CN114959193A - 低压淬火减小变形的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种低压淬火减小变形的方法，涉及热处理技术领域，该低压淬火减小变形的方法，首先加热待处理工件，然后将油冷室的油面压力调整至预设压力，再将待处理工件送入到装有淬火油的淬火槽，其中，预设压力小于或等于20kpa，通过降低油面压力，使得待处理工件在转运和淬火过程中均处于低压状态，实现了低压淬火工艺，使得待处理工件表面的蒸汽膜阶段保持的时间更长，避免了由于形状差引起的温度差，进而减小了淬火变形。相较于现有技术，本发明提供的低压淬火减小变形的方法，通过实现低压淬火工艺，减小了淬火变形，保证了淬火质量。

Description

低压淬火减小变形的方法

技术领域

本发明涉及领域，具体而言，涉及一种低压淬火减小变形的方法。

背景技术

考虑到汽车的油耗量等因素，汽车零部件轻型化的需求在不断推进。轻量化是零件的薄型化，而越是薄的产品越容易变形。在热处理中的变形中，淬火变形是主要的变形形式。淬火变形的主要原因是淬火冷却时产品内部产生的温度差引起变形，在这种温度差的状态下，可达到马氏体变态温度。在达到变态温度前，如果进一步冷却，则会向收缩侧前进，不过，而在达到马氏体变态的温度时，进一步冷却，则会向膨胀侧前进。

因此，如何减小淬火变形，是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种低压淬火减小变形的方法，其能够减少淬火变形，并且保证淬火质量。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种低压淬火减小变形的方法，包括：

加热待处理工件；

调整油冷室的油面压力至预设压力；

将所述待处理工件送入装有淬火油的淬火槽；

其中，所述淬火槽设置在所述油冷室内，所述预设压力小于或等于20kpa。

在可选的实施方式中，将所述待处理工件送入装有淬火油的淬火槽的步骤之后，所述方法还包括：

在所述待处理工件送入所述淬火槽保持第一预设时间后启动油搅拌机；

其中，所述油搅拌机用于搅拌所述淬火油。

在可选的实施方式中，所述油搅拌机的转速设定为额定最低转速。

在可选的实施方式中，所述第一预设时间为3s-7s。

在可选的实施方式中，加热待处理工件的步骤，包括：

利用外部搬送装置将所述待处理工件送入加热室；

利用对流加热装置提升所述加热室的温度，并加热所述待处理工件。

在可选的实施方式中，将所述待处理工件送入装有淬火油的淬火槽的步骤，包括：

打开隔热门，以使所述油冷室和所述加热室导通；

利用所述对流加热装置对所述待处理工件进行保温；

将所述待处理工件由所述加热室送入所述淬火槽。

在可选的实施方式中，若所述待处理工件为含碳量0.45％以下的碳钢，则所述预设压力大于或等于1kpa。

在可选的实施方式中，若所述待处理工件为合金钢，则所述预设压力小于或等于1kpa。

在可选的实施方式中，将所述待处理工件送入装有淬火油的淬火槽的步骤之后，所述方法还包括：

在所述待处理工件送入所述淬火槽保持第二预设时间后将所述待处理工件从所述淬火槽中取出。

在可选的实施方式中，所述第二预设时间为30min-60min。

本发明实施例的有益效果包括，例如：

本发明实施例提供的低压淬火减小变形的方法，首先加热待处理工件，然后将油冷室的油面压力调整至预设压力，再将待处理工件送入到装有淬火油的淬火槽，其中，预设压力小于或等于20kpa，通过降低油面压力，使得待处理工件在转运和淬火过程中均处于低压状态，实现了低压淬火工艺，使得待处理工件表面的蒸汽膜阶段保持的时间更长，避免了由于形状差引起的温度差，进而减小了淬火变形。相较于现有技术，本发明提供的低压淬火减小变形的方法，通过实现低压淬火工艺，减小了淬火变形，保证了淬火质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例提供的低压淬火减小变形的方法的步骤框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

正如背景技术中所公开的，淬火变形是淬火工艺中不得不考虑的一个缺陷。而在油淬火的冷却过程中，通常是由三个对流阶段组成，高温处理材料的表面被蒸汽膜包裹，冷却速度变慢的蒸汽膜阶段；以及在高温处理材料的表面淬火油沸腾，冷却速度变得非常快的沸腾阶段；最后，在淬火油沸点以下温度下降的处理材料表面淬火油对流，冷却速度再次变慢阶段。另外，在油面压中，压力越高，蒸汽膜阶段越早结束，且压力越高淬火油的沸点越高。

为了解决背景技术中提及的问题，目前的改善对策可以是如下方案：

1、使用盐作为冷却剂，然而，加盐有可能导致淬火油失效或劣化，大大提升了淬火油更换频率，提升了淬火成本。

2、采用热油淬火，即将淬火油保持在200℃左右。但是这种无法对待处理工件进行充分冷却，不利于淬火组织的生成，导致淬火效果差。

为了解决上述问题，本发明提供了一种低压淬火减小变形的方法，其能够有效解决淬火变形的问题，并保证淬火质量，且不会造成淬火油快速失效或劣化。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

