CN112359174A - 一种锻件热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种锻件热处理方法，包括以下过程：S1：将锻件装炉；S2：升温至650～680℃，保温处理；S3：再升温至810～980℃，保温处理；S4：将锻件从炉中取出淬火。其中，在步骤S3中，保温时长按以下公式计算：当锻件有效尺寸D≤1000毫米时，保温时长Tb＝4+(0.5～1.3)*D/100小时；当锻件有效尺寸D＞1000毫米，且≤2000毫米时，保温时长Tb＝(0.9～1.7)*D/100小时。在步骤S4中，采用PAG淬火方式、PVP淬火方式、水‑PVP组合淬火方式中的任一项进行淬火。本发明能够解决现有热处理工艺污染严重，能耗较大，效率较低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及锻件工艺技术领域，具体涉及一种锻件热处理方法。
背景技术
近年来,随着热处理技术的不断发展，对锻件热处理的要求越来越高，节能环保已成为热处理技术发展的主要方向。尤其是在环保压力不断增强的情况下，传统的热处理工艺已不再适用，因此目前的国际标准、国家标准、热处理手册的热处理工艺均缺乏环保、节能、高效的考虑，无法适应当今环保和节能的需求，很多企业都在摸索新型的节能环保高效的热处理工艺。例如中碳合金结构钢等钢种在以往的热处理手册中对于直径大于1000mm的工件淬火均采用水淬油冷，甚至是直接油冷，不仅淬火前的保温时间较长，而且淬火时产生大量油烟，既不节能也不环保。因此需要提供一种锻件热处理方法。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种锻件热处理方法，从而解决现有锻件热处理工艺污染严重，能耗较大，效率较低的问题。
为了实现上述目的或者其他目的，本发明提供一种锻件热处理方法，包括以下过程：
S1：将锻件装炉；
S2：升温至650-680℃，保温处理；
S3：再升温至810-980℃，保温处理；
S4：将锻件从炉中取出淬火。
其中，在步骤S3中，保温时长按以下公式计算：
当锻件有效尺寸D≤1000毫米时，保温时长Tb＝4+(0.5～1.3)*D/100小时；
当锻件有效尺寸D＞1000毫米，且≤2000毫米时，保温时长Tb＝(0.9～1.7)*D/100小时。
在步骤S4中，采用PAG淬火方式、PVP淬火方式、水-PVP组合淬火方式中的任一项进行淬火。
在本发明一示例中，在步骤S4中，采用PAG淬火方式进行淬火时，PAG水溶液的浓度为6％～8％，PAG水溶液温度为15～50℃，淬火时长为Tc＝9*D/100分钟。
在本发明一示例中，采用所述PAG水溶液进行淬火的过程包括高温段淬火过程和低温段淬火过程；所述高温段淬火过程的起始温度在810℃～980℃之间，所述高温段淬火过程的终止温度为马氏体转变开始温度；所述低温段淬火过程中的起始温度为马氏体转变开始温度，所述低温段淬火过程中的终止温度为150-200℃；所述高温段淬火时长和/或所述低温段淬火时长按Tc＝4.5*D/100分钟计算。
在本发明一示例中，在步骤S3中：
对于含碳量≤0.45％碳素钢、低碳低合金钢、中碳低合金钢类锻件的锻件，当锻件有效尺寸D≤1000毫米时，保温时长Tb＝4+0.5*D/100小时，当锻件有效尺寸D＞1000毫米，且≤2000 毫米时，保温时长Tb＝0.9*D/100小时；
对于低碳中合金钢、中碳中合金钢类锻件，当锻件有效尺寸D≤1000毫米时，保温时长 Tb＝4+0.8*D/100小时，当锻件有效尺寸D＞1000毫米，且≤2000毫米时，保温时长Tb＝ 1.2*D/100小时；
对于低碳高合金钢、中碳高合金钢类锻件，当锻件有效尺寸D≤1000毫米时，保温时长 Tb＝4+1.3*D/100小时，当锻件有效尺寸D＞1000毫米，且≤2000毫米时，保温时长Tb＝ 1.7*D/100小时。
在本发明一示例中，所述高温段淬火的PAG水溶液流速为0.9～1.2米每秒；所述低温段淬火的PAG水溶液流速为0.5～0.7米每秒。
