磨球的熱處理方法

2023-05-28 11:47:51 4

專利名稱：磨球的熱處理方法
技術領域：
本發明涉及磨球的一種熱處理方法。
磨球是研磨設備中的主要易損件，為了提高磨球的使用壽命，人們首先想到的是採用熱處理方法來進行淬火強化，目前通常採用的工藝是將加工後的磨球，通過箱式爐加熱或通過隧道爐進行連續加熱，然後經水一次性浸淬，再經回火完成。這種熱處理方法，易造成加熱不均勻(由於是堆積式加熱)和淬硬層深淺不同，硬度分布不均勻等結果。而且使用證明，許多情況下上述方法處理後的磨球其壽命還不如不經處理，主要是硬度不均易失圓而報廢。
我國專利85109476《高耐磨低錳鍛軋鋼球工藝》公開的是磨球的形變熱處理方法，這種方法對於節能和提高磨球的韌性都有好處，但在實際生產中，形變後的淬火溫度不容易穩定地控制在理想範圍內，這樣就易使磨球的淬火質量產生波動;另外，該專利的淬火方式是磨球沿圓筒壁上的滾道向下滾動時水淬，比一般浸入式水淬有較大的淬火冷卻速度，對於增加淬硬層深度故然有益，但增加幅度有限，不能達到磨球淬硬層深度要求，因為鍛鋼球採用的材質大多數淬透性不是很高，而形變熱處理提高的韌性，對該磨球的實際需要貢獻不大，因磨球的服役條件對韌性的要求不很大，一般ak≥5J/cm2即可達到要求，這個技術指標一般熱處理方式都可達到。
本發明的目的旨在提供一種增加磨球的淬硬層並使其硬度分布均勻的熱處理方法，從而提高磨球的耐用度，採用這種工藝方法還易於實現機械自動化連續作業。
本發明的設計思路如下為了提高磨球的淬硬層和硬度，首先應改進現在的冷卻方法，適當提高冷卻速度，通常的方法有改變冷卻液使用鹽、鹼水或採用噴淋冷卻，前者一是要增加成本，二是雖然能對批量加熱的磨球同時冷卻，但在冷卻過程中要進行攪拌是十分困難的，而採用噴淋方式又很不適合現在的批量加熱方式，如果製作多個噴頭，經濟上不合算，實際中也難以實施。但如果能找到一種新的加熱方法，能夠快速單個連續加熱磨球，而採用噴淋冷卻(只需1個或幾個噴頭)是十分理想的，實驗證明，其淬硬效果也令人滿意。
感應加熱法是快速加熱方法之一，但從各種資料的介紹和實際中的操作運用，這種方法一般適用於軸類、套筒類、齒輪類零件，而能否用於球類零件加熱尚無人研究，為此，發明人作了大量的實驗，如對Φ90的40Gr鍛鋼球採用中頻感應透熱爐加熱並經噴淋淬火處理後按附

