CN112322846A - 一种42CrMo材料高强度螺栓的清洁化热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

一种42CrMo材料高强度螺栓的清洁化热处理工艺，包括以下步骤：S1:螺栓毛坯加温保温；S2:淬火水箱注水升温；S3:螺栓毛坯淬火过程控制；S3.1:冷却过程控制；S3.2:回火过程控制；S4:淬火工件合格测试。本发明采用水冷却的热处理工艺，对42CrMo合金钢制造的高强度螺栓进行调质处理，通过使用专用的淬火水槽和耐热钢料框、严格控制淬火工件在水中冷却时间，并且通过控制水与淬火工件的重量比和水的初始温度实现淬火工件在冷却初期的快速冷却，以及借助水温的升高实现淬火工件在低温阶段的缓慢冷却，从而使淬火后工件内外硬度均匀性好，硬度在HRC33‑34，机械性能满足10.9级高强度螺栓的要求，热处理质量稳定；同时，生产现场清洁，达到环保要求。

Description

一种42CrMo材料高强度螺栓的清洁化热处理工艺
技术领域
本发明属于金属材料热处理技术领域，特别涉及一种42CrMo材料高强度螺栓的清洁化热处理工艺。
背景技术
水泥机械立磨上用的高强度螺栓，要求等级为10.9级，机械性能指标要求达到：抗拉强度≧1000MPa，屈强比为0.9，屈服强度≧900MPa。
用42CrMo材料制作，毛坯尺寸Φ52*890，毛坯要求调质热处理(淬火+高温回火)，硬度要求达到HRC30-34。
42CrMo材料，因淬透性较好，淬火过程中易开裂或变形，工业生产上一直广泛使用油或者淬火液冷却淬火。但是油淬火，既增加成本也产生油烟造成环境污染，还容易失火；同时淬火后，工件外层和内部硬度一致性较差。淬火液是由聚醚类高分子材料添加多种表面活性剂制成，容易老化、腐败发臭，污染环境，淬火效果稳定性差，淬火液维护成本高。油或淬火液淬火都带来一线生产员工的职业健康问题。
众所周知，水是一种低成本的无污染的淬火介质，但是，常温水的冷却特性易使淬火工件开裂，限制了其应用，因此，现有技术中，合金钢通常用油或淬火液淬火。
为此，本发明采用独特的水冷却的热处理工艺，对42CrMo合金钢制造的高强度螺栓进行调质处理。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种42CrMo材料高强度螺栓的清洁化热处理工艺，具体技术方案如下：
一种42CrMo材料高强度螺栓的清洁化热处理工艺，包括以下步骤：
S1:螺栓毛坯加温保温
首先，将待处理的螺栓毛坯间隔分层码放在水平多孔隔结构的耐热钢料框上，然后，将两个装载有螺栓毛坯的耐热钢料框送入台车炉，在840℃高温下，进行加温保温处理；
S2:淬火水箱注水升温
首先，按照水量和淬火工件的重量比为6：1比例，向淬火水箱内注水，然后，在注水完成后，将淬火水箱内的水由常温升至40℃待用；
S3:螺栓毛坯淬火过程控制
S3.1:冷却过程控制
首先，将S1步骤中经过840℃高温保温后的一框螺栓毛坯通过吊装淬入S2步骤中水温40℃的淬火水箱中，并对淬火工件采取上下串动及左右摆动操作，致使淬火水箱内水温快速上升，淬火冷却100秒出水，此时，淬火水箱内水温升至55℃，结束冷却；然后，对第二框螺栓毛坯按照相同步骤淬火冷却，其中，第二框螺栓毛坯淬火冷却150秒出水，此时，淬火水箱内水温升至65℃，结束冷却；
S3.2:回火过程控制
首先，将S3.1步骤中经过淬火冷却的两框螺栓毛坯，放入回火炉，在570℃温度下，回火4.5小时，回火完工出炉冷却后矫直，然后，在550℃温度下，经过4小时去应力处理；
S4:淬火工件合格测试
将经过S3步骤淬火处理后的两框螺栓毛坯，每层抽检四根，进行硬度检查以及拉伸试验测试，测试合格后，方可入库储存备用。
进一步地，所述耐热钢料框包括长方形结构的框体，所述框体上纵向平行设置有多排连续间隔开设的通孔，所述框体的底面一体化连接有至少两个以上相对间隔设置的支撑块。
进一步地，所述耐热钢料框上螺栓毛坯的层与层之间通过两个相对间隔设置的螺栓毛坯隔开，且每层的相邻所述螺栓毛坯之间通过圆钢件分隔。
进一步地，所述圆钢件为倒置的U形结构件。
进一步地，所述淬火水箱包括箱体，所述箱体为内部中空的长方体槽形结构，所述箱体外侧壁上周向间隔设置有至少两个以上的加强肋环。