在本发明一示例中，在步骤S4中，采用PVP淬火方式进行淬火时，PVP溶液浓度为10％～15％，PVP溶液温度为25～60℃，PVP冷却时长为Tc＝(10～13)*D/100分钟。
在本发明一示例中，在步骤S3中：
对于中碳碳素钢、中碳低合金钢类锻件，当锻件有效尺寸D≤1000毫米时，保温时长 Tb＝4+0.5*D/100小时；当锻件有效尺寸D＞1000毫米，且≤2000毫米时，保温时长 Tb＝0.9*D/100小时；
对于中碳中合金钢、高碳碳素钢、高碳低合金钢类锻件，当锻件有效尺寸D≤1000毫米时，保温时长Tb＝4+0.8*D/100小时；当锻件有效尺寸D＞1000毫米，且≤2000毫米时，保温时长Tb＝1.2*D/100小时；
对于低碳高合金钢、中碳高合金钢、高碳中合金钢、高碳高合金钢类锻件，当锻件有效尺寸D≤1000毫米时，保温时长Tb＝4+1.3*D/100小时；当锻件有效尺寸D＞1000毫米，且≤2000 毫米时，保温时长Tb＝1.7*D/100小时。
在本发明一示例中，在步骤S4中，采用水-PVP组合淬火方式淬火时，先将锻件置于温度为15～35℃的水中冷却后，再将所述锻件放入至温度为25～60℃，溶液浓度为10％～15％的 PVP水溶液中冷却；其中水冷却时长为Tc＝(2～5)*D/100分钟，PVP冷却时长为Td＝(7～10) *D/100分钟。
在本发明一示例中，在步骤S3中：
对于含碳量≤0.45％的碳素钢、碳锰钢、低碳低合金钢、中碳低合金钢类锻件，当锻件有效尺寸D≤1000毫米时，保温时长Tb＝4+0.5*D/100小时；当锻件有效尺寸D＞1000毫米，且≤2000毫米时，保温时长Tb＝1.2*D/100小时；
对于低碳中合金钢、中碳中合金钢类锻件，当锻件有效尺寸D≤1000毫米时，保温时长 Tb＝4+0.8*D/100小时；当锻件有效尺寸D＞1000毫米，且≤2000毫米时，保温时长Tb＝ 1.2*D/100小时；
对于低碳高合金钢、中碳高合金钢类锻件，当锻件有效尺寸D≤1000毫米时，保温时长 Tb＝4+1.3*D/100小时；当锻件有效尺寸D＞1000毫米，且≤2000毫米时，保温时长Tb＝ 1.7*D/100小时。
在本发明一示例中，在步骤S4中，所述淬火的PVP水溶液流速为≥0.2米每秒。
在本发明一示例中，在步骤S4中，所述锻件从炉中取出到第一次浸入到淬火液中的时间应小于2分钟。
在本发明一示例中，在步骤S4中,采用搅拌泵对淬火溶液进行搅拌。
在本发明一示例中，在步骤S1中，锻件装炉前的温度≤400℃。
在本发明一示例中，在步骤S2中，保温处理的时长为0.5*D/100分钟。
在本发明一示例中，在步骤S2中，每小时升温≤60℃。
在本发明一示例中，在步骤S3中，每小时升温≥80℃。
本发明锻件热处理方法中在大大缩短了锻件在810～980℃范围内保温时间的情况下，通过对淬火方式的改进工艺，不仅使锻件同样满足性能要求，而且没有油烟的产生，节能环保，提高了生产效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明方法一实施例的流程示意图；
图2为对比例1中A1、B1主轴的结构示意图；
图3为对比例2中A2、B2主轴的结构示意图；
图4为对比例3中空心主轴的结构示意图；
图5为对比例4中锤头的结构示意图；
图6为对比例5中辊身的结构示意图；
图7为对比例6中推力头的结构示意图；
图8为对比例7中锤芯的结构示意图；
图9为对比例8中上辊的结构示意图；
图10为对比例9中辊轴的结构示意图；
图11为对比例10中主轴锻件的结构示意图；
图12为对比例11中锻件的结构示意图；
图13为对比例12中锻件的结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种节能、环保、高效的锻件热处理方法。不仅大大缩短淬火奥氏体化保温时间，而且能够有效降低能源消耗、完全达到环保要求、明显提高生产效率。
