CN116497182A - 一种减少中频感应淬火工件变形的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种减少中频感应淬火工件变形的方法，包括，首先对工件进行调质处理，然后采用感应淬火设备对工件进行感应淬火处理，再对工件进行低温回火处理。本发明利用感应淬火前调质处理和感应淬火处理后低温回火的双重减少工件变形措施，不仅提高感应淬火效率，而且有效减少感应淬火工件的变形。
Description
技术领域
本发明属于工件感应淬火领域，具体涉及到一种减少中频感应淬火工件变形的方法。
背景技术
感应淬火是利用电磁感应、集肤效应、涡流和电阻热等电磁原理，使工件表层快速加热，并快速冷却的热处理工艺，通过改变零件表层组织，以获得硬度很高的马氏体，而保留心部韧性和塑性(即表面淬火)，或同时改变表层的化学成分，以获得耐蚀、耐酸、耐碱性，及表面硬度，由于感应淬火层深度易于控制：且淬火时不易氧化和脱碳、操作易于实现机械化和自动化，生产率高等优势，因此，感应淬火技术被广泛用于各类加工行业中。
现有的感应淬火技术在感应时易造成工件变形，例如在感应工件时铁素体与珠光体的混合物，而淬火后为粗大型板条状马氏体组织，这些组织比体积不同，从而引起淬火后工件的翘曲，或工件淬火后未经回火，工件内应力较大，使工件疲劳寿命缩短，这些事故往往造成企业效率低下，能耗加大，废品率大大增加进而使成本提高。对工件表面进行事先加热处理，能有利于在淬火时减小因突然升温而造成工件高温开裂，其中经过高温后淬火的组织马氏体较大，试样变形明显，且不便于控制，导致淬火后组织不均匀，机械性能大大降低，直接影响工件使用寿命。
对工件淬火后进行回火处理，能有利于降低工件变形，提高工件疲劳强度，其中，淬火后高温回火，在实际生产中已经被证明可提高工件抗疲劳强度，但是，高温回火时引起淬火后的马氏组织的转变，致使工件表面强度下降，表面硬度达不到所需要求，表面易造成磨损，使工件服役时间缩短。
同时，高温回火由于加热时间长，加热温度高，能源损耗大，直接影响了企业生产效率。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种减少中频感应淬火工件变形的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种减少中频感应淬火工件变形的方法，包括，
通过高温炉将工件加热后，快速淬火；
将淬火后的工件置于高温回火炉回火、空冷，制得回火后的工件；
将回火后的工件进行感应淬火处理，制得感应淬火处理后的工件；
将感应淬火处理后的工件置于低温回火炉中淬火处理后，空冷处理，制得工件。
作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述通过高温炉将工件加热，其中，加热温度为830～890℃，加热保温时间为1.5～2.5h。
作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述加热温度为860℃，加热保温时间为2h。
作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述快速淬火包括通过快速淬火油淬火。
作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述将淬火后的工件置于高温回火炉回火，其中，回火炉回火温度为620～680℃，回火保持时间为1～2h。
作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述回火炉回火温度为650℃，回火保持时间为1.5h。
作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述感应淬火处理，其中，感应器移动速度为200～220mm/min，喷水流量为27～33L/min，喷火液浓度为8～18％，淬火液温度为23～33℃。
作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述感应器移动速度为210mm/min，喷水流量为30L/min，喷火液浓度为13％，淬火液温度为28℃。
作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述将感应淬火处理后的工件置于低温回火炉中淬火，其中，回火温度为180℃，回火时间为5h。
作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述工件包括42CrMo钢风电齿圈。
本发明有益效果：
(1)本发明提供一种减少中频感应淬火工件变形的方法，结合淬火前调质处理与淬火完成后低温回火处理措施，将工件在淬火前进行调质处理，使工件原始组织转化为回火索氏体组织，工件的性能、材质得到很大程度的调整，其强度、塑性和韧性都较好，具有良好的综合机械性能。
(2)本发明通过前置处理提高了工件的强度及回火稳定性，进而使得工件的变形、开裂倾向减小，淬火后低温回火措施使得工件在保持原有强度下增加了工件韧性，同时在此过程中使得工件内组织应力减小，减少了工件变形及开裂且低温下不仅降低能耗，提高了企业效率，还保证了工件淬火的均匀性，符合工件的高质量精细表面加工处理，市场应用前景广泛。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明实施例3中感应淬火前试样调质处理工艺图；
