CN114317928B - 一种18CrNiMo7-6风电齿轮钢材料热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及风电齿轮钢材料热处理技术领域，具体为一种18CrNiMo7‑6风电齿轮钢材料热处理方法，热处理方法包含以下步骤：加热奥化、初段冷却、淬火冷却、高温回火和空冷成型，有益效果为：通过采用高温保温、淬火和高温回火的热处理工艺，使得工艺时间更短，工艺成本更低，同时具备良好的晶粒度稳定性，降低了工艺成本，同时极大的缩短了总工艺时长，提高了生产效率，节约资源。
Description
技术领域
本发明涉及风电齿轮钢材料热处理技术领域，具体为一种18CrNiMo7-6风电齿轮钢材料热处理方法。
背景技术
18CrNiMo7-6风电齿轮需经过渗碳淬火，提高工件表面硬度、耐磨性而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性使工件能承受冲击载荷。因渗碳淬火需工件在高温下长时间保温渗碳，为了防止渗碳过程中奥氏体晶粒的粗化，锻件需经过一系列预热处理，提高锻件晶粒度稳定性。
目前大部分18CrNiMo7-6风电齿轮钢锻后预热处理采用正回火+调质或等温退火+调质的方法，其工艺时间过长，成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种18CrNiMo7-6风电齿轮钢材料热处理方法，以解决18CrNiMo7-6风电齿轮钢材料的热处理效率和晶粒度的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种18CrNiMo7-6风电齿轮钢材料热处理方法，所述热处理方法包含以下步骤：
加热奥化，将锻件放入加热炉中，加热至900-1000℃保温奥氏体化；
初段冷却，调节加热炉的温度保持在860℃，持续保温至使锻件温度均匀；
淬火冷却，取出受热均匀的锻件，进行淬火冷却，至锻件的温度为室温；
高温回火，将冷却至室温的锻件加热至650℃，持续保温；
空冷成型，将保温后的锻件取出，置于空气中自然冷却成型。
优选的，所述加热炉的升温速度为5℃/min，锻件在加热炉中保温的时间为30-60分钟。
优选的，所述锻件在860℃温度下的保温时间为12-20分钟，加热炉的炉冷温度下降速度小于加热炉升温速度。
优选的，所述淬火时间为100-120分钟，淬火后吸干表面水渍并置于空气中静置，静置时长为3-5小时。
优选的，所述高温回火的升温速度与加热炉的升温速度相同，回火保温的时长大于初始保温的时长。
优选的，所述回火保温的时长为60-100分钟。
优选的，所述淬火的介质为水，水在淬火前保持室温。
优选的，所述从加热炉内取出至淬火遇水的时长控制在60秒之内。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过采用高温保温、淬火和高温回火的热处理工艺，使得工艺时间更短，工艺成本更低，同时具备良好的晶粒度稳定性，降低了工艺成本，同时极大的缩短了总工艺时长，提高了生产效率，节约资源。
附图说明
图1为本发明的热处理工艺示意图；
图2为本发明的锻件细晶粒金相图谱。
具体实施方法
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图2，本发明提供一种技术方案：
实施例1：一种18CrNiMo7-6风电齿轮钢材料热处理方法，所述热处理方法包含以下步骤：
加热奥化，奥氏体是在727℃以上的高温下存在的，奥氏体可塑性好，具有韧性，为此将锻件放入加热炉中，加热至900℃保温奥氏体化，加热炉的升温速度为5℃/min，锻件在加热炉中保温的时间为30分钟，保温30分钟实现对锻件的充分加热，使得锻件中心部分充分奥化，避免受热不均造成结构上的分层；