请参阅图1，图1是本发明的流程示意图。本发明提供一种锻件热处理方法，包括以下过程：
S1：将锻件装炉；
S2：升温至650～680℃，保温处理；
S3：再升温至810～980℃，保温处理；
S4：将锻件从炉中取出淬火。
其中，在步骤S3中，保温时长按以下公式计算：
当锻件有效尺寸D≤1000毫米时，保温时长Tb＝4+(0.5～1.3)*D/100小时；
当锻件有效尺寸D＞1000毫米，且≤2000毫米时，保温时长Tb＝(0.9～1.7)*D/100小时；
在步骤S4中，采用PAG淬火、PVP淬火、水-PVP组合淬火方式中的任一项进行淬火。
在上述步骤S1中，当锻件温度冷却到400℃以下时，将锻件吊装入炉，吊装入炉的过程中应有保护措施以防锻件损伤。
在上述步骤S2中，使处理炉匀速升温至650～680℃，并做保温处理，升温速率≤60℃/h，保温处理的时长为0.5*D/100分钟。
在上述步骤S3中，以每小时升温≥80℃的速率将处理炉升温至810～980℃，保温处理。保温时长需要根据锻件材质、锻件有效尺寸D来确定。
在上述步骤S4中，将经步骤S3保温后的锻件吊装出炉，并在2分钟以内浸入至淬火槽内进行淬火。
在本发明一实施例中采用PAG淬火方式进行淬火，在淬火的过程中所述PAG水溶液的浓度为6％～8％，PAG水溶液温度为15～50℃，淬火时长为Tc＝9*D/100分钟。需要说明的是，在采用PAG淬火方式进行淬火时，在上述步骤S3中，以每小时升温≥80℃的速率将处理炉升温至810～980℃保温处理，保温时长需要根据锻件材质和锻件有效尺寸D具体数值来确定，对于材质为含碳量≤0.45％的碳素钢、低碳低合金结构钢、中碳低合金结构钢等锻件，当锻件有效尺寸D≤1000毫米时，保温时长Tb＝4+0.5*D/100小时；当锻件有效尺寸D＞1000毫米，且≤2000毫米时，保温时长Tb＝0.9*D/100小时。对于材质为低碳中合金钢、中碳中合金钢类锻件，当锻件有效尺寸D≤1000毫米时，保温时长Tb＝4+0.8*D/100小时；当锻件有效尺寸D＞ 1000毫米，且≤2000毫米时，保温时长Tb＝1.2*D/100小时。对于材质为低碳高合金钢、中碳高合金钢的锻件，当锻件有效尺寸D≤1000毫米时，保温时长Tb＝4+1.3*D/100小时；当锻件有效尺寸D＞1000毫米，且≤2000毫米时，保温时长Tb＝1.7*D/100小时。
需要说的是，采用PAG淬火方式进行淬火时，所述淬火包括高温段淬火过程和低温段淬火过程，通过对搅拌泵转速的调节实现对高温段淬火过程和低温段淬火过程的转换。所述高温段淬火过程中的起始温度在810℃～980℃之间，所述高温段淬火过程的终止温度为马氏体转变开始温度；所述低温段淬火过程中的起始温度为马氏体转变开始温度，所述低温段淬火过程中的终止温度为150℃；所述高温段淬火时长和/或所述低温段淬火时长按Tc＝4.5*D/100 分钟计算。在本发明另外一示例中，所述高温段淬火的PAG水溶液流速为0.9～1.2米每秒，在本发明再一示例中，所述低温段淬火的PAG水溶液流速为0.5～0.7米每秒。
在本发明又一实施例中采用PVP淬火方式进行淬火。采用PVP淬火方式进行淬火时， PVP水溶液浓度为10％～15％，PVP水溶液温度为25～60℃，PVP冷却时长为Tc＝(10～13) *D/100分钟。在采用PVP淬火方式进行淬火时，在步骤S3中的保温时间根据锻件材质及其有效尺寸来确定：对于中碳碳素钢、中碳低合金钢类锻件，当锻件有效尺寸D≤1000毫米时，保温时长Tb＝4+0.5*D/100小时；当锻件有效尺寸D＞1000毫米，且≤2000毫米时，保温时长 Tb＝0.9*D/100小时；对于中碳中合金钢、高碳低合金钢类锻件，当锻件有效尺寸D≤1000毫米时，保温时长Tb＝4+0.8*D/100小时；当锻件有效尺寸D＞1000毫米，且≤2000毫米时，保温时长Tb＝1.2*D/100小时；对于低碳高合金钢、中碳高合金钢、高碳中合金钢、高碳高合金钢类锻件，当锻件有效尺寸D≤1000毫米时，保温时长Tb＝4+1.3*D/100小时；当锻件有效尺寸D＞1000毫米，且≤2000毫米时，保温时长Tb＝1.7*D/100小时。