图2为本发明实施例3减少中频感应淬火工件变形的流程图；
图3为本发明对比例1工艺对应工件的显微组织照片及工件翘曲变形量；
图4为本发明实施例1工艺对应工件的显微组织照片及工件翘曲变形量；
图5为本发明实施例2工艺对应工件的显微组织照片及工件翘曲变形量；
图6为本发明实施例3工艺对应工件的显微组织照片及工件翘曲变形量；
图7为本发明对比例2工艺对应工件的显微组织照片图；
图8为本发明对比例3工艺对应工件的显微组织照片图；
图9为本发明对比例4工艺对应工件的显微组织照片图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明中显微组织图通过JSM-6360LV扫面电子显微镜拍摄得到；翘曲变形通过单柱数显高度分析仪所测的数据，再利用origin软件绘图所得。本发明实施例中的工件均为42CrMo钢风电齿圈。
实施例1
(1)将工件置于感应淬火台进行感应淬火，感应器移动速度为210mm/min，随着感应器的移动，淬火液紧随其后进行快速降温处理，喷水流量为30L/min，喷火液浓度为13％。
(2)将淬火后的工件放入到低温回火炉内，回火温度设定为180℃，回火时间5h，待工件回火结束后将工件取出进行空冷处理。
工件的显微组织照片及工件翘曲变形量参见图4，可以看出，试样未经过调质处理进行感应淬火后低温回火，由于工件仍为铸态组织，所以在感应淬火后马氏体组织仍较为粗大，但经过了低温回火处理，在图像上观察到组织分布相对较为均匀，这是因为在低温回火过程中，马氏体出现了碳化物的析出，在低温回火环境中组织有弥散分解的取向，但能量不足以使马氏体全部分解，因此形成了分布较为匀称的组织形态。
在工件翘曲中表现为翘曲量相对减小，在回火过程中释放了一部分应力，致使工件翘曲变小。
实施例2
(1)将需要感应的工件放入高温炉内，盖上炉盖密封，启动加热元件，将炉内温度升温并设定在860℃，工件经过2小时高温处理后采用好富顿的G油(快速淬火油)淬火。
(2)将淬火后的工件再次置于高温炉内，炉内温度设置在650℃进行高温回火处理，且回火时间在1.5小时，回火时间结束后将工件取出，进行空冷。
(3)回火后的工件置于感应淬火台，进行感应淬火，感应器移动速度为210mm/min，随着感应器的移动，淬火液紧随其后进行快速降温处理，喷水流量为30L/min,喷火液浓度为13％。
实施例2是未经低温回火处理，即在高温淬火后，试样空冷。参见图5，在图中可以观察到组织分布更加均匀，但马氏体体积较为粗大，当零件经高温淬火后，组织从高温下的奥氏体变成马氏体，此时的马氏体形态会随着工件的缓慢冷却自发长大，且淬火温度越高，马氏体长大取向更明显。
因此，工件在空冷的状态下其内部组织马氏体粗大，测量在试样翘曲度发现，未经回火的工件其翘曲度仅次于对比例，试样翘曲明显。
实施例3
(1)将需要感应的工件放入高温炉内，盖上炉盖密封，启动加热元件，将炉内温度升温并设定在860℃，工件经过2小时高温处理后采用好富顿的G油(快速淬火油)淬火。
(2)将淬火后的工件再次置于高温炉内，炉内温度设置在650℃进行高温回火处理，且回火时间在1.5小时，回火时间结束后将工件取出，进行空冷。
感应淬火前试样调质处理工艺图，参见图1。
(3)回火后的工件置于感应淬火台，进行感应淬火，感应器移动速度为210mm/min，随着感应器的移动，淬火液紧随其后进行快速降温处理，喷水流量为30L/min，喷火液浓度为13％。
(4)将淬火后的工件放入到低温回火炉内，回火温度设定为180℃，回火时间5h。待工件回火结束后将工件取出进行空冷处理。
减少中频感应淬火工件变形的流程图，参见图2。
试样进过调质处理后另外在淬火完成后进行低温回火处理，工件的显微组织照片及工件翘曲变形量见图6，可以看出，马氏体晶粒细小且组织分布更加均匀，经试样翘曲分析，其变形量最小。
对比例1
省去感应淬火前进行的调质处理与淬火后的低温回火处理，将工件置于感应淬火台，进行感应淬火，感应器移动速度为210mm/min，随着感应器的移动，淬火液紧随其后进行快速降温处理，喷水流量为30L/min,喷火液浓度为13％。
由于试样未经过预处理，淬火前处于铸态组织即铁素体+珠光体+渗碳体组成物，成分偏析及不均匀分布。
工件的显微组织照片及工件翘曲变形量见图3，可以看出，在试样经过感应淬火处理后，由于组织成分相对杂乱，热应力各不相同，造成了比体积大不相同，另外在淬火过程中奥氏体形成不充分，因此形成了大小不一的马氏体形态且分布不均匀；在性能方面，如前面所述，因组织差异较大，造成了在感应淬火时组织比体积不同，且试样翘曲差异。
对比例2
(1)将需要感应的工件放入高温炉内，盖上炉盖密封，启动加热元件，将炉内温度升温并设定在860℃，工件经过2小时高温处理后采用好富顿的G油(快速淬火油)淬火。
(2)将淬火后的工件再次置于高温炉内，炉内温度设置在400℃进行高温回火处理，且回火时间在1.5小时，回火时间结束后将工件取出，进行空冷。