进一步地，所述淬火水箱的箱体和加强肋环均由耐热钢材制成。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用水冷却的热处理工艺，对42CrMo合金钢制造的高强度螺栓进行调质处理，通过使用专用的淬火水槽和耐热钢料框、严格控制淬火工件在水中冷却时间，并且通过控制水与淬火工件的重量比和水的初始温度实现淬火工件在冷却初期的快速冷却，以及借助水温的升高实现淬火工件在低温阶段的缓慢冷却，从而使淬火后工件内外硬度均匀性好，硬度在HRC33-34，机械性能满足10.9级高强度螺栓的要求，热处理质量稳定；
2、本发明用水淬火，生产车间无油烟污染，做到洁净化生产，保护了环境和操作工的身心健康，符合国家对环保的要求；
3、本发明节约了资源及成本，水相对于油或淬火液成本低廉得多；
4、本发明消除了油淬火时可能引起着火的不安全因素。
附图说明
图1示出了本发明中淬火水箱的立体结构示意图；
图2示出了本发明中耐热钢料框的结构俯视图；
图3示出了本发明中螺栓毛坯码放在耐热钢料框上的结构主视图；
图4示出了本发明中螺栓毛坯码放在耐热钢料框上的结构侧视图；
图5示出了本发明的热处理工艺流程框图。
图中所示：1、淬火水箱；11、箱体；12、加强肋环；2、耐热钢料框；21、框体；22、通孔；23、支撑块；3、螺栓毛坯；4、圆钢件。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图5所示，一种42CrMo材料高强度螺栓的清洁化热处理工艺，包括以下步骤：
S1:螺栓毛坯加温保温
首先，将待处理的螺栓毛坯3间隔分层码放在水平多孔隔结构的耐热钢料框2上，然后，将两个装载有螺栓毛坯3的耐热钢料框2送入台车炉，在840℃高温下，进行加温保温处理；
S2:淬火水箱注水升温
首先，按照水量和淬火工件的重量比为6：1比例，向淬火水箱1内注水，然后，在注水完成后，将淬火水箱1内的水由常温升至40℃待用；
S3:螺栓毛坯淬火过程控制
S3.1:冷却过程控制
首先，将S1步骤中经过840℃高温保温后的一框螺栓毛坯3通过吊装淬入S2步骤中水温40℃的淬火水箱1中，并对淬火工件采取上下串动及左右摆动操作，致使淬火水箱1内水温快速上升，淬火冷却100秒出水，此时，淬火水箱1内水温升至55℃，结束冷却；然后，对第二框螺栓毛坯3按照相同步骤淬火冷却，其中，第二框螺栓毛坯3淬火冷却150秒出水，此时，淬火水箱1内水温升至65℃，结束冷却；
S3.2:回火过程控制
首先，将S3.1步骤中经过淬火冷却的两框螺栓毛坯3，放入回火炉，在570℃温度下，回火4.5小时，回火完工出炉冷却后矫直，然后，在550℃温度下，经过4小时去应力处理；
S4:淬火工件合格测试
将经过S3步骤淬火处理后的两框螺栓毛坯3，每层抽检四根，进行硬度检查以及拉伸试验测试，测试合格后，方可入库储存备用。
如图2所示，所述耐热钢料框2包括长方形结构的框体21，所述框体21上纵向平行设置有多排连续间隔开设的通孔22，所述框体21的底面一体化连接有至少两个以上相对间隔设置的支撑块23。
如图3和4所示，所述耐热钢料框2上螺栓毛坯3的层与层之间通过两个相对间隔设置的螺栓毛坯3隔开，且每层的相邻所述螺栓毛坯3之间通过圆钢件4分隔。
如图3所示，所述圆钢件4为倒置的U形结构件。
如图1所示，所述淬火水箱1包括箱体11，所述箱体11为内部中空的长方体槽形结构，所述箱体11外侧壁上周向间隔设置有至少两个以上的加强肋环12。
优选地，所述淬火水箱1的箱体11和加强肋环12均由耐热钢材制成。
经过本实施例处理后的螺栓毛坯内外硬度均匀性好，硬度在HRC33-34。
按照等级为10.9级的高强度螺栓要求，抗拉强度≧1000MPa，屈强比为0.9，屈服强度≧900MPa；经过拉伸试验，结果各项性能指标合格。
实测结果数据为：抗拉强度1066MPa，屈服强度958MPa，机械性能满足10.9级高强度螺栓的要求。
经过实践证明，使用本发明的水冷却的热处理工艺方法，每年处理此种高强度螺栓40余吨，获得了较好的经济效益和社会效益。
本发明的工作原理是：
理想情况下，在高温区域，过冷奥氏体比较稳定，淬火工件应当缓慢冷却，以减少热应力；中温区域即鼻子附近，是过冷奥氏体最不稳定的区域，通常在650-400℃，淬火工件的冷却速度必须大于临界冷却速度，以防止发生珠光体或贝氏体转变；在低温区域(低于400℃)，即在马氏体转变点时具有缓和的冷却能力，以使淬火工件以缓慢的冷却速度通过淬火危险区域，防止由于巨大的组织应力和热应力而造成变形与开裂。
