CN113151644A - 一种控制和防止45#钢零件淬火开裂的热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种控制和防止45#钢零件淬火开裂的热处理工艺，适用于直径4～12mm的45#钢半圆箍的热处理，待处理零件的状态为原始直棒状或半成品弯曲带螺纹状态。淬火的工艺参数为：淬火保温温度为780～860℃，淬火温度保温时间为5～12min；淬火与回火的间隔时间控制在3min以内；回火的零件到温入炉，回火保温温度为490～570℃，回火温度保温时间为30～50min。回火保温结束后出炉空冷。本发明的热处理工艺路线，消除45#钢零件淬火后的裂纹缺陷，使热处理合格品率提高40％以上，且对现有的热处理设备不要求大规模改动，易于实现。

Description

一种控制和防止45#钢零件淬火开裂的热处理工艺
技术领域
本发明属于45#钢热处理工艺，涉及一种控制和防止45#钢零件淬火开裂的热处理工艺，特别是用于控制和防止45#钢钢丝及其箍状紧固件制品在热处理过程中淬火裂纹的产生。
背景技术
直径为4mm的45#钢钢丝是一种用于制造箍圈的材料用料规格，由于该种紧固件需要满足一定的强度与硬度，需对其进行淬火和回火的强化热处理工序。45#钢传统淬火热处理规范为淬火温度820℃,冷却介质为水或10％盐水,水温为室温,但45#钢有效尺寸为4mm～8mm时在淬火过程中极易产生不同程度的裂纹,废品损失较大,淬火裂纹难以控制。因此，在工厂生产中此项零件一直采用三硝液作为淬火介质，虽然如此，但仍未能完全控制裂纹的产生，按现有工艺在生产中裂纹产生的概率高达50％。产品表面存在任何裂纹均无法满足特种产品的表面质量要求，为解决表面的裂纹问题以往只能采取“以量保质”以及安排经验丰富、技术水平高的操作者进行生产，这样不仅降低了生产效率，增加了生产成本，而且对操作者要求过高，严重影响了班组的管理和人员的协调安排。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种控制和防止45#钢零件淬火开裂的热处理工艺，能够在热处理过程中有效控制和防止直径为4～12mm的45#钢钢丝及其制品淬火开裂的方法，提高零件的合格率。
技术方案
一种控制和防止45#钢零件淬火开裂的热处理工艺，其特征在于：4～12mm的45#钢零件，状态为原始直棒状或半成品弯曲带螺纹状态；处理步骤如下：
步骤1：将45#钢零件吊挂入炉淬火，淬火保温的温度为780～860℃，淬火保温时间为5～12min；
步骤2：淬火保温结束后出炉在空气中预冷，预冷2s后淬入淬火油或预冷6～8s后淬入三硝液中使零件冷却至低于300℃时出三硝液，然后空冷至室温；
步骤3：然后进行回火，回火与淬火间隔时间控制在3min以内；回火的零件到温入炉，回火保温温度为490～570℃，回火温度保温时间为30～50min；回火保温结束后出炉空冷。
所述吊挂入炉的45#钢零件放置在设备的炉温均匀性测试有效区内。
有益效果
本发明提出的一种控制和防止45#钢零件淬火开裂的热处理工艺，适用于直径4～12mm的45#钢半圆箍的热处理，待处理零件的状态为原始直棒状或半成品弯曲带螺纹状态。淬火时零件吊挂在专用工装上入炉；淬火的工艺参数为：淬火保温温度为780～860℃，淬火温度保温时间为5～12min；淬火保温结束后出炉在空气中预冷，预冷2s后淬入专用淬火油或预冷7～8s淬入三硝液中使零件冷却至室温。淬火与回火的间隔时间控制在3min以内；回火的零件到温入炉，回火保温温度为490～570℃，回火温度保温时间为30～50min。回火保温结束后出炉空冷。
本发明分析45#钢半箍圈产生淬火裂纹的主要原因(原始组织缺陷、淬火的组织应力和热应力共同作用的内应力超过其材料断裂极限),零件受内应力开裂是由于冷却介质三硝液所致。当零件从800℃以上开始入冷却介质进行冷却时,在AC1以上冷却速度过快,造成零件产生的热应力过大，没有达到较为理想的淬火冷却速度，所以零件易产生裂纹。在本发明中,45#钢淬火热处理改进后的工艺要点有以下4个方面:淬火前预冷、淬火与回火时间间隔、使用油作为淬火介质、改变零件的形状结构及尺寸。
淬火前预冷：零件淬火入三硝液前在空气中预冷，可以减少热应力。使工件变形和开裂倾向减小。若没有预冷或预冷的时间太短，则起不到降温减少热应力的作用；若预冷的时间过长，则零件温降过多，会发生非马氏体转变，影响淬火效果，或导致零件热处理失效。
淬火后及时回火：淬火后待零件温度降至300℃左右时出三硝液空冷，空冷一定时间后及时回火。
使用油作为淬火介质：按照一般淬火原则，应尽可能采用冷却速度小的淬火介质以降低淬火零件的内应力,尤其是小截面的45#钢零件,应采用冷却速度小的冷却介质,提高加热温度,加大过冷度和提高临界冷却速度,也可防止和减小45#钢淬火裂纹。
改变零件的形状结构及尺寸：避免危险尺寸，稍微改变易产生应力集中的部位，如加大倒角尺寸及R处圆角尺寸，均可避免淬火裂纹；如能另选材料或改变尺寸与结构，也能避免淬火裂纹。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明通过分析45#钢淬火裂纹的形成机理，制定并优化热处理工艺路线，消除45#钢零件淬火后的裂纹缺陷，使热处理合格品率提高40％以上，且对现有的热处理设备不要求大规模改动，易于实现。
