始终使紧固件在真空炉内进行加热，避免空气中存在的活性物质对紧固件的热处理过程产生影响，又通过在渗碳过程中加入保护气体，避免紧固件内部被氧化，能够有效提升紧固件热处理工艺质量，此外，采用丙酮或丁烷作为渗碳剂，安全性更高，且能够显著提高渗碳层的厚度，使制备的紧固件在其表面形成的渗碳层组织厚度可达1.2-1.6mm，表面层含碳量达到0.77-0.83％，表面硬度达到54-58HRC，部硬度达到38-45HRC，显著提高了紧固件的疲劳寿命、耐磨性能、表面硬度、心部硬度等关键技术指标，使紧固件的金相组织得到显著改善，紧固件预期使用寿命得到显著提高。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1所示，本发明的一种紧固件热处理工艺，包括以下步骤：
步骤一：加热阶段：将紧固件放入真空炉以内加热，并用测温枪和感应热电偶对真空炉以内进行测温，使真空炉以内温度以15～25℃/min的速度上升，当紧固件加热至900～950℃时，进行下一步；进一步地，优选所述紧固件的材质是牌号为20MnMoB的合金钢。
步骤二：渗碳阶段：将步骤一中经过加热阶段处理后的紧固件转移至渗碳炉以内，同时向渗碳炉以内充入保护气体，并且加入渗碳剂，对紧固件进行保温渗碳处理，控制渗碳炉内温度为900～950℃，控制碳势为1.1～1.5％C，并且对紧固件保温2～4h，随后使渗碳炉以内温度以10～20℃/min的速度降低至800～850℃，再对紧固件保温15～30min后从所述渗碳炉中取出，经过油冷冷却至60～90℃；进一步地，步骤二中所述保护气体为氮气。步骤二中所述渗碳剂为丙酮或丁烷。步骤二中所述控制碳势是指利用红外线或氧探头控制碳势。
步骤三：淬火阶段：将步骤二中经过渗碳阶段处理后的紧固件放入真空炉以内加热，并用测温枪和感应热电偶对真空炉以内进行测温，使真空炉以内温度以10～20℃/min的速度上升至1100℃以上之后保温1.5～2h，然后对紧固件进行真空油淬之后从真空炉内取出，使其自然冷却至20℃以下；进一步地，步骤三中所述对紧固件进行真空油淬所采用的淬火介质为真空淬火油。
步骤四：高温回火阶段：将步骤三中经过淬火阶段处理后的紧固件放入真空炉以内加热，并用测温枪和感应热电偶对真空炉以内进行测温，使真空炉以内温度以5～10℃/min的速度上升至450～600℃后保温2.5～3.5h，再使真空炉以内温度使真空炉以内温度以3～14℃/min的速度降低至450℃时将紧固件取出，使其自然冷却至20℃以下；
步骤五：低温回火阶段：将步骤四中经过高温回火阶段处理后的紧固件放入真空炉内加热，并用测温枪和感应热电偶对真空炉以内进行测温，使真空炉以内温度以5～10℃/min的速度上升至140～160℃时保温2h，然后将其取出自然冷却至20℃以下；
步骤六：喷丸处理：对经过步骤五处理后的紧固件进行喷丸处理，弹丸为铸钢钢丸，弹丸直径0.5-1.0mm，密度为5500kg/m3,喷射速度为150-250m/s，喷射角度30°-75°，消除紧固件表层的残余应力，抑制紧固件表层疲劳裂纹的产生，工艺结束。
另外，所述紧固件热处理工艺还包括以下步骤：
在进行步骤一之前，对紧固件表面进行清洗，去除油渍污物，然后晾干。
此外，所述紧固件热处理工艺还包括以下步骤：
在进行步骤二的过程中，当向所述渗碳炉内充入保护气体后，控制渗碳炉内压力为500～2000Pa。
此外，所述紧固件热处理工艺还包括以下步骤：
在进行步骤三之前，重复步骤二至少两次。
