CN115449618B - 一种40CrNiMoA材质的高铁紧固用高强螺栓的热处理工艺 - Google Patents
一种40CrNiMoA材质的高铁紧固用高强螺栓的热处理工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种40CrNiMoA材质的高铁紧固用高强螺栓的热处理工艺，包括对螺栓进行正火、回火处理、将螺栓加热至奥氏体化温度、对螺栓进行淬火操作、再次对螺栓回火，再次对螺栓回火时，将螺栓移至回火炉中进行第一次回火，回火温度为180℃～240℃，保温120min～150min后冷却至室温，将螺栓移至回火炉中进行二次回火，回火温度为470℃～490℃，保温150min～180min后快速冷却，采用本发明提出的热处理工艺可使高铁紧固用高强螺栓的抗拉强度≥1220MPa，屈服强度≥1100MPa，‑40℃夏氏冲击功≥30J，大大提高高铁紧固用高强螺栓的机械性能，保证高铁紧固用高强螺栓的安全系数满足设计要求，为高铁的安全运行提供坚实的保障，降低高铁紧固用高强螺栓的磨损率、脱落率和报废率，降低高铁的维护成本。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料改性技术领域，具体涉及一种40CrNiMoA材质的高铁紧固用高强螺栓的热处理工艺。
背景技术
高速铁路，简称高铁，是指设计标准等级高、可供列车安全高速行驶的铁路系统，由于列车的高速行驶，铁路系统常处于动荡状态，因此对紧固用高强螺栓的综合机械性能要求较高，现有技术中，高铁紧固用高强螺栓均采用国标12.9级高强螺栓，为降低高铁紧固用高强螺栓的磨损率、脱落率和报废率，降低高铁的维护成本，特提出本发明用于提高高铁紧固用高强螺栓的抗拉强度、屈服强度和-40℃夏氏冲击功。
发明内容
本发明实施例提供了一种40CrNiMoA材质的高铁紧固用高强螺栓的热处理工艺，既能提升现有技术中高铁紧固用高强螺栓的安全使用性能，又可以降低现有技术中高铁紧固用高强螺栓的磨损率、脱落率和报废率，降低高铁的维护成本，提高高铁紧固用高强螺栓的抗拉强度、屈服强度和-40℃夏氏冲击功。
为达到上述目的，本发明提供了一种40CrNiMoA材质的高铁紧固用高强螺栓的热处理工艺，包括以下步骤：
步骤A、对螺栓进行正火处理：将螺栓放入多用炉炉膛内进行正火操作，将多用炉内的温度加热至880℃～900℃，保温150min～180min，炉膛气氛渗碳气氛中活性碳的碳势为0.35％～0.45％，加热过程中，往炉膛内通入工艺气体，保证炉膛内部处于渗碳气氛，正火操作完成后，将螺栓从炉膛移至冷却室，在保护气氛中进行气冷；
步骤B、对螺栓进行回火处理：将步骤A中的螺栓送入回火炉中进行回火操作，将回火炉内的温度加热至650℃～700℃，保温150min～180min，回火加热保温过程中通入氮气保护，避免零件表面氧化脱碳，回火操作完成后，将螺栓转运至料台上自然冷却；
步骤C、将螺栓加热至奥氏体化温度：将步骤B中的螺栓移至炉膛内加热至奥氏体化温度860～880℃，保温150min～200min，炉膛气氛渗碳气氛中活性碳的碳势为0.35％～0.45％，加热过程中，往炉膛内通入工艺气体，保证炉膛内部处于渗碳气氛；
步骤D、对螺栓进行淬火操作：将步骤C中的螺栓转移至淬火油槽中进行油冷；
