一種高硬度標準布氏硬度塊的製備方法
2023-09-10 15:06:30
一種高硬度標準布氏硬度塊的製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種高硬度標準布氏硬度塊的製備方法。該方法選擇GCr15軸承鋼作為硬度塊的原材料，硬度範圍為（580～650）HBW。該製備方法包括鍛造、緩冷、正火、退火、平面加工、淬火、回火、精磨拋光等工藝步驟。所製得的高硬度標準布氏硬度塊具有均勻的表面硬度，標準塊的試驗面和支承面無缺陷，如凸痕、劃傷、氧化層等。
【專利說明】一種高硬度標準布氏硬度塊的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於機械【技術領域】，涉及一種高硬度標準布氏硬度塊的製備方法。
【背景技術】
[0002]硬度塊是力學計量中應用最廣、涉及領域最多的計量標準。標準金屬布氏硬度塊(以下簡稱標準塊)是對金屬布氏硬度計進行示值檢定的標準器具，布氏硬度試驗中的壓頭材質為硬質合金。硬度塊在材料【技術領域】具有重要的應用，從微觀納米材料到宏觀結構部件，都需要進行硬度計量。同時它也是研究新材料、開發新工藝和新產品的重要計量保障手段之一。
[0003]硬度塊發明百年來，硬度測量技術和理論迅速發展，得到世界各國和國際組織普遍重視。國際計量聯合會(MEKO)設立了「硬度計量技術委員會(TC5)」，國際標準化組織金屬力學試驗委員會設有硬度試驗分委員會(IS0/TC164/SC3)。我國和各工業國家(美國、德國、英國、日本等)也都有相應的組織機構，先後制定了布氏、洛氏、維氏、努氏、肖氏和裡氏等硬度計量方法及計量儀器、壓頭和標準硬度塊等一系列計量標準和法規，奠定了硬度計量技術的基礎。隨著科學技術的發展，我國對硬度計量技術進行了大量的研究，取得了豐碩的成果，同時也存在很多急需解決的問題。在有些硬度試驗中可以看到目前的標準布氏硬度塊還有很多不能覆蓋的硬度標尺，在國防工業這種問題尤為突出。主要表現在如下高硬度值標準布氏硬度塊:
硬度範圍:(550?650) HBW10/3000布氏硬度塊 硬度範圍:(550?650) HBff 5/750布氏硬度塊 硬度範圍:(550 ~ 650) HBff 2.5/187.5布氏硬度塊 硬度範圍:(550?650) HBff 1/30布氏硬度塊
不能量傳的布氏硬度所需要的標準硬度塊稱為高硬度值標準布氏硬度塊。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於克服現有技術的不足和缺陷，提供一種高硬度標準布氏硬度塊的製備方法。
[0005]本發明採用如下技術方案解決高硬度標準布氏硬度塊的製備問題。
[0006]一、選材
高硬度標準硬度塊採用GCrl5軸承鋼作為硬度塊的原材料，硬度範圍為(580?650)HBW。材料的宏觀檢驗結果應符合:晶格分布散亂均勻，非金屬夾雜物少，無中心疏鬆聚集現象，無枝晶狀偏析，無方形偏析。顯微組織檢驗應符合:顯微組織均勻，碳化物偏析為2?3級。
[0007]二、加工工藝
1、鍛造
在250kg或750kg的空氣錘上進行鍛造並反覆墩粗，拔長。[0008]鍛造中選用燃煤反射爐小批量循環加熱的方式(每批10?20件)，先將坯料堆放在爐門口，依次進行低溫預熱(溫度700°C)。開始鍛溫度為1150°C，終鍛溫度為900°C。
[0009]2、緩冷
鍛打成型後，在石棉粉中緩冷。
[0010]3、正火、退火
