一種金屬材料軟化退火處理方法
2023-07-06 02:09:46
專利名稱：一種金屬材料軟化退火處理方法
技術領域：
本發明涉及金屬材料冷加工前的軟化退火工藝。
背景技術：
金屬材料在再結晶溫度以下發生塑性變形時，由於位錯的密度不斷增大，位錯運動時的相互交割加劇，產生位錯塞積群、割階、纏結網等障礙，阻礙位錯的進一步運動，弓丨起變形抗力的增加，使得金屬的強度和硬度升高，塑性和韌性降低，以致喪失繼續變形的能力，這種現象稱加工硬化(或冷作硬化)。實際生產中，在對材料進一步冷加工前，須採 用軟化退火工藝消除這種加工硬化現象。然而，常規的軟化退火和冷卻工藝要求十分嚴格。比如利用球化退火來消除加工硬化時，溫度過高或者保溫時間過大，將使球化核心減少，球化不完全；冷卻速度過快或等溫溫度低則易形成片狀碳化物，使硬度偏高。更重要的是，常規軟化退火溫度較高(例如，一般鋼材的再結晶退火溫度大約在650 750°C之間)，除帶來變形大、氧化和合金元素燒損等一系列不利影響外，還消耗大量能源，不利於節約能源和環境保護。利用磁場改變鐵磁性材料的微觀組織形態和機械性能是近年來發展起來的一種材料加工處理方法。研究表明，周期性變化的磁場可以引起磁致塑性形變現象，改變材料硬度，並在一定程度上降低殘餘應力。當在常規金屬材料退火工藝基礎上輔以周期性變化的磁場時，在300 550°C左右就可以發生再結晶。這是因為，大小或方向成周期性變化的外磁場將在金屬晶體內部產生電磁場，其能量以某種形式在金屬晶體內部存儲，可以加快晶內位錯的消失，降低位錯-障礙之間的結合能，推動位錯的滑移和攀升，從而有利於再結晶的形核及長大。此時，在外界磁場的基礎上，僅以較小的能量便可促使再結晶的發生和位錯的重新分布，從而顯著降低軟化退火溫度，縮短退火時間，既達到降低硬度、改善切削加工性能以便繼續進行冷變形的目的，同時又使得材料因常規退火工藝溫度太高造成的變形、氧化和元素燒損等現象大大減少。
發明內容
本發明的目的在於提供一種金屬材料軟化退火處理方法，該方法可以降低軟化退火溫度、縮短退火時間。為了實現上述目的，本發明所採取的技術方案是金屬材料軟化退火處理方法，其特徵在於它包括如下步驟
1)首先在陶瓷加熱爐外設置磁場發生裝置，將待加工的金屬材料放置於陶瓷加熱爐中加熱，加熱至300 550°C，並保溫30 60min ；
2)然後啟動磁場發生裝置對金屬材料進行處理；所述的磁場發生裝置的磁工藝參數的選擇範圍為磁感應強度為I. 8 2. 2T，磁場頻率為0. I 20Hz，磁處理時間為2 600s ；最後再爐冷或空冷至室溫。
步驟I)加熱溫度為400 500°C，保溫時間30 60min。所述的磁感應強度為I. 8 2. 2T，磁場頻率為10 20Hz，磁處理時間為30 60s。所述的陶瓷加熱爐由耐高溫陶瓷製作，高溫陶瓷外面覆以不鏽鋼；爐中置有N K分度的熱電偶，熱電偶與數顯溫度控制器相連。所述的金屬材料為鐵磁性金屬材料(GCrl5棒料、T8鋼塊、8MnSi鋼塊)。與常規的軟化退火工藝相比，本發明具有以下優點
I、本發明在常規退火工藝基礎上輔以周期性變化的磁場，可以促進再結晶的形核及長大，有效降低硬度。2、通過周期性變化磁場的激發位錯、促進再結晶形核作用，顯著降低材料的軟化·退火溫度，縮短退火時間。3、由於退火溫度較低，不僅避免了溫度過高引起的變形、氧化和部分元素燒損等現象，而且取得了顯著節能減排效果。
圖I為本發明陶瓷加熱爐、磁場發生裝置的布置示意圖。圖中1_勵磁線圈，2-墊塊，3-待加工的金屬材料(工件)，4_陶瓷加熱爐，5-三相變頻調壓裝置，6-交流電源。
具體實施例方式為了更好地理解本發明，下面結合具體的實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限於下面的實施例。即大凡依本發明申請專利範圍所作的均等變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。實施例I :
金屬材料軟化退火處理方法(在常規軟化退火工藝的基礎上耦合周期性變化的磁場，並對軸承鋼GCrl5棒料進行軟化處理)，它包括如下步驟
1)首先在陶瓷加熱爐外設置磁場發生裝置(陶瓷加熱爐放置於磁場發生裝置的勵磁線圈內)，將尺寸為50mmX O30mm的GCrl5棒料放置於陶瓷加熱爐中加熱(待加工的金屬材料置於位於陶瓷加熱爐4中的墊塊2上)，加熱至450 500°C，並保溫45min ；
