CN108774672A - 一种利用锻造部分余热快速加热淬火的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用锻造部分余热快速加热淬火的方法，包括以下步骤：S1、冷却：将锻造结束后的锻件控温冷却至Ar1以下50‑150℃；S2、加热：将锻件快速加热至Ac3以上100‑150℃。本发明将锻造成型后的锻件进行控温冷却，使锻件冷却至Ar1以下适当温度，发生过冷奥氏体相变；再利用高温炉快速加热至Ac3以上温度进行短暂保温后淬火。本发明可以有效利用锻件部分余温，显著减少加热保温时间，减少工件表面脱碳；也有效改善锻造过程造成的晶粒粗大、带状组织等缺陷，避免魏氏组织的产生，获得优良的金相组织、细小的晶粒和良好的综合机械性能；本发明还可有效降低能源消耗，降低生产成本。

Description

一种利用锻造部分余热快速加热淬火的方法

技术领域

本发明涉及热处理技术领域，特别是涉及一种利用锻造部分余热快速加热淬火的方法。

背景技术

锻造行业是能源消耗大户，而锻件热处理又是锻件生产中能源消耗大户，约占整个锻件生产总能耗的30％～35％。

调质钢锻件的常规热处理方法通常如下：在锻件冷却到室温或较低温度时，按工艺规程再加热重新奥氏体化，然后淬火、高温回火。该方法的缺点是工件需要从室温开始升温加热并保温一定的时间使之重新完全奥氏体化，工件加热时间长，严重加剧了锻件表面脱碳现象，同时能源消耗大，生产制造成本高。

在常规热处理基础上引申出一种利用锻造余热淬火的工艺，锻造余热淬火是在锻造后利用锻件自有的余热直接进行热处理淬火，它将锻造与热处理两工序紧密结合在一起，实现了两工序的合并，节省了锻件重新奥氏体化的再加热过程，不但充分利用锻造余热，显著节约能源，而且简化了锻件热处理工艺，缩短了生产周期。该工艺的广泛应用能获得显著的经济效益，在生产上极具推广应用价值。但实际上，锻造余热淬火工艺并没有得到广泛应用，其原因有二：首先，与常规热处理调质锻件相比，锻造余热淬火锻件的原奥氏体晶粒形成于高温锻造过程中，缺少重新奥氏体化的重结晶细化晶粒过程，因此晶粒较粗大，易出现魏氏组织和过热组织。其次，锻造工艺以锻造成形为主要目的，由于锻造加热工艺不稳定、人工上下料、锻件脱模困难等因素，锻造温度可能在1250～1000℃大幅波动，终锻温度可能在1100～800℃之间大幅变化，这势必导致锻件的原奥氏体晶粒度大幅波动和余热淬火温度不一致，最终影响锻件产品质量。

公开号为CN 102605159 A的中国发明专利公开了一种大型汽车前轴余热控温淬火工艺方法，其针对的产品是大型汽车前轴，具体的前轴材料不明确，该专利在吹风预冷至Ar1以下30-50℃时，细化晶粒的效果不明显，而且热处理后容易出现魏氏组织，从热处理角度，金相组织一般不允许出现魏氏组织，魏氏组织会明显降低产品的力学性能。并且，该专利加热至850℃再保温30分钟，加热升温和保温时间较长，能源消耗大。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种利用锻造部分余热快速加热淬火的方法，用于解决现有技术中加热时间长、能源消耗大、工件晶粒粗大、金相组织中有魏氏组织、力学性能差等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种利用锻造部分余热快速加热淬火的方法，包括以下步骤：