初段冷却，为了实现完全奥氏体化，使得工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性使工件能承受冲击载荷，将调节加热炉的温度保持在860℃，锻件在860℃温度下的保温时间为12分钟，持续保温至使锻件温度均，进而使得锻件在奥氏体化下的可塑性呈抛物线式变化，在860℃下保温使得锻件保持最佳性能，加热炉的炉冷温度下降速度小于加热炉升温速度，通过控制冷却速率，避免锻件晶粒结构发生突变，保持在奥氏体中的性能稳定；
淬火冷却，保温后取出受热均匀的锻件，进行淬火冷却，至锻件的温度为室温，淬火时间为100分钟，淬火后吸干表面水渍并置于空气中静置，静置时长为3小时，淬火的介质为水，水在淬火前保持室温，从加热炉内取出至淬火遇水的时长控制在60秒之内，通过淬火处理对保持稳定性能的高温锻件进行快速冷却，进而使得工件的性能更好、更稳定，通过长时间的淬火和静置冷却，使得锻件内外充分冷却至室温条件下。
高温回火，为了消除内应力，降低其硬度和强度，以提高其延性或韧性，将锻件回火处理，将冷却至室温的锻件重新加热至650℃，持续保温，高温回火的升温速度与加热炉的升温速度相同，避免由于升温速率的不同造成锻件晶粒的突变，回火保温的时长大于加热炉保温的时长，回火保温的时长为60分钟，回火温度不得高于727℃度，避免锻件再次奥化，造成晶粒结构的变化，且通过较长的保温充分实现锻件内部温度的均匀，进而达到对内应力的消除，使得锻件中心部分的韧性提高，适配于承受冲击载荷，提高风电齿轮钢材料的质量和性能；
空冷成型，将保温后的锻件取出，置于空气中自然冷却成型。
取样检测，经过晶粒度稳定性检测后得到相较于实施例4细化的晶粒，加工耗时6-7小时。
实施例2：一种18CrNiMo7-6风电齿轮钢材料热处理方法，所述热处理方法包含以下步骤：
加热奥化，奥氏体是在727℃以上的高温下存在的，奥氏体可塑性好，具有韧性，为此将锻件放入加热炉中，加热至950℃保温奥氏体化，加热炉的升温速度为5℃/min，锻件在加热炉中保温的时间为45分钟，保温45分钟实现对锻件的充分加热，使得锻件中心部分充分奥化，避免受热不均造成结构上的分层，为确认锻件内外层加热的充分性，调节温度和保温时间为变量，根据处理后锻件的晶粒度检测得出锻件充分受热均匀的温度和时间；
初段冷却，为了实现完全奥氏体化，使得工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性使工件能承受冲击载荷，将调节加热炉的温度保持在860℃，锻件在860℃温度下的保温时间为15分钟，持续保温至使锻件温度均，进而使得锻件在奥氏体化下的可塑性呈抛物线式变化，在860℃下保温使得锻件保持最佳性能，加热炉的炉冷温度下降速度小于加热炉升温速度，通过控制冷却速率，避免锻件晶粒结构发生突变，保持在奥氏体中的性能稳定，为确定锻件在860℃下锻件内外层晶粒完全稳定的时长，将保温的时间作为变量分析对比；
淬火冷却，保温后取出受热均匀的锻件，进行淬火冷却，至锻件的温度为室温，淬火时间为110分钟，淬火后吸干表面水渍并置于空气中静置，静置时长为4小时，淬火的介质为水，水在淬火前保持室温，从加热炉内取出至淬火遇水的时长控制在60秒之内，通过控制加热至淬火的时长为定量，避免锻件由于运输造成温度下降，进而影响淬火效果，通过淬火处理对保持稳定性能的高温锻件进行快速冷却，进而使得工件的性能更好、更稳定，通过长时间的淬火和静置冷却，使得锻件内外充分冷却至室温条件下，通过将淬火和静置的时长作为变量，对比反应锻件充分冷却所需的时间
高温回火，为了消除内应力，降低其硬度和强度，以提高其延性或韧性，将锻件回火处理，将冷却至室温的锻件重新加热至650℃，持续保温，高温回火的升温速度与加热炉的升温速度相同，避免由于升温速率的不同造成锻件晶粒的突变，回火保温的时长大于加热炉保温的时长，回火保温的时长为80分钟，回火温度不得高于727℃度，避免锻件再次奥化，造成晶粒结构的变化，且通过较长的保温充分实现锻件内部温度的均匀，进而达到对内应力的消除，使得锻件中心部分的韧性提高，适配于承受冲击载荷，提高风电齿轮钢材料的质量和性能，为确定锻件充分回火调质的性能，通过控制回火保温的时长反应锻件回火加热的充分性；