在本发明再一实施例中，采用水-PVP组合淬火方式淬火时，所述水-PVP组合淬火方式包括先将锻件置于温度为15～35℃的水中冷却后，再将所述锻件放入至温度为25～60℃，浓度为8％～15％的PVP水溶液中冷却；其中水冷却时长为Tc＝(2～5)*D/100分钟，PVP冷却时长为Td＝(7～10)*D/100分钟。需要说明的是，在采用水-PVP组合淬火方式淬火时，在步骤 S3中的保温时间按以下进行选择：对于含碳量≤0.45％的碳素钢、低碳低合金钢、中碳低合金钢类锻件，当锻件有效尺寸D≤1000毫米时，保温时长Tb＝4+0.5*D/100小时；当锻件有效尺寸 D＞1000毫米，且≤2000毫米时，保温时长Tb＝1.2*D/100小时；对于低碳中合金钢、中碳中合金钢类锻件，当锻件有效尺寸D≤1000毫米时，保温时长Tb＝4+0.8*D/100小时；当锻件有效尺寸D＞1000毫米，且≤2000毫米时，保温时长Tb＝1.2*D/100小时；对于低碳高合金钢、中碳高合金钢类锻件，当锻件有效尺寸D≤1000毫米时，保温时长Tb＝4+1.3*D/100小时；当锻件有效尺寸D＞1000毫米，且≤2000毫米时，保温时长Tb＝1.7*D/100小时。
在上述PAG淬火方式、PVP淬火方式、水-PVP组合淬火方式的淬火过程中，均可以采用闭式冷却循环系统进行控温，具体由闭式冷却塔、循环管道、泵与淬火槽配套连接。温度过高时开启冷却系统，温度低时采用加热的方式升温。PAG水溶液为PAG原液与水的混合溶液，PVP水溶液为PVP原液与水的混合溶液，PAG的介质浓度控制6％-8％，PVP的介质浓度控制为10％～15％，水采用经过净化处理的纯净水，当PAG水溶液浓度高于8％时或PVP 水溶液的浓度高于15％时，加入水稀释到控制范围内，当PAG溶液浓度低于6％时或PVP溶液浓度低于10％时，添加相应的淬火液原液。
需要说明的是，只要能够满足上述淬火需要，淬火槽的结构不受限定，可以为任何合适的淬火槽结构，在本发明一示例中，淬火槽为长12m、宽7m、高5m的长方体，槽壁在长度方向两侧各2m间距均匀分布5个搅拌泵。淬火槽流速检测点为沿着长度方向在1/2宽度、1/4宽度两条线，每条线各2m间距均匀分布5个，共计10个点。高温段淬火过程中，高温段搅拌泵转速500～700转/分钟，以保证淬火槽中各测速点的流速均控制在0.9～1.2m/s，低温段淬火过程中低温段搅拌泵转速200～300转/分钟，以保证淬火槽中各测速点的流速均控制在0.5～0.7m/s。
本发明锻件热处理方法中采用保温时间工艺与PAG淬火方式或PVP淬火方式或水-PVP 组合淬火方式的结合，在大大缩短了锻件在810～980℃范围内保温时间的情况下，通过对淬火过程的控制工艺，不仅使锻件同样满足性能要求，而且没有油烟的产生，节能环保，提高生产效率。
以下通过采用本发明锻件热处理方法与现有锻件热处理方法的对比效果来进一步阐述本发明热处理方法的有益效果。其中，对比例1、对比例2、对比例3、对比例4为上述采用PAG 淬火方式与相应保温时长设置制得的锻件与采用现有锻件热处理方法制得的锻件的对比。对比例5、对比例6、对比例7、对比例8为上述采用PVP淬火方式与相应保温时长设置制得的锻件与采用现有锻件热处理方法制得的锻件的对比。对比例9、对比例10、对比例11、对比例12为上述采用水-PVP组合淬火方式与相应保温时长设置制得的锻件与采用现有锻件热处理方法制得的锻件的对比。
对比例1
取两件同批次锻造的主轴(以下简称A1主轴和B1主轴)，A1主轴和B1主轴的材质均为42CrMo4，A1主轴和B1主轴的结构和外形尺寸相同，具体见图2，其热处理有效尺寸均为最大轴身直径D，D为645mm。将A1主轴按本发明热处理方法中的PAG淬火方式进行热处理，将B1主轴按现有热处理方法进行热处理，为了更好的进行对比，在热处理过程中， A1主轴和B1主轴均在同一热处理炉中进行热处理，且装炉相对位置一致，具体热处理过程如下：