步骤E、再次对螺栓回火：将步骤D中的螺栓移至回火炉中进行第一次回火，回火温度为180℃～240℃，保温120min～150min，第一回火操作结束后，将螺栓移至料台上自然冷却，冷却至室温后，将螺栓移至回火炉中进行二次回火，回火温度为470℃～490℃，保温150min～180min，二次回火结束，将螺栓浸入防锈液中进行快速冷却。
作为本发明的一种优选技术方案，在步骤A和步骤C中，通入的工艺气体为氮气4m444～8m444、甲醇4L44～8L44和丙烷0m444～1m444。
作为本发明的一种优选技术方案，在步骤D中，将螺栓从炉膛内部移至淬火油槽的转移时间不超过15S。
作为本发明的一种优选技术方案，在步骤D中，将螺栓放入淬火油槽前，淬火油槽内的油温为60℃～80℃。
作为本发明的一种优选技术方案，在步骤D中，冷却时间为20min～30min，淬火结束后，采用升降机将螺栓提出淬火油槽，沥油10min～20min，沥油结束后，将螺栓移至清洗机洗去螺栓表面的淬火油。
作为本发明的一种优选技术方案，在步骤D中，采用搅拌器对淬火油槽内的淬火油进行搅拌，搅拌器的转速为1200r4min～1500r4min。
作为本发明的一种优选技术方案，在步骤D中，采用搅拌器对淬火油槽内的淬火油进行搅拌的同时通过风冷系统对油槽内的淬火油进行冷却降温。
作为本发明的一种优选技术方案，还包括步骤F，对步骤E中得到的螺栓进行抽样检测，并对检测合格后的螺栓进行防锈包装。
相对于现有技术而言，本发明的有益效果是：采用本发明提出的热处理工艺可使高铁紧固用高强螺栓的抗拉强度≥1220MPa，屈服强度≥1100MPa，-40℃夏氏冲击功≥30J，大大提高高铁紧固用高强螺栓的机械性能，一方面，保证了高铁紧固用高强螺栓的安全系数完全满足设计要求，为高铁的安全运行提供坚实的保障；另一方面可以降低高铁紧固用高强螺栓的磨损率、脱落率和报废率，降低高铁的维护成本。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
图1为本发明实施例公开的一种40CrNiMoA材质的高铁紧固用高强螺栓的热处理工艺的流程框图。
具体实施方式
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。
实施例1：
如图1所示：一种40CrNiMoA材质的高铁紧固用高强螺栓的热处理工艺，包括以下步骤：
步骤A、对螺栓进行正火处理：将螺栓放入多用炉炉膛内进行正火操作，将多用炉内的温度加热至880℃～900℃，保温150min～180min，加热过程中，往炉膛内通入工艺气体，通入的工艺气体为氮气4m444～8m444、甲醇4L44～8L44和丙烷0m444～1m444，渗碳气氛中活性碳的碳势为0.35％～0.45％，保证炉膛内部处于渗碳气氛，正火操作完成后，将螺栓从炉膛移至冷却室，在保护气氛中进行冷却；
具体的，本实施例所采用的螺栓为十二角头螺栓，批号为H2207-1594，利用氧探头传感器和碳势控制仪器，保证炉膛内部是活性碳原子碳的渗碳气氛，气氛中活性碳浓度的碳势0.35％～0.45％，确保零件表面不会有氧化和脱碳，步骤A的技术效果为：一方面可以让螺栓的微观组织和合金元素的分布会变得均匀，另一方面可以让螺栓的微观组织也可以更加的细化，螺栓的韧性会明显提高；
步骤B、对螺栓进行回火处理：将步骤A中的螺栓送入回火炉中进行回火操作，将回火炉内的温度加热至650℃～700℃，保温150min～180min，回火操作完成后，将螺栓转运至料台上自然冷却；
具体的，步骤B的技术效果为：螺栓的微观组织变得更加均匀和细致；
