CN109055689A - 一种35CrMo钢的热处理方法 - Google Patents

一种35CrMo钢的热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了35CrMo钢的热处理方法，包括如下步骤：(A)将合金在800‑850℃之间热处理2‑5h，水冷40‑60s浸入油中冷却；(B)600‑650℃热处理4‑30h，空气自然冷却，即可。本发明35CrMo钢的热处理方法优化了传统的热处理工艺，调整了淬火的温度，优化了正火、淬火后冷却的方式，通过本发明的热处理方法消除工件内部的应力，让工件内部的晶体结构稳定，硬度适中，彻底解决了钢容易开裂的问题，该方法本身操作简单，操作过程绿色环保，前后步骤衔接紧密，为后续操作提供了可参考的具体方法，属于比较优异的一种热处理方法。

Description

一种35CrMo钢的热处理方法
技术领域
本发明涉及合金钢加工领域，具体而言，涉及一种35CrMo钢的热处理方法。
背景技术
35CrMo合金结构钢，有很高的静力强度、冲击韧性及较高的疲劳极限，淬透性较40Cr高，高温下有高的蠕变强度与持久强度，长期工作温度可达500℃，冷变形时塑性中等，焊接性差。低温至-110℃，并具有高的静强度、冲击韧度及较高的疲劳强度、淬透性良好，无过热倾向，淬火变形小，冷变形时塑性尚可，切削加工性中等，但有第一类回火脆性，焊接性不好，焊前需预热，焊后热处理以消除应力，一般在调质处理后使用，也可在高中频表面淬火或淬火及低、中温回火后使用。
可用于制造承受冲击、弯扭、高载荷的各种机器中的重要零件，如轧钢机人字齿轮、曲轴、锤杆、连杆、紧固件，汽轮发动机主轴、车轴，发动机传动零件，大型电动机轴，石油机械中的穿孔器，工作温度低于400℃的锅炉用螺栓，低于510℃的螺母，化工机械中高压无缝厚壁的导管(温度450-500℃，无腐蚀性介质)等，还可代替40CrNi用于制造高载荷传动轴、汽轮发动机转子、大截面齿轮、支承轴(直径小于500MM)等，工艺上的设备材料、管材、焊材等等。
可见35CrMo钢应用非常广泛，但是该钢种由于在传统的热处理过程中某些工艺操作存在一定的问题，导致工件表面容易出现淬火后应力集中，硬度过大，工件的完好性比较差，内部组织形态不均匀，钢容易开裂等问题，实际操作时，工艺中的操作问题主要体现在淬火温度过高，正火工艺后空地上自然冷却导致冷却效率比较低等问题。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种35CrMo钢的热处理方法，该热处理方法优化了传统的热处理工艺，调整了淬火的温度，优化了正火、淬火后冷却的方式，通过本发明的热处理方法消除工件内部的应力，让工件内部的晶体结构稳定，硬度适中，彻底解决了钢容易开裂的问题，该方法本身操作简单，操作过程绿色环保，前后步骤衔接紧密，为后续操作提供了可参考的具体方法，属于比较优异的一种热处理方法。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明提供了一种35CrMo钢的热处理方法，包括如下步骤：
(A)将合金在800-850℃之间热处理2-5h，水冷40-60s浸入油中冷却；
(B)600-650℃热处理4-30h，空气自然冷却，即可。
35CrMo合金结构钢，有很高的静力强度、冲击韧性及较高的疲劳极限，淬透性较40Cr高，高温下有高的蠕变强度与持久强度，长期工作温度可达500℃，冷变形时塑性中等，焊接性差。低温至-110℃，并具有高的静强度、冲击韧度及较高的疲劳强度、淬透性良好，无过热倾向，淬火变形小，冷变形时塑性尚可，切削加工性中等，但有第一类回火脆性，焊接性不好，焊前需预热，焊后热处理以消除应力，一般在调质处理后使用，也可在高中频表面淬火或淬火及低、中温回火后使用。