S1、冷却：将锻造结束后的锻件控温冷却至Ar1以下50-150℃；

S2、加热：将锻件快速加热至Ac3以上100-150℃。

在本发明的一些实施例中，所述步骤S2中，加热时间为20-30min，通常，在加热设备设定最终温度后，设备中锻件升温速率先快后慢。

在本发明的一些实施例中，所述步骤S2中，加热设备的设置温度为Ac3以上200℃左右。

采用较高的奥氏体化温度主要是加速工件奥氏体均匀化过程，但较高的奥氏体化温度会促使晶粒长大，所以要严格控制加热时间，防止奥氏体晶粒长大。

在本发明的一些实施例中，所述步骤S2中，将锻件加热至Ac3以上100-130℃。

在本发明的一些实施例中，还包括步骤S3、淬火，高温回火保温，制得成品。

在本发明的一些实施例中，所述步骤S3中，高温回火保温的温度为500-650℃。

在本发明的一些实施例中，所述步骤S3中，高温回火保温时间为150-180min。

本发明第二方面提供上述方法制得的锻件。

在本发明的一些实施例中，所述锻件材质为优质碳素钢。

在本发明的一些实施例中，所述优质碳素钢选自50Mn、45号钢等中碳钢中的至少一种。

在本发明的一些实施例中，所述锻件为汽车前轴、曲轴或连杆。

本发明第三方面提供具有上述锻件的汽车。

如上所述，本发明的一种利用锻造部分余热快速加热淬火的方法，具有以下有益效果：本发明将锻造成型后的锻件进行控温冷却，使锻件快速冷却至Ar1以下适当温度，发生过冷奥氏体相变；利用高温炉快速加热至Ac3以上适当温度进行短暂保温后淬火。本发明可以有效降低利用部分锻件余温，减少淬火加热、保温时间，减少工件表面脱碳；也可以有效改善锻造过程造成的晶粒粗大、带状组织等缺陷，有效避免魏氏组织的产生，获得优良的金相组织、细小的晶粒和良好的综合机械性能；本发明还有效降低能源消耗，降低生产成本。

附图说明

图1显示为本发明实施例1的利用锻造部分余热快速加热淬火工艺曲线图。

图2显示为本发明实施例1中利用锻造部分余热快速加热淬火的50Mn材质曲轴金相组织图。

图3显示为本发明实施例1中利用锻造部分余热快速加热淬火的50Mn材质连杆金相组织图。

图4显示为对比例1中常规热处理工艺曲线图。

图5显示为对比例1中常规热处理调质曲轴金相组织图。

图6显示为对比例1中常规热处理调质连杆金相组织图。

图7显示为对比例2中常规锻造淬火工艺曲线图。

图8a、图8b显示为对比例2中常规锻造淬火工艺制得的曲轴金相组织图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置；所有压力值和范围都是指绝对压力。

此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以***其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以***其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明涉及一种利用部分锻造余热快速加热淬火的热处理方法，是一种热处理调质的工艺。该方法包括：将锻造成型后的锻件进行控温冷却，使锻件快速冷却至Ar1以下适当温度，发生过冷奥氏体相变；利用高温炉快速加热至Ac3以上温度进行短暂保温后淬火。该方法可以有效降低利用锻件余温，减少加热保温时间，减少工件表面脱碳；该方法也可以有效改善锻造过程造成的晶粒粗大、带状组织等缺陷，获得优良的金相组织、细小的晶粒和良好的综合机械性能；该工艺可以有效降低能源消耗，降低生产成本。本发明主要用于中小型汽车的曲轴、连杆等产品生产。

以下实施例以生产50Mn材料曲轴、连杆为例进行说明，50Mn的执行标准为GB/T699-1999。

实施例1

如图1所示为本实施例的工艺曲线图，其中B点、C点所示温度范围均指锻件温度，说明如下：

1、A点代表锻件的终锻温度，本实施例生产的锻件的终锻温度控制比较稳定，一般在900-950℃范围内，此温度在材料Ac3温度以上150-200℃(50Mn材料的Ac3温度为760℃)。

2、B点代表本实施例控温冷却后的锻件温度，一般控制在500-600℃(通常控制在Ar1以下50-150℃，为了便于生产中操作者执行，本实施例控制在500-600℃，不同尺寸和材料的锻件控制范围有区别)，此范围刚好在珠光体-贝氏体转变区间的亚稳区，这样既使得锻件发生了过冷奥氏体组织转变，又不至于温度太低影响后续快速加热淬火。

3、AB段：锻件锻造成形后，不自然冷却至室温，也不直接进行热处理淬火，而是通过风机控温冷却将锻件从Ac3以上150-200℃冷却到Ar1以下50-150℃(B点)，通过控温冷却，使锻件组织发生从奥氏体向珠光体的转变，相当于热处理的高温正火工艺。

根据金属学和热处理原理，冷却速度对钢正火后组织影响的一般规律为：冷却速度越大，奥氏体分解温度越低，珠光体转变产物越细小，锻件的晶粒越细小。同时高温正火可以改善或消除锻件的魏氏组织，减小带状组织造成的压延纵向和横向力学性能的差异。