具体实施例

参见图1，本发明提供了一种低压淬火减小变形的方法，能够减少淬火变形，并且保证淬火质量。

本实施例提供的低压淬火减小变形的方法，主要适用于加热、淬火等热处理工艺，而在淬火阶段，现有技术中通常会产生淬火变形的缺陷，从而影响产品质量。

经发明人调研发现，变形原因是被处理品内产生的温度分布差引起的。冷却速度(冷却能力)因被处理品的冷却部的形状而不同。例如，在平面冷却能力为1的情况下，两面的边缘是3倍，顶角部是7倍，相反，两面边是1/3倍。由于上述形状的不同，冷却速度越快，温度差越大。相反，如果冷却速度较慢，则因形状差而产生的温度差较小。而一般情况下，淬火油和被处理品的对象表面的温度差越大，冷却速度越快。基于以上分析，被处理品在高温阶段时，冷却速度较慢，因形状差而产生的温度差越少。因此，在油冷的冷却阶段，冷却速度最慢的是蒸汽膜阶段。因此，蒸气膜阶段尽可能在高温区域延长，则由于形状差引起的温度差变少，这样就能减少淬火变形。

但是，还需要注意蒸汽膜阶段冷却速度慢的问题。淬火时，每种材质都有不同的连续冷却变态曲线(CCT曲线)，高温部位需要注意的是珠光体的形成。冷却速度变慢的话，如果冷却曲线施加到该珠光体上，冷却结束后，就不能成为马氏体组织，珠光体组织就会析出，而如果这个珠光体组织析出的话，就不能成为淬火组织，结果比淬火硬度低很多，导致淬火效果差。接下来是关于蒸汽膜的问题，从上下而言，蒸汽膜从下侧断开，突起部也容易断裂，外部刺激也容易切断，摇晃(摇晃和工装的碰撞等)和油流等也有影响，因此，目前的技术手段还无法有效的平衡上述问题。

此外，基于发明人的调研，根据不同钢材(低合金钢：42CrMo，碳钢：S45C)的硬度测量结果，0.42％C的低合金钢的情况下，在真空侧处理的表面硬度较高。这与沸点有关，但是，也有含碳量0.45％的碳钢在真空中冷却后却没有淬火硬度。因此，碳钢的含碳量0.45％被认为是真空冷却的临界值。

基于以上分析，本实施例提出了一种新型的低压淬火减小变形的方法，其主要基于常规的热处理炉设备进行操作，包括以下步骤：

S1：加热待处理工件。

具体地，可以首先将待处理工件装配在外部搬运装置上，方便后续的搬运动作。在实际操作时，可以首先将加热室上的隔热门打开，利用搬运装置将待处理工件送入加热室，加热室内设置有对流加热装置，在将待处理工件送入加热室后可以利用对流加热装置提升加热室的温度，并加热待处理工件。在此过程中，还可以利用加热室完成例如渗氮、渗碳等常规的热处理工艺，其具体工艺步骤和原理可以参考现有的渗氮、渗碳工艺。

需要说明的是，此处利用对流加热装置提升加热室的温度的过程中，还需要不断地向加热室内通入气体，以保持加热的均匀性，在保持一段时间后，即可以认为待处理工件加热完成，整个待处理工件的温度均上升至目标温度。

S2：调整油冷室的油面压力至预设压力。

具体地，在加热过程中或加热完成后，即可以调整油冷室的油面压力至预设压力，其中，油冷室与加热室接合，且自身也可以处于密闭状态，从而方便进行压力的调节。在实际调节压力时，需要将油冷室内的压力调低，可以利用抽真空装置将油冷室内的气体抽走，从而使得油冷室降压至预设压力，其中，预设压力小于或等于20kpa。降压过程中加热室与油冷室处于相互气闭的状态。

需要说明的是，此处预设压力还可以根据待处理工件的材料进行适应性改进，若待处理工件为含碳量0.45％以下的碳钢，则预设压力大于或等于1kpa，即预设压力在1kpa-20kpa之间，优选为10kpa，能够取得良好的抗形变能力。若待处理工件为合金钢，例如低合金钢或高合金钢时，预设压力可以小于或等于1kpa，优选地，油面压力可以设定为真空状态(趋近于真空)，油面压力在真空状态下也能够确规定的硬度要求。但是，当待处理工件为大型复杂形状的工件时，油面压力优选也不采用真空，由于待处理工件热容量大，此处优选还是采取预设压力例如0.5kpa，从而保证油面压力处于低压范围。