1、淬火前升温保温过程对比如表1：
表1：A1、B1主轴淬火升温保温过程对比表
备注：A1主轴淬火保温时长按照本发明方法计算得出，B1主轴淬火保温按照现有规范计算得出。
2、A1、B1主轴淬火冷却方式对比如表2：
表2：A1、B1主轴淬火冷却过程对比表
备注：A1主轴冷却时间按照本发明方法计算得出，B1主轴冷却时间按照现有规范计算得出。
3、A1、B1主轴回火升温保温对比如表3：
表3A1、B1主轴回火升温保温过程
| 主轴代号 | 装炉温度 | 过冷保温台阶 | 升温速度 | 回火保温 | 降温速度 | 出炉温度 |
| A1 | ≤300℃ | 300℃保6h | ≤60℃/h | 620-630℃保温30h | ≤40℃/h | ≤350℃ |
| B1 | ≤300℃ | 300℃保6h | ≤60℃/h | 620-630℃保温30h | ≤40℃/h | ≤350℃ |
4、将经过表1至表3热处理过程的A1主轴和B1主轴进行性能和金相检验结果对比如表4 所示：
表4A1、B1主轴性能和金相检验结果
备注：回火S为回火索氏体、B为贝氏体、F为铁素体、P为珠光体。
对比例2
取两件同批次锻造的主轴(以下简称A2主轴和B2主轴)，A2主轴和B2主轴的材质均为34CrNiMo6，A2主轴和B2主轴的结构和外形尺寸相同，具体见图3，其热处理有效尺寸均为最大轴身直径D，D为819mm。将A2主轴按本发明热处理方法中的PAG淬火方式进行热处理，将B2主轴按现有热处理方法进行热处理，为了更好的进行对比，在热处理过程中， A2主轴和B2主轴均在同一热处理炉中进行热处理，且装炉相对位置一致，具体热处理过程如下：
1、淬火前升温保温过程对比如表5：
表5：A2、B2主轴淬火升温保温过程对比表
| 主轴代号 | 装炉温度 | 升温速度 | 保温台阶 | 升温速度 | 淬火保温 |
| A2 | ≤400℃ | ≤50℃/h | 670℃保5h | ≥80℃/h | 860℃保温10h |
| B2 | ≤400℃ | ≤50℃/h | 670℃保5h | ≥80℃/h | 860℃保温14h |
备注：C主轴淬火保温时长按照本发明方法计算得出，D主轴淬火保温按照现有规范计算得出。
2、A2、B2主轴淬火冷却方式对比如表6：
表6：A2、B2主轴淬火冷却过程对比表
备注：A2主轴冷却时间按照本发明方法计算得出，B2主轴冷却时间按照现有规范计算得出。
3、A2、B2主轴回火升温保温对比如表7：
表7 A2、B2主轴回火升温保温过程
4、将经过表6至7表热处理过程的A2、B2主轴进行性能和金相检验结果对比如表8所示：
表8 A2、B2主轴性能和金相检验结果
备注：回火S为回火索氏体、B为贝氏体、F为铁素体、P为珠光体。
对比例3
生产某一型号34CrNiMo6材质4.0MW空心主轴，进行缩短淬火保温时间和PAG淬火方式冷却工艺试验对比，粗加工尺寸如图4所示。最大轴身直径1079mm，内孔直径390mm。调质重量26400kg。缩短淬火保温时间、冷却过程、调质消耗对比汇总如表9所示：
表9缩短淬火保温时间、冷却过程、调质消耗对比
| 生产方式 | 淬火保温时间 | 冷却过程 | 调质消耗(元/t) |
| 现有热处理方法 | 11h | 水20分钟油100分 | 205.84 |
| 本发明热处理方法 | 8h | PAG淬火70分钟 | 188.44 |
从表9可知，使用本发明热处理方法后，调质总时间约缩短4h，每吨主轴节约成本17.4 元。
对比例4
生产某一厂家30Cr2Ni2Mo材质锤头，进行缩短淬火保温时间和PAG淬火方式冷却工艺试验对比，粗加工尺寸如图5所示。最大轴身直径1866mm，小头直径925mm，调质重量88550kg，缩短淬火保温时间、冷却过程、调质消耗对比汇总如表10所示。
表10缩短淬火保温时间、冷却过程、调质消耗对比
| 生产方式 | 淬火保温时间 | 冷却过程 | 调质消耗(元/t) |
| 现有热处理方法 | 30h | 水10分油380分 | 197.5 |