正火時，坯料隨爐升溫一定時間，加熱至一定溫度(800°C?1000°C )後，保溫一定時間後出爐空冷。隨後進行球化退火，改善切削加工性能，減小淬火時的變形，並提供較均勻的組織，保證均勻度。在(500°C?600 V )時進爐，升到(700 V?900 V )，保溫I小時?3小時，緩冷並達到(400V?500°C )後出爐。
[0011]4、平面加工
經處理的料坯，進行平面加工，先刨支承面，然後以支承面為基準刨工作面，再刨支承面、各邊及倒角至設計尺寸要求。磨削麵要留出磨加工餘量，然後按設計尺寸進行粗磨、精磨。先磨支承面，再以支承面為基堆磨工作面，兩面均分粗磨、半精磨。並制定詳細的拋光措施，保證在熱處理後能準確地抽檢硬度。
[0012]5、淬火
淬火前，先將坯料預熱一定時間，溫度為(250?300) °C。淬火加熱溫度為850°C，保溫時間為30分鐘，加熱介質選用70%BaCl2 + 30%NaCl，淬火介質為熔融硝酸鹽或鹼。為了防止硬度塊在淬火加熱中被腐蝕，必要時採用特殊工藝(例如含硫可以採用木炭脫硫的方式)。同時為防止氧化造成硬度不均勻，出現軟點，須在鹽浴中脫氧。之後將硬度塊放入鹽浴中加熱。淬火時，冷卻要均勻並充分。
[0013]6、回火
回火可以消除內應力，同時通過回火調整硬度值。回火選用硝鹽爐進行，加熱介質為50%NaN02 + 50%KN0，加熱溫度為220°C，回火兩次，保溫2小時，空冷至室溫。
[0014]7、精磨拋光
回火後進行精磨拋光加工，拋光後工作面的表面粗糙度不大於Ra0.1 μ m。
[0015]為保證工作面的表面粗糙度，採用煤油進行8小時保溫清洗(油溫140°C)，以消除切削應力。
[0016]本發明的具有很好的有益效果，具有優良的技術指標。
[0017]具有均勻的表面硬度，標準塊的試驗面和支承面無缺陷，如凸痕、劃傷、氧化層等。
[0018]對於IOmm球壓頭的硬度塊厚度大於等於16.00mm, 5mm球壓頭的硬度塊厚度大於等於12.0Omm,更小的球壓頭的硬度塊厚度大於等於6.00_。
[0019]對於大於等於5mm球壓頭的硬度塊的試驗面面積小於等於150cm2，對於小於5mm球壓頭的硬度塊的試驗面面積小於等於40cm2。
[0020]對於大於等於5mm球壓頭的硬度塊的表面光潔度小於等於0.02mm,對於小於5mm球壓頭的硬度塊的表面光潔度小於等於0.005mm。
[0021]對於大於等於5mm球壓頭的硬度塊的表面平行度小於等於0.0008mm/mm,對於小於5mm球壓頭的硬度塊的表面平行度小於等於0.0002mm/mm。
[0022]對於IOmm球壓頭的硬度塊的表面粗糙度小於等於0.0003mm Ra,對於更小的球壓頭的硬度塊的表面粗糙度小於等於0.00015mm Ra。[0023]均勻度要求:
硬度範圍:(550?650)HBW10/3000布氏硬度塊均勻度:
I % d
硬度範圍:(550?650) HBff 5/750布氏硬度塊 均勻度:1%5 硬度範圍:(550?650) HBff 2.5/187.5布氏硬度塊均勻度:
硬度範圍:(550?650) HBff 1/30布氏硬度塊 均勻度:
(2為硬度壓痕直徑平均值)。
【具體實施方式】
[0024]實施例1:
1、鍛造
在250kg的空氣錘上進行鍛造並反覆墩粗，拔長。
[0025]鍛造中選用燃煤反射爐小批量循環加熱的方式(每批10件)，先將坯料堆放在爐門口，依次進行低溫預熱(溫度700°C)。開始鍛溫度為1150°C，終鍛溫度為900°C。