圖1的測試方法得其硬度分布如表1，而對同樣的鋼球採用箱式加熱，經浸淬後其硬度分布見表2。
對比表1與表2可知採用感應加熱、噴淋冷卻淬火的磨球硬度平均提高到1.4倍，而且均勻、淬硬層深。
分析磨球能通過感應透熱爐加熱均勻原因有以下三點①儘管磨球在透熱爐軸線方向的截面半徑是不相等的，但他的表面的曲率半徑是處處相等，這樣就避免了尖角效應，不致於局部過熱。
②磨球材料是鐵磁性材料，鐵磁性材料存在著磁性轉變點(居裡溫度點)，因此在感應加熱時，零件的加熱速度不會是一個常數。在剛接通電流時，零件的表面加熱速度是很大的，當表面出現超過磁性轉變點溫度的一薄層時，此薄層的μ值突然降為1，使得該層的電流密度下降，加熱速度減慢，而大的加熱速度移到較裡的一層，這種加熱方法就是所謂的透入式加熱方法，儘管集膚效應、鄰近效應、環流效應是隨工件表面與感應回壁間隙的不等而影響不同，但是透入式加熱間隙大的地方恰是截面直徑最小的地方，因而可能達到均勻加熱。
③由於磨球需要的淬硬層深度超過了實際電流透入深度，因此心部的溫度還需要靠傳導式加熱，這樣就需要較長的加熱時間，這有助於均勻加熱，當然必須保證表面不過熱，這可以通過調整輸入功率來達到。
本發明中冷卻淬火仍然保持有浸淬形成先噴後浸的二步冷卻法，以使磨球在高溫相變區的冷卻速度加速，而在低溫馬氏體相變區冷速降低，以儘可能地降低淬火應力，同時保證磨球淬硬、淬深。
綜上所述，本發明的具體方案是磨球的熱處理淬火是採用中頻感應透熱爐加熱，再經先噴後浸的二步冷卻法完成。(保留後序的回火工藝)經反覆摸索實驗本發明的磨球加熱時間按t1＝aD2計算確定，其中係數a＝4-6.5s/cm2，D為磨球直徑。磨球噴淋時間按t2＝bD3/1000計算確定，其中係數b＝10-46s/cm3，D為磨球直徑。
根據上述公式操作時間，既能保證較高的質量，又是最經濟的時間。實驗證明加熱時間太短，將導致增大內外溫差，或者造成表面過熱，或者造成心部溫度達不到，影響淬火質量，加熱時間過長，雖然有益於減少內外溫差，但卻增加損耗，影響生產率，嚴重時同樣會影響淬火質量，使晶粒粗化。而噴淋時間一般應大於2秒，低於2秒未起到二步法作用，實際上是一步法(當然小於監界淬火直徑的磨球用一步法也可)，噴淬時間也不能太長，否則後續的浸液冷卻失去了作用，嚴重時將導致磨球開裂，而且還影響生產率。
本發明所提供的熱處理方法，可使磨球淬硬層加深，其硬度提高1.4倍左右，且硬度分布均勻，使用壽命提高，同時，這種工藝方法易於實現機械自動化的連續作業。
以下結合附圖對本發明的工藝作進一步的闡述圖1，是測量磨球硬度的測點分布圖;
圖2，是本發明的連續作業的工藝流程圖;
圖3，是本發明的中頻感應爐的剖視圖。
實施例說明參見圖2，料倉9中的磨球10順導軌滾到推桿機構1的前方，透熱爐2的進料口邊，在推桿1的推動下進入透熱爐2中，同時透熱爐2出口端，被擠出一已加熱好的磨球，它順導軌滾入噴淬室3，將原正在噴淋罩下噴淬的磨球擠出噴淋室使它落入續冷槽4中浸淬，續冷槽4中淬好的磨球最後滾到回火池5中;冷卻水可回收到蓄水池6中循環使用;透熱爐2由中頻電源8供電，推桿1的運動周期是根據熱處理工藝確定的(主要考慮噴淋時間t2和加熱時間t1)。
參見圖3，透熱爐2由爐襯14、絕緣層13，感應器12及上下蓋板11和15組成，其爐襯14的內徑按磨球直徑D的1.05-1.3倍為宜，透熱爐的長度則由加熱時間t1和推桿周期來確定。
具體實例1，對Φ90.40Cr磨球的熱處理，按上述工藝流程進行熱處理，其主要工藝參數為①推桿機構t＝33s ②加熱溫度T＝920℃③中頻功率P＝92KW ④加熱時間t1＝490s⑤水壓P＝2kg/cm2⑥噴淋時間t2＝33s例2對直徑為φ50的膠囊狀磨球熱處理按上述工藝流程進行熱處理，其主要工藝參數為①t＝13s ②T＝920℃ ③P＝95kw④t1＝200s ⑤p＝1kg/cm2⑥t2＝13s例3對45＃φ90球的熱處理，其主要工藝參數為①t＝30s ②T＝900℃ ③P＝90kw④t1＝470s ⑤p＝2kg/cm2⑥t2＝30例4材質GCr15，直徑φ30磨球的熱處理工藝參數為t＝1.5s T＝900℃ P＝85kwt1＝70s t2＝0(注)
因GCr15淬透性好，小直徑磨球可不必噴淬直接經續冷槽滾出即可。
例5對材質為T10鋼的φ60球的熱處理工藝參數為t＝9s T＝86℃ P＝85kwp＝2kg/cm2t1＝205s t2＝9s
權利要求
1.磨球的熱處理方法，包括有淬火加熱、冷卻、回火工藝，其特徵在於磨球的淬火加熱是用中頻感應透熱爐加熱的，其淬火冷卻採用先噴淬再浸淬的二步淬火冷卻法。
2.根據權利要求1所述的磨球在感應爐中的加熱時間按t1＝aD2計算確定，其中係數a＝4-6.5s/cm2，D為磨球直徑。
3.根據權利要求1或2所述的磨球熱處理方法，其特徵在於磨球加熱後的噴淋淬火時間按t2＝bD3/1000計算確定，其中係數b＝30-50s/cm3，D為磨球直徑。
全文摘要
本發明所提供的磨球熱處理方法是將磨球在中頻感應透熱爐中加熱，然後採用先噴淬再浸淬的二步淬火法，淬火介質為水，再經回火，磨球的加熱時間按t
文檔編號C21D1/62GK1058992SQ9110877
公開日1992年2月26日 申請日期1991年9月5日 優先權日1991年9月5日
發明者範浙肖, 張福根, 胡果平, 孫躍生 申請人:華新水泥廠