感应淬火细化晶粒的工艺方法技术

本发明专利技术涉及一种感应淬火细化晶粒的工艺方法，包括以下步骤：工件在环状的感应器中预热；预热后立即进行感应加热淬火，加热淬火过程一边加热一边喷水冷却；感应加热淬火次数为两次以上。本发明专利技术将钢由室温加热至常规淬火温度下限，在此温度下短时间保温进行奥氏体化，然后快速淬火冷却至室温，由于再结晶奥氏体晶粒细化作用以及快速加热情况下铁素体晶粒有转变为多个奥氏体晶粒的倾向，使晶粒显著细化；同时对钢件进行快速加热和冷却，可以抑制晶核长大，从而获得细小的奥氏体晶粒组织。本发明专利技术可应用于钢材晶粒细化的热处理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及热处理领域，特别是涉及一种感应淬火细化晶粒的工艺方法。
技术介绍
金属材料是现代生产生活中用量最大、应用最为广泛的工程材料。黑色金属即钢铁材料，在机床制造、造车造船、石油化工等装备制造业中尤其备受青睐。随着国民经济的发展和科学技术的进步，在产品设计和制造过程中，会面临着越来越多的材料性能及材料加工方面的问题。提高钢铁材料性能的方法主要是合金化和热处理两大手段。其中，热处理是通过改变钢铁的内部组织结构以获得所要求性能的一种热加工技术。在热加工领域，细化晶粒是提高钢铁材料性能的一种有效手段。晶粒的大小即晶粒度，对钢铁材料的机械性能有很大的影响；无论对碳钢或合金钢而言，多数情况下都希望得到细晶粒，因为常温下晶粒越细小，强度、硬度越高，同时塑性、冲击韧性越好，耐磨性越高。较为例外的是用来制造电机和变压器的硅钢片，人们往往希望得到粗大的晶粒使其磁滞损耗小、效应高。常见的细化晶粒的方法有铸造领域的增加过冷度、变质处理和机械振动搅拌，还有诸多学者和技术人员报道的形变处理细化、物理场细化等。但是热处理方法特别是感应热处理细化晶粒鲜有披露。
技术实现思路
为了克服上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种感应淬火细化晶粒的工艺方法，可以抑制晶核长大，从而获得细小的奥氏体晶粒组织。本专利技术所采用的技术方案是：一种感应淬火细化晶粒的工艺方法，包括以下步骤：1)  工件在环状的感应器中预热；此处的工件为碳钢或合金钢，预热温度为碳钢330~370℃、合金钢390~410℃。2)              预热后立即进行感应加热淬火，加热淬火过程中一边加热一边喷液冷却。喷出的冷却液同时应具有一定的压力，保障快速冷却的效果。    将钢由室温加热至AC3的某一温度（常规淬火温度下限），在此温度下短时间保温进行奥氏体化，然后快速淬火冷却至室温，由于再结晶奥氏体晶粒细化作用以及快速加热情况下铁素体晶粒有转变为多个奥氏体晶粒的倾向，使晶粒显著细化；而且，对钢件进行边快速加热边冷却的技术手段，可以抑制晶核长大，从而获得细小的奥氏体晶粒组织。 作为上述技术方案的进一步改进，重复步骤1）和步骤2），对工件进行多次感应淬火。每进行一次循环，奥氏体晶粒就得到一定程度的细化，有效的提高晶粒细化的效果。作为上述技术方案的进一步改进，步骤2）中，采用连续加热，并立即对加热后的部位喷水冷却。淬火后即刻的冷却有利于抑制晶核长大。作为上述技术方案的进一步改进，步骤1）中，感应器沿工件轴线作相对于工件的向下运动，步骤2）中，感应器沿工件轴线作相对于工件的向上运动。作为上述技术方案的进一步改进，感应淬火结束后对工件采取低温回火。回火温度需根据工件要求的最终硬度来定，一般采取低温180~210℃回火。作为上述技术方案的进一步改进，所述感应器具有上、下两层相互贯通的空心结构的加热圈，所述加热圈上接有至少三条进液管，所述进液管贯通加热圈，所述下层的加热圈内周沿轴向均布设有与加热圈轴线成一夹角的喷液孔。加热圈同时具备加热和通冷却液的作用，而且冷却液的喷液孔位于下层加热圈，在感应器向上运动时，先由两层加热圈对工件感应加热，同时供应冷却液，使得加热完毕的部位能够即刻通过喷液孔进行喷液冷却，达到在一个感应器中完成两项工作的要求，简化了热处理的设备和工序。感应器向下运动预热工件时，加热圈内不通水。该感应器制成双圈的形式相对单圈来说加热充分而且均匀，相对三圈在连续加热淬火时也表现出优势，冷却及时有效。作为上述技术方案的进一步改进，所述相邻喷液孔的间距为喷液孔孔径的1.5～2.5倍。在保证加热圈结构强度和冷却液压力固定的前提下，喷液孔越密集，冷却的效果也越佳。