CN1401792A - 合金钢大件水淬分层自回火工艺 - Google Patents
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Abstract
合金钢大件水淬分层自回火工艺属于大件热处理工艺领域。工艺如下：将工件在水溶液的浸淬或喷水冷却到表面达到Ms点以下，且接近于Mf点，表面马氏体转变量达60－80％时的温度；将工件提出水面在空气中短时停留，热量从心部向表面传出，表面温度很快回升到180～250℃左右，用非接触式表面温度计，或接触式温度计测得温度，已转变的马氏体自回火；重新浸入水中继续冷却，工件表层和次层温度降至低于第一次出水温度30～50℃；当心部温度也冷至Ms附近时，将工件再次提出水面，出水后在空气中短时停留。本发明兼有水淬冷速快、淬硬层深度深、改善心部组织与性能的优点，克服了大型合金钢工件水淬易开裂的缺点，无油淬造成的环境污染，也无火灾危险。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种合金钢工件回火工艺，尤其涉及的是一种合金钢大件水淬分层自回火工艺，属于金属热处理工艺领域。
背景技术
合金钢大件最主要的特点是尺寸大、重量大，有效厚度＞100mm。由于尺寸大，工件的热容量必然也很大，这就使得大件在进行淬火冷却时必须要有足够大的冷却速度，而且由于冷却过程中表面与心部有很大的温差和组织转变的不同时性，使工件产生很大内应力。使合金钢大件的淬火冷却工艺十分复杂，也难以控制。而大件的冷却工艺恰恰是决定其最终性能很关键的一步。一般的冷却方式有水冷(含喷水冷)、油冷、空冷(自然空冷和鼓风冷)、间隙冷却(水—空、水—油、油—空)及喷雾冷却。常用的是油冷，但油冷的冷速不够且污染环境，也易引起火灾。水冷能提高淬硬层深度，缺点是由于冷却能力很强，大件表面和中心的冷速差别很大，使工件截面上产生较大的温差(最大可达750-800℃)，巨大的内应力会使工件发生断裂，也有人通过水中加入不同添加剂，配制不同水基，可使冷却速度在水—油之间加以调节，但往往会顾此失彼，很难克服水淬或油淬各自的缺点。目前生产上往往采用间隙冷却方法(水—空、水—油、油—空等)，水—油间隙冷却方式充分利用水在高温区有较强的冷却能力，油在低温区有缓和的冷却速度，以达到理想冷却介质的冷却特性。但这种冷却方式只能应用于中碳钢及中碳合金钢制造的较小的零件，且油会造成环境污染。油—空间隙冷却，其缺点是油冷时工件从油中提出时易着火，油还污染环境。水—空间隙冷却，其冷却速度可介于水冷与空冷之间，采用调节各次水冷和空冷时间来控制冷却速度。经文献检索经现，济南重型机械厂马振忠在《锻压机械》，5/1988，P34-35上撰文“大型合金钢锻件‘水—空’间隙冷却热处理工艺”，该文中提到操作规范：出炉空冷12min→水冷1.5min→空冷2min→水冷1.5min→空冷2min→水冷1.5min→空冷2min→水冷1min→空冷2min→水冷1min→空冷2min……交替进行30min左右，至表面约200℃时停止水冷。此工艺经质量检验，各项技术指标均达到技术要求，无火灾隐患。缺点是：由于水—空间隙淬火多次反复提出水面后又淬入水中，使心部冷速有一定程度的减慢，淬硬层深度和心部性能均不及直接水淬的好。
发明内容
本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供一种合金钢大件水淬分层自回火工艺，使其克服了大型合金钢工件水淬易开裂的缺点，无油淬造成的环境污染，也无火灾危险。本发明的技术方案是这样实现的，工艺如下：
(1)将工件在水溶液的浸淬或喷水冷却到表面达到Ms点以下，且接近于Mf点，表面马氏体转变量达60-80％时的温度；
(2)将工件提出水面在空气中短时停留，热量从心部向表面传出，表面温度很快回升到180～250℃左右，已转变的马氏体自回火，这样可降低脆性；
(3)重新浸入水中继续冷却，工件表层和次层温度降至低于第一次出水温度30～50℃，工件内层没有发生转变的部位继续进行马氏体转变，由于经过自回火的马氏体脆性明显减少，因而淬火开裂危险少；
(4)当心部的温度也冷至Ms附近时，将工件再次提出水面，出水后在空气中短时停留，形成第二次水冷时的马氏体自回火，由于经过自回火的马氏体脆性明显减少，因而淬火开裂危险小。出水后在空气中停留时间短，所以对心部性能影响十分微小，可以达到直接水淬的淬硬层深度，又能减少直接水淬的开裂危险。
以下对本发明作进一步描述：
若是用喷水淬火方法，工件表面达到Ms点以下且接近于Mf点时，表面马氏体量达60～80％时停止喷水冷却，工件在空气中当其表面温度回升到180～250℃时，已经转变的马氏体自回火，然后重新喷水继续冷却，当工件冷却到比第一次停止喷水冷却的温度低30～50℃时，再次停止喷水，若工件表面又回升到250℃以上，可再次重复喷水冷却。
对于尺寸小于600mm的工件，两次水冷—自回火之后就可以在空气中冷却到室温，但是对于更大的工件则要再次进行水冷—自回火操作。