采用本发明的技术方案，在对紧固件进行热处理的过程中，通过测温枪和感应热电偶对各种加热装置的温度进行测量，进而对紧固件的加热速度和冷却速度进行严格的控制，使其表层与心部的温差减小，尽量减少工件内部产生的热应力，在经过加热、渗碳、淬火、高温回火和低温回火处理后又通过喷丸处理使其内部残余应力进一步彻底释放，提升了紧固件的疲劳强度，延长了其使用寿命；另外，在对紧固件进行渗碳、淬火、高温回火和低温回火处理的过程中，始终使紧固件在真空炉内进行加热，避免空气中存在的活性物质对紧固件的热处理过程产生影响，又通过在渗碳过程中加入保护气体，避免紧固件内部被氧化，能够有效提升紧固件热处理工艺质量，此外，采用丙酮或丁烷作为渗碳剂，安全性更高，且能够显著提高渗碳层的厚度，使制备的紧固件在其表面形成的渗碳层组织厚度可达1.2-1.6mm，表面层含碳量达到0.77-0.83％，表面硬度达到54-58HRC，部硬度达到38-45HRC，显著提高了紧固件的疲劳寿命、耐磨性能、表面硬度、心部硬度等关键技术指标，使紧固件的金相组织得到显著改善，紧固件预期使用寿命得到显著提高。

Claims (9)

1.一种紧固件热处理工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：加热阶段：将紧固件放入真空炉以内加热，并用测温枪和感应热电偶对真空炉以内进行测温，使真空炉以内温度以15～25℃/min的速度上升，当紧固件加热至900～950℃时，进行下一步；
步骤二：渗碳阶段：将步骤一中经过加热阶段处理后的紧固件转移至渗碳炉以内，同时向渗碳炉以内充入保护气体，并且加入渗碳剂，对紧固件进行保温渗碳处理，控制渗碳炉内温度为900～950℃，控制碳势为1.1～1.5％C，并且对紧固件保温2～4h，随后使渗碳炉以内温度以10～20℃/min的速度降低至800～850℃，再对紧固件保温15～30min后从所述渗碳炉中取出，经过油冷冷却至60～90℃；
步骤三：淬火阶段：将步骤二中经过渗碳阶段处理后的紧固件放入真空炉以内加热，并用测温枪和感应热电偶对真空炉以内进行测温，使真空炉以内温度以10～20℃/min的速度上升至1100℃以上之后保温1.5～2h，然后对紧固件进行真空油淬之后从真空炉内取出，使其自然冷却至20℃以下；
步骤四：高温回火阶段：将步骤三中经过淬火阶段处理后的紧固件放入真空炉以内加热，并用测温枪和感应热电偶对真空炉以内进行测温，使真空炉以内温度以5～10℃/min的速度上升至450～600℃后保温2.5～3.5h，再使真空炉以内温度使真空炉以内温度以3～14℃/min的速度降低至450℃时将紧固件取出，使其自然冷却至20℃以下；
步骤五：低温回火阶段：将步骤四中经过高温回火阶段处理后的紧固件放入真空炉内加热，并用测温枪和感应热电偶对真空炉以内进行测温，使真空炉以内温度以5～10℃/min的速度上升至140～160℃时保温2h，然后将其取出自然冷却至20℃以下；
步骤六：喷丸处理：对经过步骤五处理后的紧固件进行喷丸处理，弹丸为铸钢钢丸，弹丸直径0.5-1.0mm，密度为5500kg/m3,喷射速度为150-250m/s，喷射角度30°-75°，消除紧固件表层的残余应力，抑制紧固件表层疲劳裂纹的产生，工艺结束。
2.如权利要求1所述的紧固件热处理工艺，其特征在于：步骤二中所述保护气体为氮气。
3.如权利要求1所述的紧固件热处理工艺，其特征在于：步骤二中所述渗碳剂为丙酮或丁烷。
4.如权利要求1所述的紧固件热处理工艺，其特征在于：步骤二中所述控制碳势是指利用红外线或氧探头控制碳势。
5.如权利要求1所述的紧固件热处理工艺，其特征在于：所述紧固件热处理工艺还包括以下步骤：
在进行步骤一之前，对紧固件表面进行清洗，去除油渍污物，然后晾干。
6.如权利要求1所述的紧固件热处理工艺，其特征在于：所述紧固件热处理工艺还包括以下步骤：
在进行步骤二的过程中，当向所述渗碳炉内充入保护气体后，控制渗碳炉内压力为500～2000Pa。
7.如权利要求1所述的紧固件热处理工艺，其特征在于：步骤三中所述对紧固件进行真空油淬所采用的淬火介质为真空淬火油。
8.如权利要求1所述的紧固件热处理工艺，其特征在于：所述紧固件热处理工艺还包括以下步骤：
在进行步骤三之前，重复步骤二至少两次。
9.如权利要求1至8任一项所述的紧固件热处理工艺，其特征在于：所述紧固件的材质是牌号为20MnMoB的合金钢。
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