附图说明
图1为45#钢过冷奥氏体的CCT曲线图；
图2为45#钢淬火理想冷却曲线图；
图3为过饱和硝盐水溶液冷却曲线。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
本发明中所述45#钢的化学成分见表1。
C Si Mn Cu Ni Cr P S
0.42 0.17 0.5 ≤0. ≤0. ≤0. ≤0. ≤0.
表1 45#钢的化学成分(质量分数，wt.％)表
本发明中所述的硝液配方如下：
三硝液配方：25％NaNO3+20％NaNO2+20％KNO3+5％H2O
实施例1：Φ4mm直棒状态45#钢半圆箍的强化热处理(冷却介质为油)：
步骤一：检查待处理零件的形状、尺寸及表面质量，不允许存在磕碰伤及裂纹；
步骤二：在空气电阻炉的仪表盘上设定程序，待炉温达到淬火保温温度(820℃)后，吊挂在专用工装上的零件入炉，在炉温恢复至设定温度后按设定时间计时保温，保温时间为7min。
步骤三：保温结束后，零件立即(约2s)入油冷却。
步骤四：冷却后的零件在循环空气电阻炉中进行回火，回火保温温度为525℃，回火保温时间为40min，回火保温结束后出炉空冷。
试验结果：热处理后零件表面无裂纹，硬度为HRA65～66.4，但有软点存在。机械性能结果见表2，组织为回火索氏体+少量残余铁素体。
表2机械性能实验报告
Figure BDA0002903907830000041
实施例2：Φ4mm直棒状态45#钢半圆箍的强化热处理(冷却介质为三硝液)：
步骤一：检查待处理零件的形状、尺寸及表面质量，不允许存在磕碰伤及裂纹；
步骤二：在空气电阻炉的仪表盘上设定程序，待炉温达到淬火保温温度(820℃)后，吊挂在专用工装上的零件入炉，在炉温恢复至设定温度后按设定时间计时保温，保温时间为7min。
步骤三：保温结束后，零件在空气中预冷8s后入三硝液冷却。
步骤四：冷却后的零件在循环空气电阻炉中进行回火，回火保温温度为525℃，回火保温时间为40min，回火保温结束后出炉空冷。
试验结果：热处理后零件表面没有裂纹，硬度为HRC29～31。
实施例3：Φ4mm弯曲带螺纹状态45#钢的强化热处理(冷却介质为三硝液)：
步骤一：检查待处理零件的形状、尺寸及表面质量，不允许存在磕碰伤及裂纹；
步骤二：在空气电阻炉的仪表盘上设定程序，待炉温达到淬火保温温度(820℃)后，吊挂在专用工装上的零件入炉，在炉温恢复至设定温度后按设定时间计时保温，保温时间为7min。
步骤三：保温结束后，零件在空气中预冷6s后入三硝液冷却。
步骤四：冷却后的零件在循环空气电阻炉中进行回火，回火保温温度为525℃，回火保温时间为40min，回火保温结束后出炉空冷。
试验结果：热处理后零件表面没有裂纹，硬度为HRC29～32。
(一)图1是45#钢过冷奥氏体CCT曲线。一般碳钢淬火冷却到Ac1至650℃以前,奥氏体比较稳定,冷却速度可以缓慢,以减少较大的热应力和变形；当冷却至650℃～400℃时,应具有足够的冷却速度,以防止奥氏体向珠光体转变；在400℃以下进入马氏体区,其冷却速度应尽量缓慢,以降低过大的组织应力和防止变形开裂(理想的冷却曲线图见图2)；而45#钢本身淬透性低(见图1),Ms点约为330℃,马氏体转变快,易产生较大的组织应力和热应力。因此,当淬火介质为水时,45#钢难以达到这种理想的冷却条件。
(二)三硝液是一种硝盐的过饱和溶液，与氯化钠水溶液的情形相似，在高温下析出盐的晶体，即可爆炸成云雾状，起到破坏蒸汽膜的作用、降低蒸汽膜的稳定性的作用。特性温度(630℃)比水的(340℃)高得多，在650℃～350℃温度区间，它的冷却速度比水和油都要快，而在300℃～200℃温度区间，冷却速度水要缓慢。这种溶液的对流传热速度小，是由于工件周围的溶液被加热后溶解度增大，比重增大、粘度增高所造成的，这有利于减少热应力与组织应力。利用介质先速冷后缓冷的这种特性，过饱和硝盐水溶液单液淬火可以代替水～油双液淬火，其冷却曲线见图3。介质的比重应控制在1.4～1.5，溶液的使用温度不超过60℃，比重增大，浓度升高，会减缓冷却速度，切不可用通蒸汽的办法加热介质，以免改变硝盐水溶液的成分。要经常用比重计控制硝盐的成分，发现有偏差应及时调整。

Claims (2)

1.一种控制和防止45#钢零件淬火开裂的热处理工艺，其特征在于：4～12mm的45#钢零件，状态为原始直棒状或半成品弯曲带螺纹状态；处理步骤如下：
步骤1：将45#钢零件吊挂入炉淬火，淬火保温的温度为780～860℃，淬火保温时间为5～12min；
步骤2：淬火保温结束后出炉在空气中预冷，预冷2s后淬入淬火油或预冷6～8s后淬入三硝液中使零件冷却至低于300℃时出三硝液，然后空冷至室温；
步骤3：然后进行回火，回火与淬火间隔时间控制在3min以内；回火的零件到温入炉，回火保温温度为490～570℃，回火温度保温时间为30～50min；回火保温结束后出炉空冷。
2.根据权利要求1所述控制和防止45#钢零件淬火开裂的热处理工艺，其特征在于：所述吊挂入炉的45#钢零件放置在设备的炉温均匀性测试有效区内。
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