CN112359177A - 一种钢工件正火处理工艺 - Google Patents

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唐汇德
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Abstract

一种钢工件正火处理工艺，包括以下步骤：1)正火处理：将待加工钢工件送入电炉内加热至880±10℃，保温6～9小时；2)空冷：将正火热处理后的钢工件从炉内取出，空冷至钢工件的表面温度降至600～650℃；3)保温处理：将钢工件送入电炉内并关闭炉门，使钢工件芯部温度继续外散，钢工件利用自身余热保温，并使炉内温度上升；当炉内温度高于700℃时，重复上述步骤2)；当炉内最终温度处于675℃～690℃，则钢工件在炉内随炉自然冷却。该钢工件正火处理工艺，本发明的钢工件正火处理工艺，利用钢工件正火后自身余热进行保温处理，其能耗下降了约三分之一，且有利于钢工件中珠光体金相组织的形成，进而改变钢工件的硬度，便于钢工件的后续加工。

Description

一种钢工件正火处理工艺
技术领域
本发明涉及一种五金件尤其是钢工件的加工技术领域，尤其是涉及一种钢工件正火处理工艺。
背景技术
正火，又称常化，是将工件加热至Ac3或Acm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，去除材料的内应力，稳定工件的尺寸，防止变形与开裂。亚共析钢和过共析钢加热到Ac1点以上时，珠光体转变为奥氏体，得到的组织是奥氏体晶粒和先析出的铁素体或渗碳体。奥氏体的晶粒大小对冷却转变后钢的性能有很大影响，而奥氏体的晶粒大小与加热温度和保温时间存在很大关联。
现有技术中，正火工艺大多是高温正火后将钢工件从炉内取出空冷至室温，再送入炉内进行保温处理，如：
CN110066909A公开的一种提高GCr15SiMn钢末端淬透性硬度的热处理工艺，其包括以下步骤:将原始钢材机加工成Φ30-35mm的热处理毛坯试样，将热处理毛坯试样入炉，正火处理温度为930℃，到温后保温50min，出炉后吹风快速冷却至室温，将正火处理后的试样再次入炉，升温至785±10℃，保温6h，然后以<200℃/h的速度降温至700±10℃，保温2h，然后随炉冷却至650℃，最后出炉空冷，将等温退火处理后的试样机加工成Φ2 5mm的末端标准毛坯试样，对Φ25mm的末端标准毛坯试样进行端淬试验。
CN109082515A公开的一种工具钢钻头热处理工艺，包括以下步骤：S1、正火处理，将T12工具钢毛坯加热至800～880℃后，保温15～20分钟，然后取出空冷；S2、球化退火，将S1处理后的T12工具钢毛坯加热至750～800℃，保持 2～4小时，然后以30～50℃的速度冷却至650～680℃，保持4～6小时，然后随炉冷却至500～550℃，最后取出空冷至室温；S2、根据预先设计尺寸，将T12工具钢毛坯加工成工具钢钻头毛坯；S3、淬火，将工具钢钻头毛坯加热至 750～780℃，保温12～18分钟，然后迅速取出，放入冷却油中，保持8～10分钟，然后取出；S4、回火，将工具钢钻头毛坯加热至150～180℃，保持0.5～1小时，取出空冷即可。
现有技术中钢工件的均在正火处理后将工件先冷却至室温，再升温回火，导致其能耗偏高，工艺周期偏长，且操作复杂，随着社会对节能环保要求的提高，急需对现有钢工件的正火工艺进行改进，降低正火处理工序的能耗，满足市场需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种能耗低、操作简单的钢工件正火处理工艺。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种钢工件正火处理工艺，包括以下步骤：
1)正火处理：将待加工钢工件送入电炉内加热至880±10℃，保温6～9小时；
2)空冷：将正火热处理后的钢工件从炉内取出，空冷至钢工件的表面温度降至600～650℃；
3)保温处理：将钢工件送入电炉内并关闭炉门，使钢工件芯部温度继续外散，钢工件利用自身余热保温，并使炉内温度上升；
当炉内温度高于700℃时，重复上述步骤2)；
当炉内最终温度处于675℃～690℃，则执行步骤4)。
4)随炉冷却：钢工件在炉内随炉自然冷却。
在某一示范实施例中，步骤2)中，空冷至钢工件的表面温度降至640～650℃。
步骤2)中，如果空冷至钢工件的表面温度低于600℃，则钢工件芯部的余热难以使钢工件回炉后的炉温上升至680℃以上，导致随炉保温促进钢工件中金相组织中索氏体向珠光体的转变量会降低，难以满足后续钢工件的硬度和机加工；如果空冷至钢工件的表面温度高于650℃，则钢工件芯部的余热容易以使钢工件回炉后的炉温快速回上升至700℃以上，需要反复操作步骤2)，导致正火工艺周期延长，因此，本发明人在确定空冷处理时，空冷至钢工件的表面温度降至600～650℃时，即将钢工件回炉保温处理。
优选，所述步骤4)中，随炉冷却的具体操作为：钢工件在炉内随炉自然冷却至550℃以下，将钢工件从炉内取出并空冷至室温。
