CN113862461A - 一种在线控制高锰钢热处理质量的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于材料的测试测量技术领域，具体涉及一种在线控制高锰钢热处理质量的装置及方法。取高锰钢试样并放入到特制的盛具中随高锰钢产品一起进行固溶热处理，然后从热处理炉中取出盛具与试样，对试样进行水韧处理，然后通过质量称量仪和特制辅助台架检测试样单位质量的磁力，根据试样单位重量的磁力大小，定量控制高锰钢产品的固溶保温时间。本发明能够及时、准确地判断高锰钢热处理质量，并能够对高锰钢产品的固溶保温时间实现在线准确地调整，减少不合格品，操作简单、可靠，效率高。

Description

一种在线控制高锰钢热处理质量的装置及方法
技术领域
本发明属于材料的测试测量技术领域，具体涉及一种在线控制高锰钢热处理质量的装置及方法。
背景技术
高锰钢是一种广泛使用的耐磨材料，应用领域包括采石、采矿、挖掘、路桥施工、煤炭工业、铸造和钢铁行业等，常用来制作挖掘机的铲齿、圆锥式破碎机的轧面壁和破碎壁、颚式破碎机岔板、球磨机衬板、铁路辙岔、板锤、锤头等。高锰钢的铸态组织通常是由奥氏体、碳化物和珠光体所组成。碳化物数量多时，常在晶界上呈网状出现。因此铸态组织的高锰钢很脆，需要进行热处理后才能使用。
高锰钢通常使用的热处理方法是水韧处理，即将钢加热到1050～1100℃，保温一定时间，消除铸态组织中的碳化物等，得到单相奥氏体组织，然后水淬，使此种组织保持到常温。热处理保温时间对产品质量影响很大，保温时间太短碳化物溶解达不到要求导致材料脆性大，保温时间太长容易造成晶粒粗大、氧化严重、能耗高等问题。而保温时间与铸件壁厚大小、碳化物的稳定性等很多因素有关，很难精确确定。实际生产中对高锰钢热处理质量的检测方法有观察金相组织、测试力学性能、化验化学成分等，这些检测方法需要较长时间，一般是在热处理结束后进行，是事后检测。
发明内容
本发明意在提供一种在线控制高锰钢热处理质量的装置及方法，以快速地检测高锰钢热处理质量，及时调整保温时间。
为了达到上述目的，本发明的方案为：一种在线控制高锰钢热处理质量的装置，包括磁力测量仪及固溶处理盛具，磁力测量仪包括质量称量仪和辅助台架，辅助台架包括上U型架和下U型架，上U型架和下U型架均倒置放置，下U型架两端放置于质量称量仪的壳体上，上U型架的两端从下U型架上方跨过后置于质量称量仪的托盘上，上U型架下方的下U型架的顶面上设有永磁体，上U型架顶面对应永磁体的位置处开有通孔，通孔处盖有非磁性的盖板。
应用上述装置控制高锰钢热处理质量的方法：包括以下步骤：
步骤一：制备高锰钢试样；
步骤二：将试样放置在固溶处理盛具中；
步骤三：装有试样的固溶处理盛具与产品一起放入热处理炉中，一起加热、保温。
步骤四：在保温到额定时间后，取出装有试样的固溶处理盛具，对试样进行水韧处理；
步骤五：对水韧处理后的试样进行干燥，打磨去除氧化层；
步骤六：将经过步骤五处理后的试样置于上U型架上远离永磁体处，记录称量值W1；
步骤七：将经过步骤五处理后的试样置于永磁体上方的盖板上，记录称量值W2；
步骤八：计算该试样单位重量的磁力a＝(W2-W1)/W1。当a低于接近于0的临界值时，则产品合格；a大于等于此临界值时，则不合格，根据该试样单位重量的磁力大小在线确定炉内产品需要延长的保温时间。
本方案的工作原理及有益效果在于：合格的高锰钢热处理后得到的是单相奥氏体组织，不具有磁性。取高锰钢产品的试样与产品一起进行热处理，在保温阶段取试样淬火，高锰钢成分不合格或者保温时间不够时，内部不能完全形成没有磁性的单相奥氏体组织而具有一定磁性。将放置有上U型架和盖板的质量称量仪归零后，放上试样(远离永磁体)，即可测出试样本身的称量值W1，再把试样移至永磁体上方，即可测量出试样受磁性吸引后的称量值W2。试样单位重量的磁力即可判断内部组织，如果接近0(理论上应当绝对等于0，但实际上因为杂质、外界磁场等因素影响，不会绝对等于零，只会接近于0)则表明已得到单向奥氏体组织，如果大于0则表明组织中存在影响力学性能的非奥氏体组织。试样单位重量的磁力大小与非奥氏体组织的量有关，单位重量的磁力大则非奥氏体组织多，需要延长的保温时间就长，这样就可以根据试样单位重量的磁性大小判断热处理质量并调整保温时间，实现高锰钢热处理质量的在线控制。