本发明在工件表面马氏体转变量为60～80％时，及时将工件提出水面，使其进行局部自回火，掌握出水温度较重要，若出水过早，自回火作用不明显，出水太迟，易造成工件开裂。
可用公式Vm＝1-exp[α(Ms-T)]就可得出达到60～80％马氏体转变量的温度T。式中Vm为马氏体转变量；Ms为马氏体开始转变点，它与钢种有关，可以从手册中查到；α是与材料有关的系数，对于不同钢种可通过热膨胀仪实验测得。
本发明具有实质性特点和显著进步，本发明兼有水淬冷速快、淬硬层深度深、改善心部组织与性能的优点，又由于采用分层自回火的方法，克服了大型合金钢工件水淬易开裂的缺点，无油淬造成的环境污染，也无火灾危险。
具体实施方式
结合本发明的内容提供以下实施例：
实施例1：对于较小尺寸的718#钢(3Cr2NiMnMo)例2530×1030×200mm860℃加热，空气中预冷15分钟，淬入水中5分钟(工件表面马氏体约70％)，表面温度约为80℃，提出水面在空气中停留3分钟，热量从心部向表面传出，此时表面温度回升到约220℃，使已转变的马氏体自回火。然后继续入水冷却5分钟，表面温度约为60℃，提出水面置于空气中停留，此时表面温度逐渐回升约为180℃，第二次水冷时的马氏体自回火，工件再浸水中，冷却至室温，操作完毕。硬度41～43HRC。此硬度与直接水淬到底的硬度相当，但水淬工件约20％会开裂，而用此法100％合格。
实施例2：特大型合金钢工件，尺寸为2530×1030×1000mm
860℃加热，空气中预冷60分钟，淬入水中约30～40分钟，此时表面马氏体转变量为60％，其表面温度约为100℃后工件从水中提出在空气中停留约10分钟，工件表面回升到250℃，已转变的马氏体自回火。第二次浸入水中冷却约30分钟，使工件内层没有发生转变的部位继续进行马氏体转变。表层和次表层温度冷至60℃，从水中提出在空气中停留，表面温度回升到200℃(约10分钟)，第二次形成的马氏体自回火，再浸水中约20分钟，表面冷却至约50℃出水，置于空气中停留，使表面温度回升到约180℃，第三次形成的马氏体自回火，再继续浸水冷却至室温，操作完毕。测定工件硬度为39～41HRC。再视工件要求选取回火温度，使最终硬度达到技术要求。
实施例3：尺寸为2530×1030×1000mm
860℃奥氏体化后出炉空冷10分钟，喷水冷却约12分钟，工件表面温度约为100℃停止喷水，此时表面马氏体转变量约为80％，工件表面温度回升到250℃，约20分钟，已经转变的马氏体自回火。然后重新喷水继续冷却约15分钟，该工件表面约为60℃，停止喷水冷却，工件表面温度回升至200℃，空气中停留约30分钟，第二次形成的马氏体自回火，再继续喷水冷却约10分钟，表面温度约为50℃，停止喷水冷却，工件表面回升至约为180℃，空气中停留使第三次形成的马氏体自回火，再继续喷水冷却至室温。测定工件硬度为39～41HRC，最后视技术要求选择回火温度。
实施例4：尺寸为2530×1030×520mm
860℃奥氏体化后空气中预冷20分钟，淬入水中约15分钟，表面马氏体转变量达60％，其表面温度约为80℃，从水中提出在空气中停留约5～6分钟，工件表面温度回升至200℃，使已转变的马氏体自回火。第二次浸入水中约12分钟，使表面冷却到约为50℃时，从水中提出在空气中停留约5分钟，工件表面温度回升到180℃，第二次转变形成的马氏体自回火。然后就可冷却至室温，操作完毕。测定工件硬度为40～42HRC，最后视技术要求选择回火温度。
Claims (4)
1、一种合金钢大件水淬分层自回火工艺，其特征在于工艺如下：
(1)将工件在水溶液的浸淬或喷水冷却到表面达到Ms点以下，且接近于Mf点，表面马氏体转变量达60-80％时的温度；
(2)将工件提出水面在空气中短时停留，热量从心部向表面传出，表面温度很快回升到180～250℃左右，已转变的马氏体自回火；
(3)重新浸入水中继续冷却，工件表层和次层温度降至低于第一次出水温度30～50℃，工件内层没有发生转变的部位继续进行马氏体转变；
(4)当心部的温度也冷至Ms附近时，将工件再次提出水面，出水后在空气中短时停留，形成第二次水冷时的马氏体自回火。
2、根据权利要求1所述的这种合金钢大件水淬分层自回火工艺，其特征是用喷水淬火方法，工件表面达到Ms点以下且接近于Mf点时，表面马氏体量达60～80％时停止喷水冷却，工件在空气中当其表面温度回升到180～250℃时，已经转变的马氏体自回火，然后重新喷水继续冷却，当工件冷却到比第一次停止喷水冷却的温度低30～50℃时，再次停止喷水，若工件表面又回升到250℃以上，可再次重复喷水冷却。
3、根据权利要求1所述的这种合金钢大件水淬分层自回火工艺，其特征是对于尺寸小于600mm的工件，两次水冷—自回火之后就在空气中冷却到室温，对于更大的工件则要再次进行水冷—自回火操作。
4、根据权利要求1所述的这种合金钢大件水淬分层自回火工艺，其特征是工件表面马氏体转变量为60～80％时，及时将工件提出水面。
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