步骤C、将螺栓加热至奥氏体化温度：将步骤B中的螺栓移至炉膛内加热至奥氏体化温度，保温150min～200min，加热过程中，往炉膛内通入工艺气体，通入的工艺气体为氮气4m444～8m444、甲醇4L44～8L44和丙烷0m444～1m444，渗碳气氛中活性碳的碳势为0.35％～0.45％，保证炉膛内部处于渗碳气氛；
具体的，奥氏体化温度为850℃～900℃，保温150min～200min，使螺栓完全奥氏体化，合金元素进一步均匀扩散，利用氧探头传感器和碳势控制仪器，保证炉膛内部是活性碳原子碳的渗碳气氛，气氛中活性碳浓度的碳势0.35％～0.45％，确保零件表面不会有氧化和脱碳；
步骤D、对螺栓进行淬火操作：将步骤C中的螺栓转移至淬火油槽中进行冷却，将螺栓放入淬火油槽前，淬火油槽内的油温为60℃～80℃，将螺栓从炉膛内部移至淬火油槽的转移时间不超过15S，采用搅拌器对淬火油槽内的淬火油进行搅拌，搅拌器的转速为1200r4min～1500r4min，冷却时间为20min～30min，淬火结束后，采用升降机将螺栓提出淬火油槽，沥油10min～20min，沥油结束后，将螺栓移至清洗机洗去螺栓表面的淬火油；
具体的，淬火油型号为好富顿K油，油槽内采用四个搅拌器对淬火油进行搅拌，加快淬火油的对流效果，使零件的金相组织从奥氏体转变成马氏体；
步骤E、再次对螺栓回火：将步骤D中的螺栓移至回火炉中进行第一次回火，回火温度为180℃～240℃，保温120min～150min，第一回火操作结束后，将螺栓移至料台上自然冷却，冷却至室温后，将螺栓移至回火炉中进行二次回火，进行第二次回火时，将螺栓转移至回火炉中进行回火操作，回火温度为470℃，保温150min～180min，二次回火结束，将螺栓浸入防锈液中进行快速冷却。
具体的，经过二次回火后，螺栓微观金相组织由马氏体转变成屈氏体，获得符合其服役条件的综合性能。
在本实施例中，还包括步骤F，对步骤E中得到的螺栓进行抽样检测，并对检测合格后的螺栓进行防锈包装。
具体的，经过上述方法处理后的螺栓经检测，抗拉强度为1329MPa、屈服强度为1251MPa、收缩率为58％、延伸率为15％、-40℃冲击功为37J，大大提高了高强螺栓的综合性能，降低高铁紧固用高强螺栓的磨损率、脱落率和报废率，降低高铁的维护成本。
实施例2：
在本实施例中，相较于实施例1而言，实施例2与实施例1的不同之处在于：螺栓的批号为H2206-2462，步骤E中，第二次回火的温度为480℃。
经过上述方法处理后的螺栓经检测，抗拉强度为1305MPa、屈服强度为1242MPa、收缩率为59％、延伸率为15％、-40℃冲击功为33.5J，相较于实施例1而言，螺栓的抗拉强度、屈服强度和冲击功数据略有下降，收缩率数据略有上升，延伸率数据相等，相较于国标12.9级高强螺栓而言，大大提高了高强螺栓的综合性能，降低高铁紧固用高强螺栓的磨损率、脱落率和报废率，降低高铁的维护成本。
实施例3：
在本实施例中，相较于实施例2而言，实施例3与实施例2的不同之处在于：螺栓的批号为H2206-2067。
经过上述方法处理后的螺栓经检测，抗拉强度为1271MPa、屈服强度为1162MPa、收缩率为56％、延伸率为14％、-40℃冲击功为39.5J，相较于实施例2而言，螺栓的抗拉强度、屈服强度、收缩率和延伸率数据略有下降，冲击功数据上升，相较于国标12.9级高强螺栓而言，大大提高了高强螺栓的综合性能，降低高铁紧固用高强螺栓的磨损率、脱落率和报废率，降低高铁的维护成本。
实施例4：