| 本发明热处理方法 | 22.5h | PAG170分 | 177.1 |
从表10可知，使用本发明热处理方法后，调质总时间约缩短11.5h，每吨主轴节约成本20.4 元。
对比例5
生产某一型号18NiCrMo14-6材质辊身，进行缩短淬火保温时间和PVP冷却工艺试验对比，粗加工尺寸如图6所示。调质重量48940kg。缩短淬火保温时间、冷却过程、调质消耗对比汇总如表11所示：性能结果对比汇总如表12所示：
表11缩短淬火保温时间、冷却过程、调质消耗对比
| 生产方式 | 淬火保温时间 | 冷却过程 | 调质消耗(元/t) |
| 现有热处理方法 | 16h | 油180分钟 | 220.45 |
| 本发明热处理方法 | 15.5h | PVP 120分钟 | 205.15 |
表12缩短淬火保温时间、冷却过程、性能结果对比
从表12可知，使用本发明热处理方法后，调质总时间约缩短1.5h，每吨主轴节约成本15.3 元。
对比例6
生产某一型号55#材质推力头，进行缩短淬火保温时间和PVP冷却工艺试验对比，粗加工尺寸如图7所示。调质重量11350kg。缩短淬火保温时间、冷却过程、调质消耗对比汇总如表13所示：性能结果对比汇总如表14所示：
表13缩短淬火保温时间、冷却过程、调质消耗对比
| 生产方式 | 淬火保温时间 | 冷却过程 | 调质消耗(元/t) |
| 现有热处理方法 | 11h | 油120分钟 | 190 |
| 本发明热处理方法 | 8h | PVP 90分钟 | 162.5 |
表14缩短淬火保温时间、冷却过程、性能结果对比
| 代号 | 淬火保温时间 | 冷却过程 | 屈服强度 | 抗拉强度 | 延伸率 | 断面收缩率 | 冲击功(0℃) |
| ≥310 | ≥625 | ≥11 | ≥28 | ≥19 | |||
| A | 11h | 油120分钟 | 380 | 666 | 26 | 51 | 41/32/32 |
| B | 8h | PAG90分钟 | 402 | 678 | 23.5 | 55 | 45/30/27 |
从表13可知，使用本发明热处理方法后，调质总时间约缩短3.5h，每吨主轴节约成本27.5 元
对比例7
生产某一型号30Cr2Ni2Mo材质锤芯，进行缩短淬火保温时间和PVP冷却工艺试验对比，粗加工尺寸如图8所示。调质重量42900kg。缩短淬火保温时间、冷却过程、调质消耗对比汇总如表15所示：性能结果对比汇总如表16所示：
表15缩短淬火保温时间、冷却过程、调质消耗对比
| 生产方式 | 淬火保温时间 | 冷却过程 | 调质消耗(元/t) |
| 现有热处理方法 | 20h | 油225分 | 217.5 |
| 本发明热处理方法 | 15h | PVP150分 | 190 |
表16缩短淬火保温时间、冷却过程、性能对比
| 生产方式 | 淬火保温时间 | 冷却过程 | 屈服强 | 抗拉强度 | 延伸 | 断面收缩 | 冲击功 |
| ≥835 | ≥980 | ≥10 | ≥50 | ≥71 | |||
| 现有热处理 | 20h | 油225分 | 940 | 1049 | 14 | 55 | 90 |
| 本发明热处 | 15h | PVP150 | 960 | 1070 | 14.5 | 62 | 100 |
从表15可知，使用本发明热处理方法后，调质总时间约缩短6h，每吨节约成本27.5元
对比例8
生产某一厂家60CrMnMo材质上辊，进行缩短淬火保温时间和PVP冷却工艺试验对比，粗加工尺寸如图9所示。最大轴身直径1520mm，调质重量99000kg，缩短淬火保温时间、冷却过程、调质消耗对比汇总如表17所示。
表17缩短淬火保温时间、冷却过程、调质消耗对比
| 生产方式 | 淬火保温时间 | 冷却过程 | 调质消耗(元/t) |
| 现有热处理方法 | 26h | 油340分 | 230.6 |
| 本发明热处理方法 | 26h | PVP230分 | 229.8 |