4、BC段：加热设备设置温度为1000±30℃(也可采取阶梯式加热)，工件加热时间为20-30min，使得最终锻件温度在Ac3以上100-150℃。

在锻件加热淬火工艺中，加热炉温度与锻件温度的差异越大，锻件的升温速度越快，加热时间越短。同时在连续升温加热时，奥氏体化过程是在一个温度区间内完成的。奥氏体晶粒度级别的影响因素包括加热速度和加热温度，加热速度越快，转变的温度区间越高，原子的活动能力越强，形核率越大，同时碳化物完全融入奥氏体所需的时间越短，越有利于获得细小奥氏体晶粒。但加热温度越高，又容易引起奥氏体晶粒粗化，热应力也越大。因此，本实施例采取远远高于Ac3的加热温度进行加热升温，目的是为了保持加热炉温度与锻件温度的间较大的温度差，提升工件加热速度，缩短加热时间，实现在较短的时间内完成奥氏体化过程，达到良好的淬火质量。

5、CD段为淬火段，淬火介质为快速淬火油(K油)，淬火时间6-8分钟。

6、高温回火：回火保温温度为600℃，回火保温时间为150-180min。

图2显示为本实施例制得的曲轴金相组织图，回S+少量F，晶粒度7.5-8级。

图3显示为本实施例制得的连杆金相组织图，回火S，晶粒度9级以上。

经过高温奥氏体化后，锻件的断裂韧性有很大的提高，高温淬火的产品断裂韧性比普通淬火的产品几乎提高了一倍。

对比例1

图4显示为常规热处理工艺曲线图，热处理淬火时，将锻件温度升至Ac3以上30-50℃保温150-180分钟(淬火保温时间与工件尺寸有关)后淬火，回火保温温度为600℃，时间为150-180min，

图5显示为常规热处理调质曲轴金相组织图，回火S+少量F，晶粒度7.5-8级。

图6显示为常规热处理调质连杆金相组织图，回火S+少量F，晶粒度8级。

可见，虽然常规热处理工艺也能避免魏氏组织，但是，淬火前加热时间长达150-180min，其能耗明显高于本发明，生产周期明显较长。据测算，常规热处理调质能耗约0.5元/kg产品，本发明能耗约0.35元/kg产品，按照企业年产8万个曲轴计算，每个曲轴重量约40kg，那么，本发明节省费用为0.15×40×80000＝48万元，显著降低能耗成本。

对比例2

图7显示为常规锻造淬火工艺曲线图，将锻件直接进行淬火，回火保温温度为600℃，时间为150-180min，图8a、图8b显示为对比例2中常规锻造淬火工艺制得的曲轴金相组织图，获得的产品金相组织图中，回火S+F，有魏氏组织，晶粒度6级。说明前期锻件冷却温度过高会造成产品中产生魏氏组织，进而造成工件力学性能差。

综上所述，本发明将锻造成型后的锻件进行控温冷却，使锻件快速冷却至Ar1以下适当温度，发生过冷奥氏体相变；利用高温炉快速加热至Ac3以上温度进行短暂保温后淬火。该方法可以有效利用锻件余热，减少加热保温时间，减少工件表面脱碳；该方法也可以有效改善锻造过程造成的晶粒粗大、带状组织等缺陷，有效避免魏氏组织的产生，获得具有优良的金相组织、细小的晶粒和良好的综合机械性能的产品，该工艺可以有效降低能源消耗，降低生产成本。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种利用锻造部分余热快速加热淬火的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、冷却：将锻造结束后的锻件冷却至Ar1以下50-150℃；

S2、加热：将锻件快速加热至Ac3以上100-150℃。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S2中，加热时间为20-30min。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S2中，将锻件加热至Ac3以上100-130℃。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括步骤S3、淬火，回火保温，制得成品。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤S3中，回火保温的温度为500-650℃，时间为150-180min。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述方法制得的锻件。

7.根据权利要求6所述的锻件，其特征在于：所述锻件材质选自优质碳素钢。

8.根据权利要求7所述的锻件，其特征在于：所述优质碳素钢选自50Mn、45号钢中的至少一种。

9.根据权利要求6所述的锻件，其特征在于：所述锻件为汽车前轴、曲轴或连杆。

10.具有权利要求6-9任意一项所述锻件的汽车。