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低碳合金鋼工件的控制冷卻工藝及裝置的制作方法

文檔序號(hào):12645471閱讀:520來(lái)源:國(guó)知局
低碳合金鋼工件的控制冷卻工藝及裝置的制作方法

本發(fā)明涉及的是一種低碳合金鋼工件鍛后熱處理領(lǐng)域的技術(shù),具體是一種低碳合金鋼工件的控制冷卻工藝及裝置。



背景技術(shù):

傳統(tǒng)模鍛大多采用熱鍛方式,即鍛造溫度在1150-1250℃,鍛后工件經(jīng)過(guò)等溫正火得到均勻的組織和穩(wěn)定的性能后再進(jìn)入車加工工序。等溫正火往往需要20小時(shí)左右,工件在完全奧氏體化后再結(jié)晶轉(zhuǎn)變的過(guò)程中,脫碳較為嚴(yán)重,消耗較大,因而逐漸出現(xiàn)了鍛后余熱正火、余熱淬火等方式來(lái)優(yōu)化整體生產(chǎn)流程,節(jié)能降耗。雖然通過(guò)該方式處理的工件保留了優(yōu)秀的力學(xué)性能和組織性能,但是由于自動(dòng)化及工件鍛造存在差異等問(wèn)題,余熱正火均勻性有一定差異。

近年來(lái),因精密鍛造的需要,鍛造方式逐步向溫鍛轉(zhuǎn)變,雖然溫鍛后脫碳的現(xiàn)象得以減輕,但是溫鍛后熱處理問(wèn)題亟待解決。在900-1000℃溫鍛后,工件無(wú)法整體完全奧氏體化,導(dǎo)致溫鍛后必須通過(guò)完全等溫退火來(lái)消除應(yīng)力及組織均勻化。在引進(jìn)大量國(guó)外先進(jìn)鍛壓設(shè)備的同時(shí),先進(jìn)設(shè)備的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)并不明顯,能耗也沒(méi)有大幅度的降低。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足,提出了一種低碳合金鋼工件的控制冷卻工藝及裝置,能夠在保證低碳合金鋼組織均勻化和工藝穩(wěn)定性的同時(shí),降低大量能耗,減少生產(chǎn)周期。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:

本發(fā)明涉及一種低碳合金鋼工件的控制冷卻工藝,包括以下步驟:

S1,根據(jù)對(duì)應(yīng)材料的CCT(Continuous Cooling Transformation,過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變)曲線,選定工件冷卻速度V1,工件冷卻速度V1在A溫度以上為1-2℃/s、在A溫度以下為2-4℃/s,A溫度的取值范圍為550-620℃;以此設(shè)定控制冷卻過(guò)程時(shí)間T=T1+T2,工件傳輸速度其中:L為控制冷卻階段工件的傳輸距離,t1為控制冷卻起始溫度,t2即A溫度、為第一冷卻階段的結(jié)束溫度,t3為第二冷卻階段的結(jié)束溫度,T1為第一冷卻階段的冷卻時(shí)間,T2為第二冷卻階段的冷卻時(shí)間;

S2,對(duì)溫鍛后的工件在控制冷卻前進(jìn)行紅外線測(cè)溫,篩選處于880-950℃范圍內(nèi)的工件進(jìn)入控制冷卻階段,其余工件待處理;

S3,對(duì)進(jìn)入控制冷卻階段的初始批次工件進(jìn)行不同風(fēng)量外循環(huán)風(fēng)冷卻和抽吸風(fēng)處理,使控制冷卻階段的環(huán)境溫度處于恒溫狀態(tài),之后舍棄初始批次工件,利用不同風(fēng)量外循環(huán)風(fēng)進(jìn)行后續(xù)批次工件的控制冷卻,使工件完成兩個(gè)階段的控制冷卻。

所述的控制冷卻起始溫度t1為880-950℃,第二冷卻階段結(jié)束溫度t3為150-250℃。

所述的工件傳輸距離L=12m,工件傳輸速度為15-20mm/s。

所述的外循環(huán)風(fēng)包括:一次、二次和三次外循環(huán)風(fēng);根據(jù)工件冷卻速度V1設(shè)定風(fēng)量,其中:一次和二次外循環(huán)風(fēng)的風(fēng)量三次外循環(huán)風(fēng)的風(fēng)量抽吸風(fēng)風(fēng)量W為單個(gè)工件體積與單排工件數(shù)量的乘積,H為工件在垂直方向上的高度。