从表17可知，使用本发明热处理方法后，调质总时间约缩短2h。
对比例9
生产某一型号35CrMoA材质辊轴，进行缩短淬火保温时间和水快冷PVP慢冷工艺试验对比，粗加工尺寸如图10所示。调质重量55060kg。缩短淬火保温时间、冷却过程、调质消耗对比汇总如表18所示：性能结果对比汇总如表19所示：
表18缩短淬火保温时间、冷却过程、调质消耗对比
| 生产方式 | 淬火保温时间 | 冷却过程 | 调质消耗(元/t) |
| 现有热处理方法 | 17.5h | 水6分空0.5分水4分油270分 | 207.13 |
| 本发明热处理方法 | 13.5h | 水6分空0.5分水4分PVP180分 | 193.37 |
表19缩短淬火保温时间、冷却过程、性能结果对比
从表18可知，使用本发明热处理方法后，调质总时间约缩短5.5h，每吨辊轴节约成本13.76 元。
对比例10
生产某一型号ASTM A668ClassE材质主轴锻件，进行缩短淬火保温时间和水快冷PVP 慢冷工艺试验对比，粗加工尺寸如图11所示。调质重量73250kg。缩短淬火保温时间、冷却过程、调质消耗对比汇总如表20所示：性能结果对比汇总如表21所示：
表20缩短淬火保温时间、冷却过程、调质消耗对比
| 生产方式 | 淬火保温时间 | 冷却过程 | 调质消耗(元/t) |
| 现有热处理方法 | 19h | 水10分空0.5分水7分油230分 | 218.30 |
| 本发明热处理方法 | 14h | 水10分空0.5分水7分PVP 150分 | 190.20 |
表21缩短淬火保温时间、冷却过程、性能结果对比
从表20可知，使用本发明热处理方法后，调质总时间约缩短6.5h，每吨主轴锻件节约成本28.1元
对比例11
生产某一型号40CrNi2Mo材质轴套，进行缩短淬火保温时间和水快冷PVP慢冷工艺试验对比，粗加工尺寸如图12所示。调质重量14680kg。缩短淬火保温时间、冷却过程、调质消耗对比汇总如表22所示：性能结果对比汇总如表23所示：
表22缩短淬火保温时间、冷却过程、调质消耗对比
表23缩短淬火保温时间、冷却过程、性能对比
从表22可知，使用本发明热处理方法后，调质总时间约缩短3.5h，每吨轴套节约成本44.43 元
对比例12
生产某一厂家25Cr2Ni4MoV材质转子轴，进行缩短淬火保温时间和水快冷PVP慢冷工艺试验对比，粗加工尺寸如图13所示。最大轴身直径1078mm，调质重量29880kg，缩短淬火保温时间、冷却过程、调质消耗对比汇总如表24所示。
表24缩短淬火保温时间、冷却过程、调质消耗对比
从表24可知，使用本发明热处理方法后，调质总时间约缩短1h。
综上，通过本发明方法在大大缩短了锻件在810～980℃范围内保温时间的情况下，通过对淬火方式的改进工艺，不仅使锻件同样满足性能要求，而且没有油烟的产生，节能环保，提高了生产效率。所以，本发明具有很高的利用价值和使用意义。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种锻件热处理方法，其特征在于，包括以下过程：
S1：将锻件装炉；
S2：升温至650-680℃，保温处理；
S3：再升温至810-980℃，保温处理；
S4：将锻件从炉中取出淬火。
其中，在步骤S3中，保温时长按以下公式计算：
当锻件有效尺寸D≤1000毫米时，保温时长Tb＝4+(0.5～1.3)*D/100小时；
当锻件有效尺寸D＞1000毫米，且≤2000毫米时，保温时长Tb＝(0.9～1.7)*D/100小时。
在步骤S4中，采用PAG淬火方式、PVP淬火方式、水-PVP组合淬火方式中的任一项进行淬火。
2.根据权利要求1所述的锻件热处理方法，其特征在于，在步骤S4中，采用PAG淬火方式进行淬火时，PAG水溶液浓度为6％～8％，PAG水溶液温度为15～50℃，淬火时长为Tc＝9*D/100分钟。