2)然後啟動磁場發生裝置對金屬材料進行處理，產生周期性變化的磁場對材料進行處理；所述的磁場發生裝置的磁工藝參數的選擇範圍為磁感應強度為I. 8 2. 2T，磁場頻率為10 20Hz，磁處理時間約30 50s ;切斷電源，將材料隨爐冷卻至室溫。經過本發明所提供軟化方法處理後GCrl5棒料，其布氏硬度為HWB216，比經常規再結晶退火工藝後的略高，但本發明所提供的軟化退火溫度比常規退火溫度(770 780°C，保溫2h)至少降低了 270°C，而且處理時間大大縮短，因此，顯著降低了能源消耗。所述的陶瓷加熱爐4由耐高溫陶瓷製作，外面覆以不導磁、電阻率很大且抗腐蝕的不鏽鋼；爐中置有N E分度的熱電偶，熱電偶與數顯溫度控制器相連。爐溫通過與熱電偶相連的數顯溫度控制器測量和控制。所述的磁場發生裝置包括勵磁線圈I和三相變頻調壓裝置5，勵磁線圈I通過導線與三相變頻調壓裝置的輸出端相連，三相變頻調壓裝置的輸入端接交流電源6。
本發明所用周期性變化的磁場是由圖I所示一定匝數的勵磁線圈產生。勵磁線圈與三相變頻調壓裝置相連，通過此變頻調壓裝置即可改變勵磁電流的大小和頻率，進而改變使磁感應強度的大小和頻率。
實施例2
金屬材料軟化退火處理方法(在常規軟化退火工藝的基礎上耦合周期性變化的磁場，並對碳素工具鋼T8進行軟化處理)，它包括如下步驟
1)首先在陶瓷加熱爐外設置磁場發生裝置(陶瓷加熱爐放置於磁場發生裝置的勵磁線圈內)，將20mmX 20mmX 20mm的T8鋼塊狀放置於陶瓷加熱爐中加熱，加熱至400 450°C，並保溫30min ；
2)然後啟動磁場發生裝置對金屬材料進行處理；所述的磁場發生裝置的磁工藝參數的選擇範圍為磁感應強度為I. 8 2. 2T，磁場頻率為10 20Hz，磁處理時間為40 60s ；最後再爐冷或空冷至室溫。經過本發明所提供軟化方法處理後T8鋼塊狀試樣，其布氏硬度HBW192，與經常規再結晶退火工藝後的大致相當，但本發明所提供的軟化退火溫度比常規球化退火溫度(750 770°C，保溫2h)至少降低了 300°C，而且處理時間大大縮短，因此，顯著降低了能源消耗。實施例3
金屬材料軟化退火處理方法(在常規軟化退火工藝的基礎上耦合周期性變化的磁場，並對模具鋼8MnSi進行軟化處理)，它包括如下步驟
1)首先在陶瓷加熱爐外設置磁場發生裝置(陶瓷加熱爐放置於磁場發生裝置的勵磁線圈內)，將尺寸為20mmX20mmX20mm的8MnSi鋼塊的放置於陶瓷加熱爐中加熱，加熱至450 470°C，並保溫 60min ；
2)然後啟動磁場發生裝置對金屬材料進行處理；所述的磁場發生裝置的磁工藝參數的選擇範圍為磁感應強度為I. 8 2. 2T，磁場頻率為10 20Hz，磁處理時間為35 45s ；最後再爐冷或空冷至室溫。經過本發明所提供軟化方法處理後SMnSi鋼塊，其布氏硬度為HBW232，與經常規退火工藝後的大致相當，但本發明所提供的軟化退火溫度比一般常規退火溫度(730 750°C，保溫I. 5h)至少降低了 260°C，而且處理時間有所縮短，因此，也降低了能源消耗。
權利要求
1.金屬材料軟化退火處理方法，其特徵在於它包括如下步驟 1)首先在陶瓷加熱爐外設置磁場發生裝置，將待加工的金屬材料放置於陶瓷加熱爐中加熱，加熱至300 550°C，並保溫30 60min ； 2)然後啟動磁場發生裝置對金屬材料進行處理；所述的磁場發生裝置的磁エ藝參數的選擇範圍為磁感應強度為I. 8 2. 2T，磁場頻率為O. I 20Hz，磁處理時間為2 600s ；最後再爐冷或空冷至室溫。
2.根據權利要求I所述的金屬材料軟化退火處理方法，其特徵在於所述的陶瓷加熱爐由耐高溫陶瓷製作，高溫陶瓷外面覆以不鏽鋼；爐中置有N E分度的熱電偶，熱電偶與數顯溫度控制器相連。
3.根據權利要求I所述的金屬材料軟化退火處理方法，其特徵在於所述的磁感應強度為I. 8 2. 2T，磁場頻率為10 20Hz，磁處理時間為30 60s。
4.根據權利要求I所述的金屬材料軟化退火處理方法，其特徵在於所述的金屬材料為鐵磁性金屬材料。
全文摘要
本發明涉及金屬材料冷加工前的軟化退火工藝。金屬材料軟化退火處理方法，其特徵在於它包括如下步驟1)首先在陶瓷加熱爐外設置磁場發生裝置，將待加工的金屬材料放置於陶瓷加熱爐中加熱，加熱至300～450℃，並保溫30～60min；2)然後啟動磁場發生裝置對金屬材料進行處理；所述的磁場發生裝置的磁工藝參數的選擇範圍為磁感應強度為1.8～2.2T，磁場頻率為0.1～20Hz，磁處理時間為2～600s；最後再爐冷或空冷至室溫。該方法可以降低軟化退火溫度、縮短退火時間。不僅避免了溫度過高引起的變形、氧化和部分元素燒損等現象，而且取得了顯著節能減排效果。
文檔編號C21D1/04GK102676748SQ20121017047
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月29日 優先權日2012年5月29日
發明者華林, 宋燕利 申請人:武漢理工大學