所述的一次和二次外循環(huán)風(fēng)的風(fēng)量相同均為700-1000m3/h,三次外循環(huán)風(fēng)風(fēng)量為一次外循環(huán)風(fēng)風(fēng)量的兩倍,工件在一次、二次和三次外循環(huán)風(fēng)中冷卻相同時(shí)間,在一次和二次外循環(huán)風(fēng)中完成A溫度以上溫度的緩慢冷卻,在三次外循環(huán)風(fēng)中完成A溫度以下溫度的快速冷卻。

優(yōu)選地,在步驟S3過(guò)程中進(jìn)行紅外線測(cè)溫,根據(jù)測(cè)溫結(jié)果,對(duì)工件傳輸速度、外循環(huán)風(fēng)和抽吸風(fēng)風(fēng)量分別進(jìn)行微調(diào),保持預(yù)定的冷卻速度。

優(yōu)選地,經(jīng)步驟S3控制冷卻降溫至150-250℃后,將工件置于空氣中完全冷卻至室溫

本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)上述工藝的控制冷卻裝置,包括:紅外線測(cè)溫裝置、自動(dòng)排料分選管道、一次外循環(huán)風(fēng)風(fēng)扇、二次外循環(huán)風(fēng)風(fēng)扇、三次外循環(huán)風(fēng)風(fēng)扇、控制冷卻網(wǎng)帶、抽吸風(fēng)裝置、自動(dòng)控制裝置和空冷履帶,其中:控制冷卻網(wǎng)帶前端設(shè)有自動(dòng)排料分選管道,自動(dòng)排料分選管道前端設(shè)有紅外線測(cè)溫裝置,控制冷卻網(wǎng)帶上方沿工件傳輸方向依次設(shè)有一次、二次和三次外循環(huán)風(fēng)風(fēng)扇,抽吸風(fēng)裝置設(shè)置在二次外循環(huán)風(fēng)風(fēng)扇和控制冷卻網(wǎng)帶后端之間,控制冷卻網(wǎng)帶后端與空冷履帶相連;

所述的紅外線測(cè)溫裝置與自動(dòng)控制裝置相連并輸出工件溫度信息,所述的自動(dòng)控制裝置與控制冷卻網(wǎng)帶相連并輸出網(wǎng)帶轉(zhuǎn)速信息,所述的自動(dòng)控制裝置與一次外循環(huán)風(fēng)風(fēng)扇、二次外循環(huán)風(fēng)風(fēng)扇、三次外循環(huán)風(fēng)風(fēng)扇和抽吸風(fēng)裝置相連并分別輸出風(fēng)扇轉(zhuǎn)速信息。

所述的一次、二次和三次外循環(huán)風(fēng)風(fēng)扇等間距設(shè)置。

所述的自動(dòng)排料分選管道與輸送帶相連并設(shè)有待處理箱。

所述的控制冷卻網(wǎng)帶包括罩殼和網(wǎng)帶傳輸履帶,所述的罩殼上沿工件傳輸方向等間距設(shè)置有若干紅外線測(cè)溫傳感器,所述的紅外線測(cè)溫傳感器與自動(dòng)控制裝置相連并輸出網(wǎng)帶上各區(qū)域中工件溫度信息,實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制。

所述的控制冷卻網(wǎng)帶后端與空冷履帶連接的接口處設(shè)有鐵鏈簾減速滑道。

所述的空冷履帶與料架相連。

技術(shù)效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明利用低碳合金鋼的CCT曲線,通過(guò)對(duì)三道可調(diào)風(fēng)速及網(wǎng)帶轉(zhuǎn)速的控制,使工件冷卻速度得到有效控制,在550-620℃以上以1℃/s的速度緩慢冷卻,而在550-620℃以下以2-3℃/s的速度快速冷卻,能夠使工件在鐵素體和珠光體區(qū)域有充分時(shí)間進(jìn)行轉(zhuǎn)變,防止非平衡組織產(chǎn)生,可省去鍛造后傳統(tǒng)的等溫正火工序,加快了生產(chǎn)周期,提高了自動(dòng)化效率,較傳統(tǒng)工藝制造成本節(jié)約60%-70%左右。

