Фоновая технология:
Крепежные элементы высокой прочности Требуется закалка и отпуск в соответствии с техническими требованиями. Термическая обработка, закалка и отпуск Цель состоит в улучшении комплексных механических свойств крепежных элементов для достижения заданных пределов прочности и текучести. Процесс термообработки оказывает решающее влияние на внутреннее качество высокопрочных крепежных элементов, особенно на их внутренние характеристики. В процессе закалки и отпуска обычно извне печи подается окислительный газ. Окислительный газ реагирует с болтом, вызывая обезуглероживание на его поверхности. Из-за различий в структуре поверхности и внутренних свойствах он имеет разные коэффициенты расширения. Во время закалки могут возникать поверхностные трещины, что снижает качество продукции. Традиционный процесс термообработки включает в себя непосредственное помещение болтов в закалочную печь для высокотемпературной закалки. В процессе закалки и отпуска могут возникать такие проблемы, как недостаточная твердость в закаленном состоянии, неравномерная твердость в закаленном состоянии, чрезмерная деформация при закалке и растрескивание при закалке. В связи с этим необходимо усовершенствовать традиционный процесс термообработки.
Элементы технической реализации:
Целью настоящего изобретения является устранение недостатков существующих технологий и разработка процесса термообработки болтов с улучшенным закалочным эффектом, повышенным качеством продукции и увеличенным сроком службы изделия.
Для достижения вышеуказанных целей в настоящем изобретении используется следующее техническое решение:
Процесс термообработки болтов включает следующие этапы:
S1. Дефосфоризация;
S2. Предварительная обработка: Поместите изделие в печь предварительного нагрева и непрерывно подавайте в нее высокотемпературный азот. После предварительного нагрева в течение 2,5–3 часов извлеките изделие и поместите его в печь для цементации для цементации;
S3. Закалка: Поместите изделие в закалочную печь и непрерывно подавайте в нее азот. После подачи азота в течение 30-40 минут медленно повышайте температуру закалочной печи до 460-500 ℃ и поддерживайте ее в течение 15-20 минут перед началом первого этапа закалки; медленно повышайте температуру закалочной печи до 550-700 ℃ и поддерживайте ее в течение 20-35 минут перед началом второго этапа закалки; медленно повышайте температуру закалочной печи до 750-850 ℃ и поддерживайте ее в течение 30-45 минут перед началом третьего этапа закалки;
S4. Масляное охлаждение: Извлечь закаленный продукт и поместить его в первый резервуар для закалочного масла для масляного охлаждения, перемешивая каждые 15 минут и поддерживая температуру в течение 20-30 минут; После извлечения поместить его во второй резервуар для закалочного масла для масляного охлаждения, перемешивая каждые 15 минут до тех пор, пока температура продукта не снизится до 100 ℃;
S5. Удаление масла: Извлеките охлажденный продукт и дайте ему постоять 35-45 минут, затем сдуйте охлаждающее масло с поверхности продукта холодным воздухом;
S6. Отпуск: Обезжиренное изделие помещают в отпускную печь для отпуска, регулируют температуру отпуска до 110–180 ℃ и время отпуска до 1,5–3 часов. Проводят первый этап отпуска; повышают температуру до 370–410 ℃ и отпускают в течение 3–6 часов перед переходом ко второму этапу отпуска; после отпуска охлаждают изделие на воздухе до комнатной температуры.
Предпочтительно, на этапе s1, описанном выше, чистящий раствор состоит из следующих компонентов по массе: 20-36 частей бутилацетата, 10-13 частей полигликолевой кислоты, 16-20 частей аминоуксусной кислоты, 13-22 частей этилакрилата, 5-9 частей соли триэтаноламина олеиновой кислоты, 3-16 частей этаноламина и 18-26 частей воды, что позволяет эффективно удалять масляные пятна с поверхности изделия и не влиять на эффект закалки.
Предпочтительно, чтобы указанный выше резервуар для дефосфоризации был снабжен раствором для дефосфоризации, в качестве которого выбирается раствор гидроксида калия с концентрацией 2,2-6,5 г/л или раствор гидроксида натрия с концентрацией 2,8-6,9 г/л.
Более предпочтительно, чтобы на вышеупомянутом этапе s2 в качестве высокотемпературного азота, подаваемого в печь предварительного нагрева, использовался азот из печи закалки на этапе s3, со скоростью потока 2,5-3,5 л/ч. Предварительный нагрев изделия позволяет высушить чистящий раствор на его поверхности, а резкое повышение температуры в печи закалки позволяет избежать ухудшения качества продукта.