常温水的冷却速度特性在淬火临界温度范围恰恰与上述理想情况相反。在淬火临界温度区650-550℃，水正处于蒸汽膜阶段，冷却速度不快，不到200℃/秒；淬火工件冷到400℃进入沸腾阶段，亦即淬火危险区域，冷却速度反而相当快，对20℃水，在340℃左右冷速达到最大。可见，常温水的冷却特性易使工件开裂，限制了其应用，因此，现有技术中，合金钢通常用油或淬火液淬火。
然而，本发明通过控制水与淬火工件的重量比和水的初始温度实现淬火工件在冷却初期的快速冷却，以及借助水温的升高实现淬火工件在低温阶段的缓慢冷却，热处理质量稳定。
一般水的数量相对淬火工件越少，水运动的程度越剧烈，可观察到淬火水箱中全部介质都发生了剧烈运动，本发明通过大量水淬火，不会发生此类剧烈运动，同时，本发明将淬火工件上下串动及左右摆动，可以促使水循环，水的流动大大降低了表面蒸汽膜的稳定性，使得蒸汽膜阶段较早结束，从而增大了冷却速度，提高水在淬火临界区域冷却能力；蒸汽膜阶段缩短，水的特性温度Tv上移，最大冷却速度对应的温度也上移，从而避开马氏体转变区。
通过淬火时的热交换过程，使作为淬火介质的水温上升，随着水温的上升，最大冷却能力大幅降低；在马氏体危险淬裂区域冷速变慢，资料介绍，水温60℃时，淬火工件在200～300℃，平均冷却速度只有210℃/s，获得了水的理想冷却能力，从而实现冷却特性的调控。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种42CrMo材料高强度螺栓的清洁化热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1:螺栓毛坯加温保温
首先，将待处理的螺栓毛坯(3)间隔分层码放在水平多孔隔结构的耐热钢料框(2)上，然后，将两个装载有螺栓毛坯(3)的耐热钢料框(2)送入台车炉，在840℃高温下，进行加温保温处理；
S2:淬火水箱注水升温
首先，按照水量和淬火工件的重量比为6：1比例，向淬火水箱(1)内注水，然后，在注水完成后，将淬火水箱(1)内的水由常温升至40℃待用；
S3:螺栓毛坯淬火过程控制
S3.1:冷却过程控制
首先，将S1步骤中经过840℃高温保温后的一框螺栓毛坯(3)通过吊装淬入S2步骤中水温40℃的淬火水箱(1)中，并对淬火工件采取上下串动及左右摆动操作，致使淬火水箱(1)内水温快速上升，淬火冷却100秒出水，此时，淬火水箱(1)内水温升至55℃，结束冷却；然后，对第二框螺栓毛坯(3)按照相同步骤淬火冷却，其中，第二框螺栓毛坯(3)淬火冷却150秒出水，此时，淬火水箱(1)内水温升至65℃，结束冷却；
S3.2:回火过程控制
首先，将S3.1步骤中经过淬火冷却的两框螺栓毛坯(3)，放入回火炉，在570℃温度下，回火4.5小时，回火完工出炉冷却后矫直，然后，在550℃温度下，经过4小时去应力处理；
S4:淬火工件合格测试
将经过S3步骤淬火处理后的两框螺栓毛坯(3)，每层抽检四根，进行硬度检查以及拉伸试验测试，测试合格后，方可入库储存备用。
2.根据权利要求1所述的一种42CrMo材料高强度螺栓的清洁化热处理工艺，其特征在于：所述耐热钢料框(2)包括长方形结构的框体(21)，所述框体(21)上纵向平行设置有多排连续间隔开设的通孔(22)，所述框体(21)的底面一体化连接有至少两个以上相对间隔设置的支撑块(23)。
3.根据权利要求2所述的一种42CrMo材料高强度螺栓的清洁化热处理工艺，其特征在于：所述耐热钢料框(2)上螺栓毛坯(3)的层与层之间通过两个相对间隔设置的螺栓毛坯(3)隔开，且每层的相邻所述螺栓毛坯(3)之间通过圆钢件(4)分隔。
4.根据权利要求3所述的一种42CrMo材料高强度螺栓的清洁化热处理工艺，其特征在于：所述圆钢件(4)为倒置的U形结构件。
5.根据权利要求1所述的一种42CrMo材料高强度螺栓的清洁化热处理工艺，其特征在于：所述淬火水箱(1)包括箱体(11)，所述箱体(11)为内部中空的长方体槽形结构，所述箱体(11)外侧壁上周向间隔设置有至少两个以上的加强肋环(12)。
6.根据权利要求5所述的一种42CrMo材料高强度螺栓的清洁化热处理工艺，其特征在于：所述淬火水箱(1)的箱体(11)和加强肋环(12)均由耐热钢材制成。
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