由于钢工件在550℃以上随炉冷却时，有利于钢工件内部细片状珠光体的形成，而低于550℃时，钢工件的金相组织主要是形成上贝氏体，故当钢工件炉内随炉自然冷却至550℃后，取出空冷，可以缩短正火处理的工艺周期，且还能降低贝氏体金相组织的含量，提高钢工件的机械性能。
步骤1)，上述电炉加热至正火温度的升温速度大于等于100℃/h。
步骤2)中，所述钢工件的表面温度通过红外测温仪进行监测，炉内温度通过热电偶进行监测。
在某一师范实施例中，所述钢工件为钻头用钢。
本发明一种钢工件正火处理工艺的有益效果：
本发明的钢工件正火处理工艺，相对常规的将正火处理的钢工件空冷至室温后再回火，利用钢工件正火后自身余热进行保温处理，节约了现有技术中正火后回火处理工序的能耗，其整体能耗仅为原来的钢工件正火处理工序能耗的 2/3，节约了近三分之一的能耗。
本发明的钢工件正火处理工艺，由于正火后取出加热炉后表面温度冷却至 600-650℃的钢工件，其芯部温度和表面温度相差约150℃，再将钢工件返回至电炉内密封保温，钢工件芯部的热量能使炉内温度升至680～720℃左右，有利于钢工件中珠光体金相组织的形成，进而改变钢工件的硬度，便于钢工件的后续加工。
本发明的钢工件正火处理工艺处理的钢工件，其金相组织为细片状珠光体、少量上贝氏体和少量铁素体，晶粒度等级8级，硬度HRC18-20，其硬度相对低于常规正火结合高温回火进行热处理的钢工件的硬度(常规钢工件正火热处理后的硬度为HRC25-27)。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例的一种钢工件正火处理工艺，包括以下步骤：
1)正火处理：将待加工钢工件送入电炉内，电炉以145℃/h升温速度加热至870℃，保温9小时；
2)空冷：将正火热处理后的钢工件从炉内取出，空冷至钢工件的表面温度降至620±5℃；
3)保温处理：将钢工件送入电炉内并关闭炉门，使钢工件芯部温度继续外散，钢工件利用自身余热保温，并使炉内温度上升；
当炉内温度高于700℃时，重复上述步骤2)；
当炉内最终温度处于680℃，则执行步骤4)。
4)随炉冷却：钢工件在炉内随炉自然冷却至550±5℃，将钢工件从炉内取出并空冷至室温。
步骤2)中，所述钢工件的表面温度通过红外测温仪进行监测。
所述钢工件为钻头用钢。
采用本实施例的钢工件正火处理工艺加工的钢工件(钻头用钢)，其金相组织为细片状珠光体+少量铁素体+少量上贝氏体，硬度HRC18，晶粒度等级8级，且，相对现有技术中钢工件正火后直接空冷至室温再回炉升温回火处理的正火工艺，其能耗下降至原来的65％。
实施例2
本实施例的一种钢工件正火处理工艺，包括以下步骤：
1)正火处理：将待加工钢工件送入电炉内，电炉以126℃/h升温速度加热至880℃，保温8小时；
2)空冷：将正火热处理后的钢工件从炉内取出，空冷至钢工件的表面温度降至650±5℃；
3)保温处理：将钢工件送入电炉内并关闭炉门，使钢工件芯部温度继续外散，钢工件利用自身余热保温，并使炉内温度上升；
当炉内温度高于700℃时，重复上述步骤2)；
当炉内最终温度处于675℃，则执行步骤4)。
4)随炉冷却：钢工件在炉内随炉自然冷却至540±5℃，将钢工件从炉内取出并空冷至室温。
步骤2)中，所述钢工件的表面温度通过红外测温仪进行监测。
采用本实施例的钢工件正火处理工艺加工的钢工件，其金相组织为细片状珠光体+少量铁素体+少量上贝氏体，硬度HRC19，晶粒度等级8级，且，相对现有技术中钢工件正火后直接空冷至室温再回炉升温回火处理的正火工艺，其能耗下降至原来的62％。
实施例3
本实施例的一种钢工件正火处理工艺，包括以下步骤：
1)正火处理：将待加工钢工件送入电炉内，电炉以135℃/h升温速度加热至890℃，保温6小时；
2)空冷：将正火热处理后的钢工件从炉内取出，空冷至钢工件的表面温度降至600±5℃；
3)保温处理：将钢工件送入电炉内并关闭炉门，使钢工件芯部温度继续外散，钢工件利用自身余热保温，并使炉内温度上升；
当炉内温度高于700℃时，重复上述步骤2)；
当炉内最终温度处于690℃，则执行步骤4)。
4)随炉冷却：钢工件在炉内随炉自然冷却至545±5℃，将钢工件从炉内取出并空冷至室温。
步骤2)中，所述钢工件的表面温度通过红外测温仪进行监测。
采用本实施例的钢工件正火处理工艺加工的钢工件，其金相组织为细片状珠光体+少量铁素体+少量上贝氏体，硬度HRC20，晶粒度等级8级，且，相对现有技术中钢工件正火后直接空冷至室温再回炉升温回火处理的正火工艺，其能耗下降至原来的68％。
本发明的一种钢工件正火处理工艺，其电炉加热至正火温度的升温速度还可以为130℃/h、140℃/h升温速度加热，或者，先以180℃/h升温2.5～3h，再以 110℃/h升温3～4h达到正火温度，使钢工件在6～7h达到正火温度即可；步骤2) 中空冷处理，其钢工件的表面温度还可以控制在615±5℃、630±5℃、640±5℃、或645±5℃；步骤4)中随炉冷却时，钢工件在炉内随炉自然冷却的终止温度还可以控制至530±5℃或钢工件在炉内随炉自然冷却至535±5℃；以上技术特征的改变，本领域的技术人员通过文字描述可以理解并实施，故不再另作附图加以说明。