S3：将待处理工件送入装有淬火油的淬火槽。

具体地，可以首先打开加热室上的隔热门，以使油冷室和加热室导通，然后利用对流加热装置对待处理工件进行保温，最后利用外部搬运装置将待处理工件由加热室送入淬火槽。具体地，在加热室移动至油冷时前，需要提前将油面压力降低，在转移过程中，若打开隔热门，则会导致加热室里导入油面压力和设定的气体，进而导致待处理工件局部受冷。因此，在送入淬火槽之前，还需要将待处理工件进行保温处理，使得加热室内部的温度恢复，具体可以使用对流加热装置来消除温度降低的部分，使得待处理工件在送出加热室前保持均温状态。

需要说明的是，在待处理工件由加热室移动至油冷室的过程中，油面压力较高的情况下会导致待处理工件降温现象严重，而在低压状态下，待处理工件的表明温度很难降低，具体是由于通过传热率减少了表面的传热现象。例如在真空中没有传热效果，所以更不易冷却。而如果表面温度降低，到珠光体变态的温度差就会减少，因此硬度降低的担忧会扩大，有可能会导致淬火失效，因此，本实施例中通过采用油冷室低压的设置，也使得转运过程中待处理工件不会降温，进一步保证了淬火效果。

S4：在待处理工件送入淬火槽保持第一预设时间后启动油搅拌机。

具体地，油搅拌机设置在油冷室内，并与淬火槽连接，用于搅拌淬火油，使得淬火油处于温度均匀分布的状态。其中，第一预设时间为3s-7s，优选为5s。针对待处理工件为大产品或复杂形状时，在冷却初期保持油搅拌机静默5s，能够避面油面搅动，减小油流，从而通过油流来最小限度地防止蒸汽膜的破坏。需要说明的是，蒸汽膜是通过从锐角部先破坏的，且从大单位处来包围，因此细微部分也被一次膜覆盖，在油搅拌机静默状态下，蒸汽膜能够保持的更久。

需要说明的是，在油搅拌机启动后，其转速也设定为额定最低转速，其同样能够减缓破坏蒸汽膜，使得蒸汽膜的保持时间更久。特别地，针对待处理工件为小物件或简单形状时，采用额定最低转速，即时搅拌也很难发生蒸汽膜破坏的现象。

S5：在待处理工件送入淬火槽保持第二预设时间后将待处理工件从淬火槽中取出。

具体地，第二预设时间为30min-60min，优选为45min，在淬火完成后，可以将待处理工件从淬火槽中取出，并且悬置一段时间，并送出炉体外，完成淬火工艺。

综上所述，本实施例提供的低压淬火减小变形的方法，首先加热待处理工件，然后将油冷室的油面压力调整至预设压力，再将待处理工件送入到装有淬火油的淬火槽，其中，预设压力小于或等于20kpa，通过降低油面压力，使得待处理工件在转运和淬火过程中均处于低压状态，实现了低压淬火工艺，使得待处理工件表面的蒸汽膜阶段保持的时间更长，避免了由于形状差引起的温度差，进而减小了淬火变形。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种低压淬火减小变形的方法，其特征在于，包括：

加热待处理工件；

调整油冷室的油面压力至预设压力；

将所述待处理工件送入装有淬火油的淬火槽；

其中，所述淬火槽设置在所述油冷室内，所述预设压力小于或等于20kpa。

2.根据权利要求1所述的低压淬火减小变形的方法，其特征在于，将所述待处理工件送入装有淬火油的淬火槽的步骤之后，所述方法还包括：

在所述待处理工件送入所述淬火槽保持第一预设时间后启动油搅拌机；

其中，所述油搅拌机用于搅拌所述淬火油。

3.根据权利要求2所述的低压淬火减小变形的方法，其特征在于，所述油搅拌机的转速设定为额定最低转速。

4.根据权利要求2所述的低压淬火减小变形的方法，其特征在于，所述第一预设时间为3s-7s。

5.根据权利要求1所述的低压淬火减小变形的方法，其特征在于，加热待处理工件的步骤，包括：

利用外部搬送装置将所述待处理工件送入加热室；

利用对流加热装置提升所述加热室的温度，并加热所述待处理工件。

6.根据权利要求5所述的低压淬火减小变形的方法，其特征在于，将所述待处理工件送入装有淬火油的淬火槽的步骤，包括：

打开隔热门，以使所述油冷室和所述加热室导通；

利用所述对流加热装置对所述待处理工件进行保温；

将所述待处理工件由所述加热室送入所述淬火槽。

7.根据权利要求1所述的低压淬火减小变形的方法，其特征在于，若所述待处理工件为含碳量0.45％以下的碳钢，则所述预设压力大于或等于1kpa。

8.根据权利要求1所述的低压淬火减小变形的方法，其特征在于，若所述待处理工件为合金钢，则所述预设压力小于或等于1kpa。

9.根据权利要求1所述的低压淬火减小变形的方法，其特征在于，将所述待处理工件送入装有淬火油的淬火槽的步骤之后，所述方法还包括：

在所述待处理工件送入所述淬火槽保持第二预设时间后将所述待处理工件从所述淬火槽中取出。

10.根据权利要求9所述的低压淬火减小变形的方法，其特征在于，所述第二预设时间为30min-60min。

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