[0026]2、緩冷
鍛打成型後，在石棉粉中緩冷。
[0027]3、正火、退火
正火時，坯料隨爐升溫一定時間，加熱至一定溫度800 V後，保溫一定時間後出爐空冷。隨後進行球化退火，改善切削加工性能，減小淬火時的變形，並提供較均勻的組織，保證均勻度。在500°C時進爐，升到700°C，保溫2小時，緩冷並達到400°C後出爐。
[0028]4、平面加工
經處理的料坯，進行平面加工，先刨支承面，然後以支承面為基準刨工作面，再刨支承面、各邊及倒角至設計尺寸要求。磨削麵要留出磨加工餘量，然後按設計尺寸進行粗磨、精磨。先磨支承面，再以支承面為基堆磨工作面，兩面均分粗磨、半精磨。並制定詳細的拋光措施，保證在熱處理後能準確地抽檢硬度。
[0029]5、淬火
淬火前，先將坯料預熱一定時間，溫度為250°C。淬火加熱溫度為850°C，保溫時間為30分鐘，加熱介質選用70%BaCl2 + 30%NaCl，淬火介質為熔融硝酸鹽或鹼。為了防止硬度塊在淬火加熱中被腐蝕，必要時採用特殊工藝(例如含硫可以採用木炭脫硫的方式)。同時為防止氧化造成硬度不均勻，出現軟點，須在鹽浴中脫氧。之後將硬度塊放入鹽浴中加熱。淬火時，冷卻要均勻並充分。
[0030]6、回火
回火可以消除內應力，同時通過回火調整硬度值。回火選用硝鹽爐進行，加熱介質為50%NaN02 + 50%KN0，加熱溫度為220°C，回火兩次，保溫2小時，空冷至室溫。
[0031]7、精磨拋光
回火後進行精磨拋光加工，拋光後工作面的表面粗糙度不大於Ra0.1 μ m。
[0032]為保證工作面的表面粗糙度，採用煤油進行8小時保溫清洗(油溫140°C)，以消除切削應力。
[0033]實施例2:
1、鍛造
在750kg的空氣錘上進行鍛造並反覆墩粗，拔長。
[0034]鍛造中選用燃煤反射爐小批量循環加熱的方式(每批20件)，先將坯料堆放在爐門口，依次進行低溫預熱(溫度700°C)。開始鍛溫度為1150°C，終鍛溫度為900°C。
[0035]2、緩冷
鍛打成型後，在石棉粉中緩冷。
[0036]3、正火、退火
正火時，坯料隨爐升溫一定時間，加熱至一定溫度1000 V後，保溫一定時間後出爐空冷。隨後進行球化退火，改善切削加工性能，減小淬火時的變形，並提供較均勻的組織，保證均勻度。在600°C時進爐，升到900°C，保溫3小時，緩冷並達到500°C後出爐。
[0037]4、平面加工
經處理的料坯，進行平面加工，先刨支承面，然後以支承面為基準刨工作面，再刨支承面、各邊及倒角至設計尺寸要求。磨削麵要留出磨加工餘量，然後按設計尺寸進行粗磨、精磨。先磨支承面，再以支承面為基堆磨工作面，兩面均分粗磨、半精磨。並制定詳細的拋光措施，保證在熱處理後能準確地抽檢硬度。
[0038]5、淬火
淬火前，先將坯料預熱一定時間，溫度為300°C。淬火加熱溫度為850°C，保溫時間為30分鐘，加熱介質選用70%BaCl2 + 30%NaCl，淬火介質為熔融硝酸鹽或鹼。為了防止硬度塊在淬火加熱中被腐蝕，必要時採用特殊工藝(例如含硫可以採用木炭脫硫的方式)。同時為防止氧化造成硬度不均勻，出現軟點，須在鹽浴中脫氧。之後將硬度塊放入鹽浴中加熱。淬火時，冷卻要均勻並充分。
[0039]6、回火
回火可以消除內應力，同時通過回火調整硬度值。回火選用硝鹽爐進行，加熱介質為50%NaN02 + 50%KN0，加熱溫度為220°C，回火兩次，保溫2小時，空冷至室溫。
[0040]7、精磨拋光
回火後進行精磨拋光加工，拋光後工作面的表面粗糙度不大於Ra0.1 μ m。