Кроме того, предпочтительно, чтобы на этапе s3, описанном выше, скорость потока азота составляла 4-5 л/ч, что позволяет удалить воздух из печи предварительного нагрева, избежать реакции окисления между кислородом и продуктом, а также предотвратить обезуглероживание, которое может привести к выходу из строя резьбовых соединений и сокращению срока службы изделия.
В частности, на этапе s3, описанном выше, скорость нагрева закалочной печи в период нагрева до 460-500 ℃ составляет 30-40 ℃/мин, скорость нагрева в период нагрева до 550-700 ℃ — 50-60 ℃/мин, а скорость нагрева в период нагрева до 750-850 ℃ — 70-90 ℃/мин. Поэтапная закалка позволяет улучшить закалочное действие продукта и повысить его качество.
Предпочтительно, на этапе s4 температура закалочного масла в первом резервуаре для закалочного масла составляет 250-300 ℃, а температура закалочного масла во втором резервуаре для закалочного масла — 50-70 ℃.
Более предпочтительно, чтобы на этапе s5, описанном выше, температура холодного воздуха составляла 30-35 ℃, а скорость ветра — 20-25 м/с.
Преимуществами настоящего изобретения являются простота процесса термообработки болта, удобство в эксплуатации и хороший закаливающий эффект. Предварительный нагрев изделия позволяет высушить чистящий раствор на его поверхности, а резкое повышение температуры в закалочной печи предотвращает ухудшение качества изделия; высокотемпературный азот, используемый в печи предварительного нагрева, поступает из закалочной печи, что исключает необходимость в нагревательном устройстве в печи предварительного нагрева, что позволяет экономить энергию и снижать производственные затраты; впрыскивание азота в печи предварительного нагрева и закалки удаляет воздух изнутри, предотвращая окислительные реакции между кислородом и изделием, тем самым предотвращая обезуглероживание и выход из строя резьбовых соединений, а также продлевая срок службы изделия; поэтапная закалка с нагревом улучшает закаливающий эффект изделия и повышает его качество; поэтапное охлаждение маслом эффективно охлаждает высокотемпературные изделия без ухудшения их качества.
Конкретный метод реализации
Ниже приведено подробное описание настоящего изобретения в сочетании с конкретными вариантами его осуществления.
Пример 1
Процесс термообработки болтов включает следующие этапы:
S1. Дефосфоризация;
Чистящий раствор состоит из следующих компонентов по массе: 20 частей бутилацетата, 10 частей полигликолевой кислоты, 16 частей аминоуксусной кислоты, 13 частей этилакрилата, 5 частей соли триэтаноламина олеиновой кислоты, 3 части этаноламина и 18 частей воды; в резервуар для дефосфоризации подается дефосфоризационный раствор, в котором используется раствор гидроксида калия с концентрацией 2,2 г/л;
S2. Предварительная обработка: Поместите изделие в печь предварительного нагрева и непрерывно подавайте в нее высокотемпературный азот. После предварительного нагрева в течение 2,5 часов извлеките изделие и поместите его в печь для цементации для цементационной обработки;
S3. Закалка: Поместите изделие в закалочную печь и непрерывно подавайте в нее азот. Расход азота составляет 4 л/ч. После подачи азота в течение 30 минут медленно повышайте температуру закалочной печи до 460 ℃ со скоростью нагрева 30 ℃/мин и поддерживайте ее в течение 15 минут перед началом первого этапа закалки; медленно повышайте температуру закалочной печи до 550 ℃ со скоростью нагрева 50 ℃/мин и поддерживайте ее в течение 20 минут перед началом второго этапа закалки; медленно повышайте температуру закалочной печи до 750 ℃ со скоростью нагрева 70 ℃/мин и поддерживайте ее в течение 30 минут перед началом третьего этапа закалки.
S4. Охлаждение маслом: Извлеките закаленный продукт и поместите его в первый резервуар для охлаждения маслом. Температура масла для охлаждения составляет 250 ℃, перемешивайте каждые 15 минут в течение 20 минут; после извлечения поместите его во второй резервуар для охлаждения маслом, установив температуру масла для охлаждения на уровне 50 ℃, и перемешивайте каждые 15 минут до тех пор, пока температура продукта не снизится до 100 ℃;
S5. Удаление масла: Извлеките охлажденный продукт и дайте ему постоять 35 минут. Сдуйте закалочное масло с поверхности продукта холодным воздухом температурой 30 ℃ и скоростью ветра 20 м/с;
S6. Отпуск: Поместите обезжиренное изделие в отпускную печь для отпуска, установите температуру отпуска на 110 ℃ и время отпуска на 1,5 часа. Проведите первый этап отпуска; повысьте температуру до 370 ℃, отпускайте в течение 3 часов и переходите ко второму этапу отпуска; после отпуска охладите изделие на воздухе до комнатной температуры.