附圖說(shuō)明

圖1為低碳合金鋼材料經(jīng)900℃溫鍛后的CCT曲線圖;

圖中低碳合金鋼材料牌號(hào)為SAE 5120H,其化學(xué)組成為:C 0.21%、Si 0.22%、Mn 0.82%、P 0.016%、S 0.009%、Cr1.16%、Mo 0.01%、Nr 0.04%、Cu 0.07%;溫鍛溫度為900℃;

圖2為本發(fā)明中齒類工件在控制冷卻網(wǎng)帶內(nèi)的排列示意圖;

圖3為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖;

圖4為本發(fā)明中部分結(jié)構(gòu)的俯視圖;

圖5為本發(fā)明控制冷卻處理后工件金相圖;

圖中:紅外線測(cè)溫裝置1、輸送帶2、自動(dòng)排料分選管道3、一次外循環(huán)風(fēng)風(fēng)扇4、二次外循環(huán)風(fēng)風(fēng)扇5、三次外循環(huán)風(fēng)風(fēng)扇6、控制冷卻網(wǎng)帶7、抽吸風(fēng)裝置8、自動(dòng)控制裝置9、空冷履帶10、料架11、罩殼701、網(wǎng)帶傳輸履帶702。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明,本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施,給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程,但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

實(shí)施例1

本實(shí)施例以基于SAE 5120H材料齒類工件的生產(chǎn)為例。

不同牌號(hào)低碳合金鋼有不同的CCT曲線,根據(jù)CCT曲線將得到不同的硬度和金相組織;如圖1所示,SAE 5120H材料在900℃溫鍛后,控制鍛后冷卻速度,將經(jīng)過(guò)鍛壓的細(xì)小奧氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體+珠光體組織;由于低碳合金鋼合金元素較多,在合理的冷卻制度下能夠完成相變強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化,得到穩(wěn)定均勻的細(xì)小組織。

本實(shí)施例涉及一種低碳合金鋼工件的控制冷卻工藝,包括以下步驟:

S1,根據(jù)SAE 5120H的CCT曲線選定冷卻速度V1在600℃以上為1℃/s,在600℃以下為2℃/s,控制冷卻起始溫度t1為880-950℃,第一冷卻階段結(jié)束溫度t2為600℃,第二冷卻階段結(jié)束溫度t3為150-250℃,結(jié)合工件傳輸距離L=12m,設(shè)定工件傳輸速度為17mm/s;

S2,對(duì)溫鍛后的工件在控制冷卻前進(jìn)行紅外線測(cè)溫,篩選處于880-950℃范圍內(nèi)的工件進(jìn)入控制冷卻階段,其余工件待處理;

S3,對(duì)進(jìn)入控制冷卻階段的初始批次工件在不同風(fēng)量外循環(huán)風(fēng)條件下冷卻相同時(shí)間并進(jìn)行抽吸風(fēng)處理,使控制冷卻階段的環(huán)境溫度處于恒溫狀態(tài),之后舍棄初始批次工件,對(duì)后續(xù)批次工件在不同風(fēng)量外循環(huán)風(fēng)條件下冷卻相同時(shí)間,使工件完成兩個(gè)階段的控制冷卻;在此過(guò)程中進(jìn)行紅外線測(cè)溫,根據(jù)測(cè)溫結(jié)果,對(duì)工件傳輸速度、外循環(huán)風(fēng)和抽吸風(fēng)風(fēng)量分別進(jìn)行微調(diào),保持預(yù)定的冷卻速度;

S4,經(jīng)控制冷卻降溫至150-250℃后,將工件置于空氣中完全冷卻至室溫。

所述的外循環(huán)風(fēng)包括:一次、二次和三次外循環(huán)風(fēng),其中:一次和二次外循環(huán)風(fēng)的風(fēng)量均為800m3/h,三次外循環(huán)風(fēng)的風(fēng)量為1600m3/h;所述的抽吸風(fēng)風(fēng)量為1200m3/h。