3.根据权利要求2所述的锻件热处理方法，其特征在于，采用所述PAG水溶液进行淬火的过程包括高温段淬火过程和低温段淬火过程；所述高温段淬火过程的起始温度在810℃～980℃之间，所述高温段淬火过程的终止温度为马氏体转变开始温度；所述低温段淬火过程中的起始温度为马氏体转变开始温度，所述低温段淬火过程中的终止温度为150-200℃；所述高温段淬火时长和/或所述低温段淬火时长按Tc＝4.5*D/100分钟计算。
4.根据权利要求1至3任一项所述的锻件热处理方法，其特征在于，在步骤S3中：
对于含碳量≤0.45％碳素钢、低碳低合金钢、中碳低合金钢类锻件，当锻件有效尺寸D≤1000毫米时，保温时长Tb＝4+0.5*D/100小时，当锻件有效尺寸D＞1000毫米，且≤2000毫米时，保温时长Tb＝0.9*D/100小时；
对于低碳中合金钢、中碳中合金钢类锻件，当锻件有效尺寸D≤1000毫米时，保温时长Tb＝4+0.8*D/100小时，当锻件有效尺寸D＞1000毫米，且≤2000毫米时，保温时长Tb＝1.2*D/100小时；
对于低碳高合金钢、中碳高合金钢类锻件，当锻件有效尺寸D≤1000毫米时，保温时长Tb＝4+1.3*D/100小时，当锻件有效尺寸D＞1000毫米，且≤2000毫米时，保温时长Tb＝1.7*D/100小时。
5.根据权利要求3所述的锻件热处理方法，其特征在于，所述高温段淬火的PAG水溶液流速为0.9～1.2米每秒；所述低温段淬火的PAG水溶液流速为0.5～0.7米每秒。
6.根据权利要求1所述的锻件热处理方法，其特征在于，在步骤S4中，采用PVP淬火方式进行淬火时，PVP水溶液浓度为10％～15％，PVP水溶液温度为25～60℃，PVP冷却时长为Tc＝(10～13)*D/100分钟。
7.根据权利要求6所述的锻件热处理方法，其特征在于，在步骤S3中：
对于中碳碳素钢、中碳低合金钢类锻件，当锻件有效尺寸D≤1000毫米时，保温时长Tb＝4+0.5*D/100小时；当锻件有效尺寸D＞1000毫米，且≤2000毫米时，保温时长Tb＝0.9*D/100小时；
对于中碳中合金钢、高碳碳素钢、高碳低合金钢类锻件，当锻件有效尺寸D≤1000毫米时，保温时长Tb＝4+0.8*D/100小时；当锻件有效尺寸D＞1000毫米，且≤2000毫米时，保温时长Tb＝1.2*D/100小时；
对于低碳高合金钢、中碳高合金钢、高碳中合金钢、高碳高合金钢类锻件，当锻件有效尺寸D≤1000毫米时，保温时长Tb＝4+1.3*D/100小时；当锻件有效尺寸D＞1000毫米，且≤2000毫米时，保温时长Tb＝1.7*D/100小时。
8.根据权利要求1所述的锻件热处理方法，其特征在于，在步骤S4中，采用水-PVP组合淬火方式淬火时，先将锻件置于温度为15～35℃的水中冷却后，再将所述锻件放入至温度为25～60℃，溶液浓度为10％～15％的PVP水溶液中冷却；其中水冷却时长为Tc＝(2～5)*D/100分钟，PVP冷却时长为Td＝(7～10)*D/100分钟。
9.根据权利要求8所述的锻件热处理方法，其特征在于，在步骤S3中：
对于含碳量≤0.45％的碳素钢、低碳低合金钢、中碳低合金钢类锻件，当锻件有效尺寸D≤1000毫米时，保温时长Tb＝4+0.5*D/100小时；当锻件有效尺寸D＞1000毫米，且≤2000毫米时，保温时长Tb＝1.2*D/100小时；
对于低碳中合金钢、中碳中合金钢类锻件，当锻件有效尺寸D≤1000毫米时，保温时长Tb＝4+0.8*D/100小时；当锻件有效尺寸D＞1000毫米，且≤2000毫米时，保温时长Tb＝1.2*D/100小时；
对于低碳高合金钢、中碳高合金钢类锻件，当锻件有效尺寸D≤1000毫米时，保温时长Tb＝4+1.3*D/100小时；当锻件有效尺寸D＞1000毫米，且≤2000毫米时，保温时长Tb＝1.7*D/100小时。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的锻件热处理方法，其特征在于，在步骤S4中，所述淬火的PVP溶液流速为≥0.2米每秒。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210212 |