Высокотемпературный азот, подаваемый в печь предварительного нагрева на этапе s2 данного варианта осуществления, представляет собой азот из печи закалки на этапе s3, при этом расход высокотемпературного азота составляет 2,5 л/ч.
Пример 2
Этапы процесса в данном варианте осуществления идентичны этапам в Примере 1, за исключением конкретных условий процесса, которые включают следующие шаги:
S1. Дефосфоризация: поместите изделие в очистительную машину и залейте чистящий раствор до полного погружения изделия. Установите температуру очистки на 50 ℃ и перемешивайте каждые 15 минут. После 3 часов очистки извлеките изделие и поместите его в резервуар для дефосфоризации.
Чистящий раствор состоит из следующих компонентов по массе: 36 частей бутилацетата, 13 частей полигликолевой кислоты, 20 частей аминоуксусной кислоты, 22 частей этилакрилата, 9 частей соли триэтаноламина олеиновой кислоты, 16 частей этаноламина и 26 частей воды; в резервуар для дефосфоризации подается дефосфоризационный раствор, в качестве которого выбран раствор гидроксида калия с концентрацией 6,5 г/л или раствор гидроксида натрия с концентрацией 6,9 г/л;
S2. Предварительная обработка: Поместите изделие в печь предварительного нагрева и непрерывно подавайте в нее высокотемпературный азот. После предварительного нагрева в течение 3 часов извлеките изделие и поместите его в печь для цементации для цементационной обработки;
S3. Закалка: Поместите изделие в закалочную печь и непрерывно подавайте в нее азот. Расход азота составляет 5 л/ч. После подачи азота в течение 40 мин температура закалочной печи медленно повышается до 500 ℃ со скоростью нагрева 40 ℃/мин и поддерживается на этом уровне в течение 20 мин перед началом первого этапа закалки; температура закалочной печи медленно повышается до 700 ℃ со скоростью нагрева 60 ℃/мин и поддерживается в течение 35 мин перед началом второго этапа закалки; температура закалочной печи медленно повышается до 850 ℃ со скоростью нагрева 90 ℃/мин и поддерживается в течение 45 мин перед началом третьего этапа закалки.
S4. Охлаждение маслом: Извлеките закаленный продукт и поместите его в первый резервуар для охлаждения маслом. Температура охлаждающего масла должна составлять 300 ℃, перемешивание должно производиться каждые 15 минут в течение 30 минут; после извлечения поместите продукт во второй резервуар для охлаждения маслом, установив температуру охлаждающего масла на уровне 70 ℃, и перемешивайте каждые 15 минут до тех пор, пока температура продукта не снизится до 100 ℃;
S5. Удаление масла: Извлеките охлажденный продукт и дайте ему постоять 45 минут. Сдуйте закалочное масло с поверхности продукта холодным воздухом температурой 35 ℃ со скоростью ветра 25 м/с;
S6. Отпуск: Поместите обезжиренное изделие в отпускную печь для отпуска, установите температуру отпуска на 180 ℃ и время отпуска на 3 часа. Проведите первый этап отпуска; повысьте температуру до 410 ℃, отпускайте в течение 6 часов и перейдите ко второму этапу отпуска; после отпуска охладите изделие на воздухе до комнатной температуры.
Высокотемпературный азот, подаваемый в печь предварительного нагрева на этапе s2 данного варианта осуществления, представляет собой азот из печи закалки на этапе s3, со скоростью потока 3,5 л/ч для высокотемпературного азота.