采用本方案，不但可以在高锰钢产品在线生产时及时检测其热处理质量，而且还能够及时、准确地量化产品热处理质量指标，能够对高锰钢产品的保温时间实现准确地调整，减少不合格品。本方案与现有技术相比操作更简单、可靠，成本更低，效率更高。
可选地，辅助台架由非磁性材料制成。
可以避免试样在具有磁性时与辅助台架之间产生磁力而影响W1、W2称量值的准确性。
可选地，固溶处理盛具材质为高锰钢，固溶处理盛具形状为底部直径与高相等的圆柱体，圆柱体的直径d根据下列关系式确定：
d＝(6V)/S；
式中，V为高锰钢产品的体积，S为高锰钢产品的表面积。
这样可以保证试样与产品的热处理状态基本一致，不需要从大块试样上切割便于观测的小试样，满足在线检测对时间的要求。
可选地固溶处理盛具中部设有可以将试样放置在固溶处理盛具中心的盲孔。
固溶处理盛具可反复使用。
可选地，盲孔内设有金属颗粒和石墨颗粒，石墨颗粒的粒度小于金属颗粒的粒度。
固溶处理盛具的盲孔通过填充金属颗粒，便于热量传导只样品未与盛具接触的表面上，进一步还原试样在产品内部的热处理环境。石墨颗粒则用于填充金属颗粒之间的缝隙，避免空气与热处理中的试样接触，避免试样氧化。
可选地，石墨颗粒占金属颗粒的重量比例为5-10％。
可选地，盖板为透明玻璃板。
玻璃材质不会阻隔永磁体对试样施加的磁性，而且玻璃透明，便于观察试样是否置于试样正上方。
可选地，还包括固定架，固定架固定在质量称量仪上，辅助台架位于固定架内，固定架与下U型架之间竖直支撑有支撑杆。
通过支撑杆，使得下U型架的安装更稳固。
可选地，在步骤三之前还包括以下步骤：将高锰钢试样放入固溶处理盛具的盲孔中，并在盲孔内填入金属颗粒和石墨颗粒以将试样完全覆盖。
附图说明
图1为本发明实施例中一种在线控制高锰钢热处理质量的装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中盛具中放置试样并填充金属颗粒与石墨颗粒后的结构示意图。
附图中的附图标记包括：质量称量仪1、下U型架2、上U型架3、试样4、盖板5、固定架6、防护罩7、支撑杆8、通孔9、永磁体10、托盘11、盛具12、金属颗粒13、石墨颗粒14、盲孔15。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
实施例一
一种在线控制高锰钢热处理质量的装置，基本如附图1所示，包括质量称量仪1和辅助台架，质量称量仪1带有防护罩7，防护罩顶部的顶板可掀开，顶板闭合后防护罩能形成密闭的空间。辅助台架包括上U型架3和下U型架2，上U型架3和下U型架2均倒置放置，下U型架2两端放置于质量称量仪1的壳体上，上U型架3的两端从下U型架2上方跨过后置于质量称量仪的托盘11上，上U型架3下方的下U型架2的顶面上设有永磁体10，上U型架3顶面对应永磁体10的位置处开有通孔9，通孔9处盖有由透明玻璃板制成的盖板5。质量称量仪1壳体的顶部固定安装有固定架6，固定架6整***于防护罩7内，固定架6呈框架结构，辅助台架位于固定架6内，固定架6与下U型架2之间竖直支撑有支撑杆8，支撑杆8分为上下两段且两段之间内螺纹与外螺纹实现螺纹连接。
还包括由高锰钢制成的固溶处理盛具12，如附图2所示，固溶处理盛具12中部设有可以将试样放置在固溶处理盛具中心的盲孔15。固溶处理盛具12形状为底部直径与高相等的圆柱体，圆柱体的直径d根据下列关系式确定：d＝(6V)/S(V为高锰钢产品的体积，S为高锰钢产品的表面积)；辅助台架、固定架、支撑杆由铝合金制成。
使用上述装置在线控制高锰钢热处理质量的方法为：
步骤一：利用与被测高锰钢产品同炉的金属液制备高锰钢试样4；
步骤二：将试样4放置到固溶处理盛具12的盲孔15底部；
步骤三：装有试样4的固溶处理盛具12与产品一起放入热处理炉中，一起加热、保温；
步骤四：在保温到额定时间后，取出装有试样4的固溶处理盛具12，对试样4进行水韧处理；