[0041]為保證工作面的表面粗糙度，採用煤油進行8小時保溫清洗(油溫140°C)，以消除切削應力。
【權利要求】
1.一種高硬度標準布氏硬度塊的製備方法，其特徵在於:該方法選擇GCrl5軸承鋼作為硬度塊的原材料，硬度範圍為(580?650)HBW，材料的宏觀檢驗結果應符合:晶格分布散亂均勻，非金屬夾雜物少，無中心疏鬆聚集現象，無枝晶狀偏析，無方形偏析，顯微組織檢驗應符合:顯微組織均勻，碳化物偏析為2?3級， 該製備方法包括鍛造、緩冷、正火、退火、平面加工、淬火、回火、精磨拋光。
2.根據權利要求1所述的一種高硬度標準布氏硬度塊的製備方法，其特徵在於:鍛造是在250kg或750kg的空氣錘上進行鍛造並反覆墩粗，拔長，鍛造中選用燃煤反射爐小批量循環加熱的方式(每批10?20件)，先將坯料堆放在爐門口，依次進行低溫預熱(溫度700°C)，開始鍛溫度為1150°C，終鍛溫度為900°C。
3.根據權利要求1所述的一種高硬度標準布氏硬度塊的製備方法，其特徵在於:緩冷是在鍛打成型後，在石棉粉中緩冷。
4.根據權利要求1所述的一種高硬度標準布氏硬度塊的製備方法，其特徵在於:正火時，坯料隨爐升溫一定時間，加熱至一定溫度(800 V?1000°C )後，保溫一定時間後出爐空冷，隨後進行球化退火，改善切削加工性能，減小淬火時的變形，並提供較均勻的組織，保證均勻度，在(500°C?600°C)時進爐，升到(700°C?900°C)，保溫I小時?3小時，緩冷並達到(400°C?500°C)後出爐。
5.根據權利要求1所述的一種高硬度標準布氏硬度塊的製備方法，其特徵在於:平面加工是指經處理的料坯，進行平面加工，先刨支承面，然後以支承面為基準刨工作面，再刨支承面、各邊及倒角至設計尺寸要求，磨削麵要留出磨加工餘量，然後按設計尺寸進行粗磨、精磨，先磨支承面，再以支承面為基堆磨工作面，兩面均分粗磨、半精磨，並制定詳細的拋光措施，保證在熱處理後能準確地抽檢硬度。
6.根據權利要求1所述的一種高硬度標準布氏硬度塊的製備方法，其特徵在於:淬火工藝是指，淬火前，先將坯料預熱一定時間，溫度為(250?300)°C，淬火加熱溫度為850°C，保溫時間為30分鐘，加熱介質選用70%BaCl2 + 30%NaCl，淬火介質為熔融硝酸鹽或鹼，為了防止硬度塊在淬火加熱中被腐蝕，必要時採用特殊工藝(例如含硫可以採用木炭脫硫的方式)，同時為防止氧化造成硬度不均勻，出現軟點，須在鹽浴中脫氧，之後將硬度塊放入鹽浴中加熱，淬火時，冷卻要均勻並充分。
7.根據權利要求1所述的一種高硬度標準布氏硬度塊的製備方法，其特徵在於:回火是指可以消除內應力，同時通過回火調整硬度值，回火選用硝鹽爐進行，加熱介質為50%NaN02 + 50%KN0，加熱溫度為220°C，回火兩次，保溫2小時，空冷至室溫。
8.根據權利要求1所述的一種高硬度標準布氏硬度塊的製備方法，其特徵在於:精磨拋光是指回火後進行的精磨拋光加工，拋光後工作面的表面粗糙度不大於Ra0.1 μ m，為保證工作面的表面粗糙度，採用煤油進行8小時保溫清洗(油溫140°C)，以消除切削應力。
【文檔編號】G01N1/28GK103454123SQ201210173906
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年5月31日 優先權日:2012年5月31日
【發明者】焦洋, 東方, 劉玉波, 艾兆春 申請人:黑龍江華安精益計量技術研究院有限公司