Пример 3
Этапы процесса в данном варианте осуществления идентичны этапам в Примере 1, за исключением конкретных условий процесса, которые включают следующие шаги:
S1. Дефосфоризация;
Чистящий раствор состоит из следующих компонентов по массе: 28 частей бутилацетата, 12 частей полигликолевой кислоты, 18 частей аминоуксусной кислоты, 18 частей этилакрилата, 7 частей соли триэтаноламина олеиновой кислоты, 10 частей этаноламина и 22 частей воды; в резервуар для дефосфоризации подается дефосфоризационный раствор, в качестве которого выбран раствор гидроксида натрия с концентрацией 4,5 г/л;
S2. Предварительная обработка: Поместите изделие в печь предварительного нагрева и непрерывно подавайте в нее высокотемпературный азот. После предварительного нагрева в течение 2,7 часов извлеките изделие и поместите его в печь для цементации для цементационной обработки;
S3. Закалка: Поместите изделие в закалочную печь и непрерывно подавайте в нее азот. Расход азота составляет 4,5 л/ч. После подачи азота в течение 35 минут медленно повышайте температуру закалочной печи до 480 ℃ со скоростью нагрева 35 ℃/мин и поддерживайте ее в течение 18 минут перед началом первого этапа закалки; медленно повышайте температуру закалочной печи до 575 ℃ со скоростью нагрева 55 ℃/мин и поддерживайте ее в течение 27 минут перед началом второго этапа закалки; медленно повышайте температуру закалочной печи до 800 ℃ со скоростью нагрева 80 ℃/мин и поддерживайте ее в течение 38 минут перед началом третьего этапа закалки.
S4. Охлаждение маслом: Извлеките закаленный продукт и поместите его в первый резервуар с закалочным маслом для охлаждения маслом. Температура закалочного масла составляет 275 ℃, перемешивайте каждые 15 минут в течение 25 минут; после извлечения поместите его во второй резервуар с закалочным маслом для охлаждения маслом, установив температуру закалочного масла на уровне 60 ℃, и перемешивайте каждые 15 минут до тех пор, пока температура продукта не снизится до 100 ℃;
S5. Удаление масла: Извлеките охлажденный продукт и дайте ему постоять 40 минут. Сдуйте охлаждающее масло с поверхности продукта холодным воздухом температурой 33 ℃ и скоростью ветра 22 м/с;
S6. Отпуск: Поместите обезжиренное изделие в отпускную печь для отпуска, установите температуру отпуска на 145 ℃ и время отпуска на 2,2 часа. Проведите первый этап отпуска; повысьте температуру до 390 ℃, отпускайте в течение 4,5 часов и перейдите ко второму этапу отпуска; после отпуска охладите изделие на воздухе до комнатной температуры.
Высокотемпературный азот, подаваемый в печь предварительного нагрева на этапе s2 данного варианта осуществления, представляет собой азот из печи закалки на этапе s3 со скоростью потока 3 л/ч.
Испытания механических характеристик
Согласно результатам испытаний, видно, что уровень прочности болтов, обработанных методом термообработки в соответствии с настоящим изобретением, превышает 10,5, что соответствует требованиям к качеству.
Процесс термообработки болта по настоящему изобретению прост, удобен в эксплуатации и обладает хорошим закалочным эффектом. Предварительный нагрев изделия позволяет высушить чистящий раствор на его поверхности, а резкое повышение температуры в закалочной печи предотвращает ухудшение качества изделия; высокотемпературный азот, используемый в печи предварительного нагрева, поступает из закалочной печи, что исключает необходимость в нагревательном устройстве в печи предварительного нагрева, что позволяет экономить энергию и снижать производственные затраты; впрыскивание азота в печи предварительного нагрева и закалки удаляет воздух изнутри, предотвращая окислительные реакции между кислородом и изделием, тем самым предотвращая обезуглероживание и выход из строя резьбовых соединений, а также продлевая срок службы изделия; поэтапная закалка с нагревом улучшает закалочный эффект изделия и повышает его качество; поэтапное охлаждение маслом эффективно охлаждает высокотемпературные изделия без ухудшения их качества.
В описании данной спецификации ссылки на такие термины, как «один вариант осуществления», «некоторые варианты осуществления», «примеры», «конкретные примеры» или «некоторые примеры», означают, что конкретные особенности, структуры, материалы или характеристики, описанные в связи с вариантом осуществления или примером, включены по меньшей мере в один вариант осуществления или пример настоящего изобретения. В данной спецификации схематические выражения вышеуказанных терминов не обязательно относятся к одним и тем же вариантам осуществления или примерам. Более того, конкретные особенности, структуры, материалы или характеристики, описанные выше, могут быть соответствующим образом объединены в одном или нескольких вариантах осуществления или примерах.
Выше представлены и описаны основные принципы, главные особенности и преимущества настоящего изобретения. Специалистам в данной отрасли следует понимать, что приведенные выше варианты осуществления никоим образом не ограничивают настоящее изобретение, и любые технические решения, полученные путем эквивалентной замены или эквивалентной трансформации, подпадают под действие настоящего изобретения.
Дата публикации: 04.04.2023