可用于制造承受冲击、弯扭、高载荷的各种机器中的重要零件，如轧钢机人字齿轮、曲轴、锤杆、连杆、紧固件，汽轮发动机主轴、车轴，发动机传动零件，大型电动机轴，石油机械中的穿孔器，工作温度低于400℃的锅炉用螺栓，低于510℃的螺母，化工机械中高压无缝厚壁的导管(温度450-500℃，无腐蚀性介质)等，还可代替40CrNi用于制造高载荷传动轴、汽轮发动机转子、大截面齿轮、支承轴(直径小于500MM)等，工艺上的设备材料、管材、焊材等等。
可见35CrMo钢应用非常广泛，但是该钢种由于在传统的热处理过程中某些工艺操作存在一定的问题，导致工件表面容易出现淬火后应力集中，硬度过大，工件的完好性比较差，内部组织形态不均匀，钢容易开裂等问题，实际操作时，工艺中的操作问题主要体现在淬火温度过高，正火工艺后空地上自然冷却导致冷却效率比较低等问题。
本发明为了解决上述技术问题，提供了一种优化后的35CrMo钢种的热处理方法，800-850℃正火处理后，进行冷却时摒弃了以往放置在空地自然冷却的方式，采用水冷+油冷的复合冷却的方式，提高了冷却效率，使得工件表面硬度适中，并且避免了工件表面容易开裂的现象的发生。后续淬火的温度控制在600-650℃之间，以保证工件的完整性，并优化工件机械性能的各个指标。淬火后缓冷一段时间后再出炉，这样的操作也是为了达到温和的对工件热处理的过程，避免环境条件变化太剧烈对工件的性能有影响，该方法对整个热处理的过程进行了优化处理，显著提高了工件各方面的性能，值得广泛推广应用。
需要说明的是，现有技术中经常采用矿物油来进行淬火冷却，因为矿物油的主要成分时饱和烃，性能相对稳定，所以得到了广泛的应用。但是矿物油的使用对环境严重污染，矿物油的闪点低，在淬火冷却过程中容易发生火灾，安全系数低，本发明一方面为了提高钢的性能另一方面为了避免油冷的危险性，特采用水冷+油冷的方式，先进行水冷40-60s后，温度降下来之后，再进行油冷提高了安全性，此外本发明在水冷过程中还加入水溶性的聚合物和盐类。
优选地，作为进一步可实施的方案，水冷过程中在水中添加质量百分比为5-6wt％的聚乙二醇、聚丙烯酰胺和氯化钠。通过添加这些物质使其冷却效果与油的效果无异，在35CrMo钢正火后，冷却过程可以实现表面均匀的冷却，实现在低温阶段温和的换热，有效释放组织应力，防止淬火开裂。
更优地，作为进一步可实施的方案，所述步骤(B)中，以质量份数计，聚乙二醇2-4份、聚丙烯酰胺3-4份和氯化钠2-4份。
优选地，作为进一步可实施的方案，所述步骤(B)中，在水中添加的物质还包括环氧乙烷和环氧丙烷无规共聚物2-4份。
优选地，作为进一步可实施的方案，所述步骤(B)中，所述的环氧乙烷和环氧丙烷无规共聚物的数均分子量控制在20000-30000之间。
优选地，作为进一步可实施的方案，油中冷却的时间为20-30s。
优选地，作为进一步可实施的方案，所述步骤(A)中，油中冷却的时间为22-28s。由于前面进行了水冷，油冷的时间不需要过长一般控制在20s左右即可。
优选地，作为进一步可实施的方案，所述步骤(B)中，空气自然冷却后，还包括水冷的步骤。
优选地，作为进一步可实施的方案，所述步骤(B)中，水冷过程中在水中添加质量百分比为1-3wt％的氢氧化钠。
优选地，作为进一步可实施的方案，所述步骤(B)中，所添加的氢氧化钠的质量百分比为1.5-2.5wt％。
最后在进行水冷的过程中，在水中添加碱类物质，能够有效避免冷却过程中硬度不足、内部形态不均匀、易开裂等问题，避免工件表面骤冷，心部过热的脆皮现象的发生，添加的碱类物物质能够起到有效的保护工件的目的。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的35CrMo钢的热处理方法，优化了传统的热处理工艺，调整淬火的温度，优化了正火、淬火后冷却的方式，通过本发明的热处理方法消除工件内部的应力，让工件内部的晶体结构稳定，硬度适中，彻底解决了钢容易开裂的问题。