在本实施例中，相较于实施例2而言，实施例4与实施例2的不同之处在于：本实施例所采用的螺栓为带直齿圆盘头螺栓，螺栓的批号为H2207-1020。
经过上述方法处理后的螺栓经检测，抗拉强度为1295MPa、屈服强度为1216MPa、收缩率为57％、延伸率为13.5％、-40℃冲击功为39.5J，相较于实施例2而言，螺栓的抗拉强度、屈服强度、收缩率和延伸率数据下降、冲击功数据上升，相较于国标12.9级高强螺栓而言，大大提高了高强螺栓的综合性能，降低高铁紧固用高强螺栓的磨损率、脱落率和报废率，降低高铁的维护成本。
实施例5：
在本实施例中，相较于实施例1而言，实施例5与实施例1的不同之处在于：螺栓的批号为H2206-2428，步骤E中，第二次回火的温度为485℃。
经过上述方法处理后的螺栓经检测，抗拉强度为1311MPa、屈服强度为1208MPa、收缩率为56％、延伸率为14.5％、-40℃冲击功为37J，相较于实施例1而言，螺栓的抗拉强度、屈服强度、收缩率和延伸率数据下降，冲击功数据相等，相较于国标12.9级高强螺栓而言，大大提高了高强螺栓的综合性能，降低高铁紧固用高强螺栓的磨损率、脱落率和报废率，降低高铁的维护成本。
实施例6：
在本实施例中，相较于实施例5而言，实施例6与实施例5的不同之处在于：螺栓的批号为H2203-3282，步骤E中，第二次回火的温度为490℃。
经过上述方法处理后的螺栓经检测，抗拉强度为1248MPa、屈服强度为1152MPa、收缩率为56％、延伸率为13.5％、-40℃冲击功为33.5J，相较于实施例5而言，螺栓的抗拉强度、屈服强度、延伸率和冲击功数据下降，收缩率数据相等，相较于国标12.9级高强螺栓而言，大大提高了高强螺栓的综合性能，降低高铁紧固用高强螺栓的磨损率、脱落率和报废率，降低高铁的维护成本。
实施例7：
在本实施例中，相较于实施例6而言，实施例7与实施例6的不同之处在于：螺栓的批号为H2209-1351。
经过上述方法处理后的螺栓经检测，抗拉强度为1271MPa、屈服强度为1189MPa、收缩率为59％、延伸率为13.5％、-40℃冲击功为38J，相较于实施例6而言，螺栓的抗拉强度、屈服强度、收缩率和冲击功数据上升，延伸率数据相等，相较于国标12.9级高强螺栓而言，大大提高了高强螺栓的综合性能，降低高铁紧固用高强螺栓的磨损率、脱落率和报废率，降低高铁的维护成本。
实施例8：
在本实施例中，相较于实施例7而言，实施例8与实施例7的不同之处在于：本实施例所采用的螺栓为双头螺栓，螺栓的批号为H2206-2450。
经过上述方法处理后的螺栓经检测，抗拉强度为1226MPa、屈服强度为1122MPa、收缩率为60％、延伸率为15％、-40℃冲击功为55J，相较于实施例7而言，螺栓的收缩率、延伸率和冲击功数据上升，抗拉强度和屈服强度数据下降，相较于国标12.9级高强螺栓而言，大大提高了高强螺栓的综合性能，降低高铁紧固用高强螺栓的磨损率、脱落率和报废率，降低高铁的维护成本。
实施例9：
在本实施例中，相较于实施例8而言，实施例9与实施例8的不同之处在于：螺栓的批号为H2209-1779。