(3)回火后的工件置于感应淬火台，进行感应淬火，感应器移动速度为210mm/min，随着感应器的移动，淬火液紧随其后进行快速降温处理，喷水流量为30L/min，喷火液浓度为13％。
(4)将淬火后的工件放入到低温回火炉内，回火温度设定为180℃，回火时间5h。待工件回火结束后将工件取出进行空冷处理。
参见图7，可以看出，淬火完成后因回火不充分，回火不足时较难侵蚀，淬火过程中马氏体的转换不完全，可能在回火时因温度较低，残余奥氏体较多的原因造成的。
对比例3
(1)将需要感应的工件放入高温炉内，盖上炉盖密封，启动加热元件，将炉内温度升温并设定在860℃，工件经过2小时高温处理后采用好富顿的G油(快速淬火油)淬火。
(2)将淬火后的工件再次置于高温炉内，炉内温度设置在800℃进行高温回火处理，且回火时间在1.5小时，回火时间结束后将工件取出，进行空冷。
(3)回火后的工件置于感应淬火台，进行感应淬火，感应器移动速度为210mm/min，随着感应器的移动，淬火液紧随其后进行快速降温处理，喷水流量为30L/min，喷火液浓度为13％。
(4)将淬火后的工件放入到低温回火炉内，回火温度设定为180℃，回火时间5h。待工件回火结束后将工件取出进行空冷处理。
参见图8，可以看出由于淬火完成后回火过度，回火过度的情况下马氏体板条间的界面逐渐合并，并且难以分辨，残余奥氏体大量分解且夹杂了较多碳化物，回火过度的情况下该组织不利于保证钢的高强度及高韧性。
对比例4
(1)将需要感应的工件放入高温炉内，盖上炉盖密封，启动加热元件，将炉内温度升温并设定在480℃，工件经过2小时高温处理后采用好富顿的G油(快速淬火油)淬火。
(2)将淬火后的工件再次置于高温炉内，炉内温度设置在650℃进行高温回火处理，且回火时间在1.5小时，回火时间结束后将工件取出，进行空冷。
(3)回火后的工件置于感应淬火台，进行感应淬火，感应器移动速度为210mm/min，随着感应器的移动，淬火液紧随其后进行快速降温处理，喷水流量为30L/min，喷火液浓度为13％。
(4)将淬火后的工件放入到低温回火炉内，回火温度设定为180℃，回火时间5h。待工件回火结束后将工件取出进行空冷处理。
参见图9，可以看出，调质不当在淬火后造成的组织过热，表现为组织粗化，材料冲击韧性下降、变形或开裂。
本发明针对工厂就因感应加热造成的工件变形问题造成了大量的经济损失，而后经大量的实验探索对感应处理工艺进行改进，以现在的工艺再进行产品生产几乎无报废。本发明通过前置处理提高了工件的强度及回火稳定性，进而使得工件的变形、开裂倾向减小，淬火后低温回火措施使得工件在保持原有强度下增加了工件韧性，同时在此过程中使得工件内组织应力减小，减少了工件变形及开裂且低温下不仅降低能耗，提高了企业效率，还保证了工件淬火的均匀性，符合工件的高质量精细表面加工处理，市场应用前景广泛。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的范围当中。
Claims (10)
1.一种减少中频感应淬火工件变形的方法，其特征在于：包括，
通过高温炉将工件加热后，快速淬火；
将淬火后的工件置于高温回火炉回火、空冷，制得回火后的工件；
将回火后的工件进行感应淬火处理，制得感应淬火处理后的工件；
将感应淬火处理后的工件置于低温回火炉中淬火处理后，空冷处理，制得工件。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述通过高温炉将工件加热，其中，加热温度为830～890℃，加热保温时间为1.5～2.5h。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述加热温度为860℃，加热保温时间为2h。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述快速淬火包括通过快速淬火油淬火。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述将淬火后的工件置于高温回火炉回火，其中，回火炉回火温度为620～680℃，回火保持时间为1～2h。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述回火炉回火温度为650℃，回火保持时间为1.5h。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述感应淬火处理，其中，感应器移动速度为200～220mm/min，喷水流量为27～33L/min，喷火液浓度为8～18％，淬火液温度为23～33℃。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述感应器移动速度为210mm/min，喷水流量为30L/min，喷火液浓度为13％，淬火液温度为28℃。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述将感应淬火处理后的工件置于低温回火炉中淬火，其中，回火温度为180℃，回火时间为5h。
10.如权利要求1、2、5～9中任一所述的方法，其特征在于：所述工件包括42CrMo钢风电齿圈。
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