如圖3和圖4所示,本實(shí)施例涉及一種實(shí)現(xiàn)上述工藝的控制冷卻裝置,包括:紅外線測(cè)溫裝置1、自動(dòng)排料分選管道3、一次外循環(huán)風(fēng)風(fēng)扇4、二次外循環(huán)風(fēng)風(fēng)扇5、三次外循環(huán)風(fēng)風(fēng)扇6、控制冷卻網(wǎng)帶7、抽吸風(fēng)裝置8、自動(dòng)控制裝置9和空冷履帶10,其中:控制冷卻網(wǎng)帶7前端設(shè)有自動(dòng)排料分選管道3,自動(dòng)排料分選管道3前端設(shè)有紅外線測(cè)溫裝置1,控制冷卻網(wǎng)帶7上方沿工件傳輸方向依次設(shè)有等間距布置的一次外循環(huán)風(fēng)風(fēng)扇4、二次外循環(huán)風(fēng)風(fēng)扇5和三次外循環(huán)風(fēng)風(fēng)扇6,抽吸風(fēng)裝置8設(shè)置在二次外循環(huán)風(fēng)風(fēng)扇5和控制冷卻網(wǎng)帶7后端之間,控制冷卻網(wǎng)帶7后端與空冷履帶10相連;

所述的紅外線測(cè)溫裝置1與自動(dòng)控制裝置9相連并輸出工件溫度信息,所述的自動(dòng)控制裝置9與控制冷卻網(wǎng)帶7相連并輸出網(wǎng)帶轉(zhuǎn)速信息,所述的自動(dòng)控制裝置9與一次外循環(huán)風(fēng)風(fēng)扇4、二次外循環(huán)風(fēng)風(fēng)扇5和三次外循環(huán)風(fēng)風(fēng)扇6相連并分別輸出風(fēng)扇轉(zhuǎn)速信息,所述的自動(dòng)控制裝置9與抽吸風(fēng)裝置8相連并輸出抽吸風(fēng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速信息。

所述的自動(dòng)排料分選管道3與輸送帶2相連并設(shè)有待處理箱。

所述的自動(dòng)排料分選管道3定時(shí)進(jìn)行固定角度的擺動(dòng),保證進(jìn)入控制冷卻網(wǎng)帶7后工件排列整齊、無(wú)疊放,如圖2所示。

所述的控制冷卻網(wǎng)帶7上并排設(shè)置有5-8個(gè)工件。

所述的控制冷卻網(wǎng)帶7包括罩殼701和網(wǎng)帶傳輸履帶702,所述的罩殼701內(nèi)頂部等間距開(kāi)有四個(gè)小孔,插置四個(gè)紅外線測(cè)溫傳感器,所述的紅外線測(cè)溫傳感器與自動(dòng)控制裝置9相連并輸出網(wǎng)帶上各區(qū)域中工件的實(shí)時(shí)溫度信息,實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制。

所述的控制冷卻網(wǎng)帶7后端與空冷履帶10連接的接口處設(shè)有鐵鏈簾減速滑道,防止工件撞擊后發(fā)生變形。

所述的空冷履帶10與料架11相連。

本實(shí)施例經(jīng)控制冷卻的工件,其金相圖如圖5所示;按ASTM E112-2013,控制冷卻工藝后的工件晶粒度約為9級(jí),金相組織組成為P+F,基本無(wú)B組織,帶狀組織為1-2級(jí),無(wú)明顯不平衡組織,硬度約為170-180HBW,不同工件均勻性硬度差在8HBW左右,滿足圖紙技術(shù)要求;后續(xù)滾齒工序中,刀具壽命較原來(lái)無(wú)明顯差異。

本發(fā)明實(shí)施例由于無(wú)再結(jié)晶過(guò)程,考慮鍛造應(yīng)力作用,對(duì)最終熱處理進(jìn)行試驗(yàn):熱變形M值變動(dòng)量為-0.038mm,滿足±0.04mm的要求;孔徑尺寸變動(dòng)量為-0.083mm,滿足±0.3mm要求;齒形角度f(wàn)Hα_coast變動(dòng)量為-18.25μm,齒形角度f(wàn)Hα_drive變動(dòng)量為-11.5μm,齒向角度(左)變動(dòng)量為-17.87μm,齒向角度(右)變動(dòng)量為-5.18μm,均滿足熱變形要求,與傳統(tǒng)等溫退火工藝相類似;齒形工件搭載在LCR1300電機(jī)耐久臺(tái)架中,完成試驗(yàn),齒形工件拆解后無(wú)異常。

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