经过上述方法处理后的螺栓经检测，抗拉强度为1222MPa、屈服强度为1117MPa、收缩率为60％、延伸率为17％、-40℃冲击功为53J，相较于实施例8而言，螺栓的收缩率数据相等，抗拉强度、屈服强度和冲击功数据略有下降、延伸率数据略有提升，相较于国标12.9级高强螺栓而言，大大提高了高强螺栓的综合性能，降低高铁紧固用高强螺栓的磨损率、脱落率和报废率，降低高铁的维护成本。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种40CrNiMoA材质的高铁紧固用高强螺栓的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A、对螺栓进行正火处理：将螺栓放入多用炉炉膛内进行正火操作，将多用炉内的温度加热至880℃～900℃，保温150min～180min，炉膛气氛渗碳气氛中活性碳的碳势为0.35％～0.45％，加热过程中，往炉膛内通入工艺气体，通入的工艺气体为氮气4m3/h～8m3/h、甲醇4L/h～8L/h和丙烷0m3/h～1m3/h，保证炉膛内部处于渗碳气氛，正火操作完成后，将螺栓从炉膛移至冷却室，在保护气氛中进行气冷；
步骤B、对螺栓进行回火处理：将步骤A中的螺栓送入回火炉中进行回火操作，将回火炉内的温度加热至650℃～700℃，保温150min～180min，回火加热保温过程中通入氮气保护，避免零件表面氧化脱碳，回火操作完成后，将螺栓转运至料台上自然冷却；
步骤C、将螺栓加热至奥氏体化温度：将步骤B中的螺栓移至炉膛内加热至奥氏体化温度860～880℃，保温150min～200min，炉膛气氛渗碳气氛中活性碳的碳势为0.35％～0.45％，加热过程中，往炉膛内通入工艺气体，通入的工艺气体为氮气4m3/h～8m3/h、甲醇4L/h～8L/h和丙烷0m3/h～1m3/h，保证炉膛内部处于渗碳气氛；
步骤D、对螺栓进行淬火操作：将步骤C中的螺栓转移至淬火油槽中进行油冷；
步骤E、再次对螺栓回火：将步骤D中的螺栓移至回火炉中进行第一次回火，回火温度为180℃～240℃，保温120min～150min，第一回火操作结束后，将螺栓移至料台上自然冷却，冷却至室温后，将螺栓移至回火炉中进行二次回火，回火温度为470℃～490℃，保温150min～180min，二次回火结束，将螺栓浸入防锈液中进行快速冷却。
2.根据权利要求1所述的一种40CrNiMoA材质的高铁紧固用高强螺栓的热处理工艺，其特征在于：在步骤D中，将螺栓从炉膛内部移至淬火油槽的转移时间不超过15S。
3.根据权利要求1所述的一种40CrNiMoA材质的高铁紧固用高强螺栓的热处理工艺，其特征在于：在步骤D中，将螺栓放入淬火油槽前，淬火油槽内的油温为60℃～80℃。
4.根据权利要求1所述的一种40CrNiMoA材质的高铁紧固用高强螺栓的热处理工艺，其特征在于：在步骤D中，冷却时间为20min～30min，淬火结束后，采用升降机将螺栓提出淬火油槽，沥油10min～20min，沥油结束后，将螺栓移至清洗机洗去螺栓表面的淬火油。
5.根据权利要求1所述的一种40CrNiMoA材质的高铁紧固用高强螺栓的热处理工艺，其特征在于：在步骤D中，采用搅拌器对淬火油槽内的淬火油进行搅拌，搅拌器的转速为1200r/min～1500r/min。
6.根据权利要求5所述的一种40CrNiMoA材质的高铁紧固用高强螺栓的热处理工艺，其特征在于：在步骤D中，采用搅拌器对淬火油槽内的淬火油进行搅拌的同时通过风冷系统对油槽内的淬火油进行冷却降温。
7.根据权利要求1所述的一种40CrNiMoA材质的高铁紧固用高强螺栓的热处理工艺，其特征在于：还包括步骤F，对步骤E中得到的螺栓进行抽样检测，并对检测合格后的螺栓进行防锈包装。
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