步骤五：对水韧处理后的试样4进行干燥，打磨去除氧化层；
步骤六：将经过步骤五处理后的试样4置于上U型架3上远离永磁体10处，记录称量值W1；
步骤七：将经过步骤五处理后的试样4置于永磁体上方的盖板5上，记录称量值W2；
步骤八：计算该试样4单位重量的磁力a＝(W2-W1)/W1。当a低于接近于0的临界值时，则产品合格；a大于等于此临界值时，则不合格，根据该试样4单位重量的磁力大小在线确定炉内产品需要延长的保温时间。
实施例二
与实施例一的差别仅在于：在将试样4放入固溶处理盛具12的盲孔15底部后，向盲孔15内填入金属颗粒13和石墨颗粒14，直至将盲孔15填平，石墨颗粒14的粒度为：0.1-0.5毫米，金属颗粒13的粒度为：0.5-1.5毫米，石墨颗粒占金属颗粒的重量比例为5％。
实施例三
与实施例二的差别仅在于：
石墨颗粒占金属颗粒的重量比例为10％。石墨颗粒越多隔绝空气的效果越好。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和本发明的实用性。说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种在线控制高锰钢热处理质量的装置，其特征在于：包括磁力测量仪及固溶处理盛具，磁力测量仪包括质量称量仪和辅助台架，辅助台架包括上U型架和下U型架，上U型架和下U型架均倒置放置，下U型架两端放置于质量称量仪的壳体上，上U型架的两端从下U型架上方跨过后置于质量称量仪的托盘上，上U型架下方的下U型架的顶面上设有永磁体，上U型架顶面对应永磁体的位置处开有通孔，通孔处盖有非磁性的盖板。
2.根据权利要求1所述的一种在线控制高锰钢热处理质量的装置，其特征在于：辅助台架由非磁性材料制成。
3.根据权利要求1所述的一种在线控制高锰钢热处理质量的装置，其特征在于：固溶处理盛具材质为高锰钢，形状为底部直径与高相等的圆柱体，圆柱体的直径d根据下列关系式确定：
d＝(6V)/S；
式中，V为高锰钢产品的体积，S为高锰钢产品的表面积。
4.根据权利要求3所述的一种在线控制高锰钢热处理质量的装置，其特征在于：固溶处理盛具中部设有可以将试样放置在固溶处理盛具中心的盲孔。
5.根据权利要求4所述的一种在线控制高锰钢热处理质量的装置，其特征在于：盲孔内设有金属颗粒和石墨颗粒，石墨颗粒的粒度小于金属颗粒的粒度。
6.根据权利要求5所述的一种在线控制高锰钢热处理质量的装置，其特征在于：石墨颗粒占金属颗粒的重量比例为5-10％。
7.根据权利要求6所述的一种在线控制高锰钢热处理质量的装置，其特征在于：盖板为透明玻璃板。
8.根据权利要求7所述的一种在线控制高锰钢热处理质量的装置，其特征在于：还包括固定架，固定架固定在质量称量仪上，辅助台架位于固定架内，固定架与下U型架之间竖直支撑有支撑杆。
9.一种使用如权利要求1所述的装置控制高锰钢热处理质量的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：根据高锰钢产品制备高锰钢试样；
步骤二：将试样放置到固溶处理盛具中；
步骤三：将装有试样的固溶处理盛具与产品一起放入热处理炉中，一起加热、保温；
步骤四：在保温到额定时间后，取出装有试样的固溶处理盛具，对试样进行水韧处理；
步骤五：对水韧处理后的试样进行干燥，打磨去除氧化层；
步骤六：将经过步骤五处理后的试样置于上U型架上远离永磁体处，记录称量值W1；
步骤七：将经过步骤五处理后的试样置于永磁体上方的盖板上，记录称量值W2；
步骤八：计算该试样单位重量的磁力a＝(W2-W1)/W1。当a低于接近于0的临界值时，则产品合格；a大于等于此临界值时，则不合格，根据该试样单位重量的磁力大小在线确定炉内产品需要延长的保温时间。
10.根据权利要求9所述的一种在线控制高锰钢热处理质量的方法，其特征在于：在步骤三之前还包括以下步骤：将高锰钢试样放入固溶处理盛具的盲孔中，并在盲孔内填入金属颗粒和石墨颗粒以将试样完全覆盖。
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