Claims (6)

1.一种钢工件正火处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)正火处理：将待加工钢工件送入电炉内加热至880±10℃，保温6～9小时；
2)空冷：将正火热处理后的钢工件从炉内取出，空冷至钢工件的表面温度降至600～650℃；
3)保温处理：将钢工件送入电炉内并关闭炉门，使钢工件芯部温度继续外散，钢工件利用自身余热保温，并使炉内温度上升；
当炉内温度高于700℃时，重复上述步骤2)；
当炉内最终温度处于675℃～690℃，则执行步骤4)；
4)随炉冷却：钢工件在炉内随炉自然冷却。
2.如权利要求1所述钢工件正火处理工艺，其特征在于，所述步骤4)中，随炉冷却的具体操作为：钢工件在炉内随炉自然冷却至550℃以下，将钢工件从炉内取出并空冷至室温。
3.如权利要求1所述钢工件正火处理工艺，其特征在于，步骤2)中，空冷至钢工件的表面温度降至640～650℃。
4.如权利要求1或3所述钢工件正火处理工艺，其特征在于，步骤2)中，所述钢工件的表面温度通过红外测温仪进行监测。
5.如权利要求1～3任一项所述钢工件正火处理工艺，其特征在于，步骤1)，所述电炉加热至正火温度的升温速度大于等于100℃/h。
6.如权利要求1或2所述钢工件正火处理工艺，其特征在于，所述钢工件为钻头用钢。
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