(2)本发明的热处理方法操作简单，操作过程绿色环保，前后步骤衔接紧密，为后续操作提供了可参考的具体方法，属于比较优异的一种热处理方法。
(3)采用水冷+油冷的方式，先进行水冷40-60s后，温度降下来之后，再进行油冷提高了安全性，此外本发明在水冷过程中还加入水溶性的聚合物和盐类，通过添加这些物质使其冷却效果与油的效果无异，在35CrMo钢正火后，冷却过程可以实现表面均匀的冷却，实现在低温阶段温和的换热，有效释放组织应力，防止淬火开裂。
(4)本发明最后在进行水冷的过程中，在水中添加碱类物质，能够有效避免冷却过程中硬度不足、内部形态不均匀、易开裂等问题，避免工件表面骤冷，心部过热的脆皮现象的发生，添加的碱类物物质能够起到有效的保护工件的目的。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
35CrMo钢的热处理方法按照如下工艺步骤进行：
(1)先将35CrMo钢件放入加热炉中，升高加热炉的温度，加热到800-850℃之间，并通入一定量的保护气体，持续2h，然后水冷却40s后在油中冷却；
(2)将钢件放入箱式加热炉中，升高加热炉的温度，炉温控制在600℃持续30h，淬火后保温回火；
(3)回火完成后放自然温度下冷却，即得。
实施例2
35CrMo钢的热处理方法按照如下工艺步骤进行：
(1)先将35CrMo钢件放入加热炉中，升高加热炉的温度，加热到800-850℃之间，并通入一定量的保护气体，持续5h，然后水冷却60s后在油中冷却30s，水中添加聚乙二醇、聚丙烯酰胺和氯化钠，上述三种物质添加的量为水量的6wt％；
(2)将钢件放入箱式加热炉中，升高加热炉的温度，炉温控制在650℃持续4h，淬火后保温回火，惰性气体保护；
(3)回火完成后放自然温度下冷却，待温度降至100℃以下，将钢板放入水中进行进一步冷却，水中添加3wt％的氢氧化钠，水冷至室温。
实施例3
35CrMo钢的热处理方法按照如下工艺步骤进行：
(1)先将35CrMo钢件放入加热炉中，升高加热炉的温度，加热到800-850℃之间，并通入一定量的保护气体，持续4h，然后水冷却50s后在油中冷却20s，水中添加聚乙二醇、聚丙烯酰胺、氯化钠和数均分子量为30000的环氧乙烷和环氧丙烷的无规共聚物，上述四种物质添加的量为水量的5wt％；
聚乙二醇、聚丙烯酰胺、氯化钠、环氧乙烷和环氧丙烷无规共聚物四者之间以质量份数计，聚乙二醇4份、聚丙烯酰胺3份、氯化钠2份、环氧乙烷和环氧丙烷的无规共聚物4份；
(2)将钢件放入箱式加热炉中，升高加热炉的温度，炉温控制在620℃持续10h，淬火后保温回火，惰性气体保护；
(3)回火完成后放自然温度下冷却，待温度降至100℃以下，将钢板放入水中进行进一步冷却，水中添加1wt％的氢氧化钠，水冷至室温。
实施例4
35CrMo钢的热处理方法按照如下工艺步骤进行：
(1)先将35CrMo钢件放入加热炉中，升高加热炉的温度，加热到800-850℃之间，并通入一定量的保护气体，持续4h，然后水冷却55s后在油中冷却22s，水中添加聚乙二醇、聚丙烯酰胺、氯化钠和数均分子量为20000的环氧乙烷和环氧丙烷的无规共聚物，上述四种物质添加的量为水量的5.5wt％；
聚乙二醇、聚丙烯酰胺、氯化钠、环氧乙烷和环氧丙烷无规共聚物四者之间以质量份数计，聚乙二醇2份、聚丙烯酰胺4份、氯化钠4份、环氧乙烷和环氧丙烷的无规共聚物2份；
(2)将钢件放入箱式加热炉中，升高加热炉的温度，炉温控制在620℃持续15h，淬火后保温回火，惰性气体保护；
(3)回火完成后放自然温度下冷却，待温度降至100℃以下，将钢板放入水中进行进一步冷却，水中添加1.5wt％的氢氧化钠，水冷至室温。
实施例5
35CrMo钢的热处理方法按照如下工艺步骤进行：