本专利技术的有益效果是：本专利技术将钢由室温加热至常规淬火温度下限，在此温度下短时间保温进行奥氏体化，然后快速淬火冷却至室温，由于再结晶奥氏体晶粒细化作用以及快速加热情况下铁素体晶粒有转变为多个奥氏体晶粒的倾向，使晶粒显著细化；同时对钢件进行快速加热和冷却，可以抑制晶核长大，从而获得细小的奥氏体晶粒组织。 附图说明下面结合附图和实施方式对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的感应器的俯视图；图2是图1中A向的剖面示意图；图3是图2中B部分的放大示意图；图4为工件调质后的晶粒度照片；图5为加热一次(W1)的表面晶粒度照片；图6为W1的表面淬火马氏体照片；图7为W1的感应淬火层由表及里的硬度-深度梯度过渡曲线；图8为加热三次(W3)的表面晶粒度照片；图9为W3的表面淬火马氏体照片；图10为W3的感应淬火层由表及里的硬度-深度梯度过渡曲线；图11为加热六次(W6)的表面晶粒度照片；图12为W6的表面淬火马氏体照片；图13为W6的感应淬火层由表及里的硬度-深度梯度过渡曲线。具体实施方式本实施例中采用三根轴工件，材料为40Cr，尺寸Φ200×600mm，前期全部进行同炉调质处理（860℃×3.5h淬油冷透，550℃×5h回火），检硬度为28~32HRC，晶粒度评为5.0~6.0级。本实施例采用的感应加热设备：KGPS 500/2.5-8型可控硅中频电源，电容6KF，变压器匝比n1/n2=8:2，输出功率P：60KW。本实施例的工艺如下：1、根据工件实际尺寸及加工位置，用紫铜管制作如图1、图2和图3所示的感应器。感应器采用截面长度15mm、宽度10mm、壁厚0.5mm的紫铜管制作。感应器具有上、下两层相互贯通的空心结构的加热圈1，加热圈1上接有三条进液管2，管径为12mm，进液管2贯通加热圈1，下层的加热圈1内周沿轴向均布设有与加热圈1轴线成45°夹角的喷液孔3，喷液孔3的直径为1mm，呈水平环绕，相邻喷液孔3的间距为2mm。两层加热圈1采用胶木板绝缘连接支持，直径为Φ216，上下圈之间的间隙为15mm，加热圈1内圆周与工件加热部位的间隙为8mm。2、将调质状态的工件沿垂直加热圈轴线方向竖放。 3、将需做细化部位放入感应器内，中频感应淬火前都需机上预热，预热温度约为380℃，预热完毕即刻进行感应淬火。4、调节中频设备各电参数、热参数、其它因素等：比功率：0.5KW/cm2；启动频率：5KHz；启动电流：0.8KA；中频电压：600V；喷水水压：0.15Mpa。先机上预热，感应器向下行走，走速1.0mm/s，然后感应器向上行走连续加热、即刻喷水冷却，感应器走速1.2mm/s，感应器与工件加热部位的间隙为8mm。5、控制机床走速1.2mm/s，功率60KW，在第一件W1加热一次，一边加热一边喷水冷却，水压0.15Mpa；在第二件W3预热后加热三次，每次都一边加热一边喷水冷却，水压0.15Mpa；在第三件W6预热后加热六次，每次都一边加热一边喷水冷却，水压0.15Mpa；现场可采用红外辐射测温仪检测淬火温度，温度控制在880℃±10℃。停止加热后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种感应淬火细化晶粒的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：1）工件在环状的感应器中预热； 2）预热后立即进行感应加热淬火，加热淬火过程中一边加热一边喷水冷却。

【技术特征摘要】
1.一种感应淬火细化晶粒的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）工件在环状的感应器中预热； 
2）预热后立即进行感应加热淬火，加热淬火过程中一边加热一边喷水冷却。
2.根据权利要求1所述的感应淬火细化晶粒的工艺方法，其特征在于：重复步骤1）和步骤2），对工件进行多次感应淬火。
3.根据权利要求1所述的感应淬火细化晶粒的工艺方法，其特征在于：步骤2）中，采用连续加热，并立即对加热后的部位喷液冷却。
4.根据权利要求1所述的感应淬火细化晶粒的工艺方法，其特征在于： 步骤1）中，感应器沿工件轴线作相对于工件的向下运动，...

【专利技术属性】
技术研发人员：高阳，张小聪，张达省，余荣杰，陈国辉，叶春生，
申请(专利权)人：广州市机电工业研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44