空冷成型，将步骤四保温后的锻件取出，置于空气中自然冷却成型。
取样检测，经过晶粒度稳定性检测后得到相较于实施例1细化的晶粒，加工耗时7-7.5小时。
实施例3：在实施例2的基础上，调节加热炉中加热温度为1000℃，保温时长为60分钟；
实施例4：在实施例1的基础上，调节加热炉860℃下的保温时间为20分钟；
实施例5：在实施例2的基础上，调节加热炉860℃下的保温时间为20分钟；
实施例6：在实施例4的基础上，调节淬火时间为120分钟，静置时长5小时；
实施例7：在实施例5的基础上，调节淬火时间为120分钟，静置时长5小时；
实施例8：在实施例6的基础上，调节回火保温时间为100分钟；
实施例9：在实施例7的基础上，调节回火保温时间为100分钟
对比例1：传统工艺中在950℃温度下的正回火+调质的热处理工艺。
上述实施例热处理完成后，取样并通过晶粒度稳定性检测，得出如下数据：
综上，将实施例1和2与传统调质方法对比例1相较，本申请中采用的热处理方法得到的晶粒更细；
将对比实施例1、4、6和8加工后锻件的晶粒，在实施例1和4中效率高，得到的晶粒更佳，同时得出回火保温时间不得高于100分钟，否则造成晶粒的破损或焦化；
对比实施例2和3加工后锻件的晶粒，得出温度在1000摄氏度时晶粒焦化；
对比实施例2、5和7加工后锻件的晶粒，实施例5和7中得到的晶粒最佳(如图2所示)，且在860℃温度下保温20分钟，实现锻件的晶粒性能充分稳定。
因此在950℃下保温45分钟，经过860℃保温20分钟，淬火5.5小时后在650℃下保温80分钟，得到的18CrNiMo7-6风电齿轮钢材料晶粒度最佳，具备良好的晶粒度稳定性，提高了生产效率，节约资源。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种18CrNiMo7-6风电齿轮钢材料热处理方法，其特征在于：所述热处理方法包含以下步骤：
加热奥化，将锻件放入加热炉中，加热至900-1000℃保温奥氏体化；
初段冷却，调节加热炉的温度保持在860℃，持续保温至使锻件温度均匀；
淬火冷却，取出受热均匀的锻件，进行淬火冷却，至锻件的温度为室温；
高温回火，将冷却至室温的锻件加热至650℃，持续保温；
空冷成型，将保温后的锻件取出，置于空气中自然冷却成型；
所述加热炉的升温速度为5℃/min，锻件在加热炉中保温的时间为30-60分钟；
所述淬火时间为100-120分钟，淬火后吸干表面水渍并置于空气中静置，静置时长为3-5小时；
所述高温回火避免锻件再次奥化，造成晶粒结构的变化将锻件回火处理，通过将冷却至室温的锻件重新加热至650℃，持续保温，高温回火的升温速度与加热炉的升温速度相同，避免由于升温速率的不同造成锻件晶粒的突变，回火保温的时长大于加热炉保温的时长，回火保温的时长为60分钟，回火温度不得高于727℃度。
2.根据权利要求1所述的一种18CrNiMo7-6风电齿轮钢材料热处理方法，其特征在于：
所述锻件在中860℃温度下的保温时间为12-20分钟，加热炉的炉冷温度下降速度小于加热炉中升温速度。
3.根据权利要求1所述的一种18CrNiMo7-6风电齿轮钢材料热处理方法，其特征在于：
所述高温回火的升温速度与加热炉的升温速度相同，回火保温的时长大于初始加热保温的时长。
4.根据权利要求3所述的一种18CrNiMo7-6风电齿轮钢材料热处理方法，其特征在于：
所述回火保温的时长为60-100分钟。
5.根据权利要求1所述的一种18CrNiMo7-6风电齿轮钢材料热处理方法，其特征在于：
所述淬火的介质为水，水在淬火前保持室温。
6.根据权利要求5所述的一种18CrNiMo7-6风电齿轮钢材料热处理方法，其特征在于：
从加热炉内取出至淬火遇水的时长控制在60秒之内。
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