(1)先将35CrMo钢件放入加热炉中，升高加热炉的温度，加热到800-850℃之间，并通入一定量的保护气体，持续4h，然后水冷却55s后在油中冷却28s，水中添加聚乙二醇、聚丙烯酰胺、氯化钠和数均分子量为25000的环氧乙烷和环氧丙烷的无规共聚物，上述四种物质添加的量为水量的5.5wt％；
聚乙二醇、聚丙烯酰胺、氯化钠、环氧乙烷和环氧丙烷无规共聚物四者之间以质量份数计，聚乙二醇3份、聚丙烯酰胺3.5份、氯化钠3份、环氧乙烷和环氧丙烷的无规共聚物3份；
(2)将钢件放入箱式加热炉中，升高加热炉的温度，炉温控制在620℃持续15h，淬火后保温回火，惰性气体保护；
(3)回火完成后放自然温度下冷却，待温度降至100℃以下，将钢板放入水中进行进一步冷却，水中添加2.5wt％的氢氧化钠，水冷至室温。
比较例1
35CrMo钢的热处理方法按照如下工艺步骤进行：
(1)先将35CrMo钢件放入加热炉中，升高加热炉的温度，加热到800-850℃之间，并通入一定量的保护气体，持续2h，矿物油中冷却；
(2)将钢件放入箱式加热炉中，升高加热炉的温度，炉温控制在600℃持续30h，淬火后保温回火；
(3)回火完成后放自然温度下冷却，即得。
实验例1
将本发明各个实施例与比较例的35CrMo钢件的性能进行检测，该钢件的微观组织采用光学金相显微镜进行观察鉴定，利用波长为0.4-0.8μm的可见光，相应的分辨距离约0.2μm，具体结果如下表1所示：
表1检测结果
从上述表中的数据可以看出，本发明实施例的钢件的机械性能也比较优异，微观结构配合上也比较合理，钢板表面无任何裂纹，品质比较优异，更有利于该钢件的市场扩大应用。
本发明的热处理方法可以达到消除工件内部的应力，让工件内部的晶体结构稳定，硬度适中的效果，并彻底解决了钢容易开裂的问题，通过采用本发明的热处理方法抑制开裂效果明显。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种35CrMo钢的热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
(A)将合金在800-850℃之间热处理2-5h，水冷40-60s浸入油中冷却；
(B)600-650℃热处理4-30h，空气自然冷却，即可。
2.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述步骤(A)中，油中冷却的时间为20-30s。
3.根据权利要求2述的热处理方法，其特征在于，所述步骤(A)中，油中冷却的时间为22-28s。
4.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述步骤(A)中，水冷过程中在水中添加质量百分比为5-6wt％的聚乙二醇、聚丙烯酰胺和氯化钠。
5.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述步骤(B)中，以质量份数计，聚乙二醇2-4份、聚丙烯酰胺3-4份和氯化钠2-4份。
6.根据权利要求5所述的热处理方法，其特征在于，所述步骤(B)中，在水中添加的物质还包括环氧乙烷和环氧丙烷无规共聚物2-4份。
7.根据权利要求6所述的热处理方法，其特征在于，所述步骤(B)中，所述的环氧乙烷和环氧丙烷无规共聚物的数均分子量控制在20000-30000之间。
8.根据权利要求7所述的热处理方法，其特征在于，所述步骤(B)中，空气自然冷却后，还包括水冷的步骤。
9.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述步骤(B)中，水冷过程中在水中添加质量百分比为1-3wt％的氢氧化钠。
10.根据权利要求9所述的热处理方法，其特征在于，所述步骤(B)中，所添加的氢氧化钠的质量百分比为1.5-2.5wt％。
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