专利名称：磨球的热处理方法
技术领域：
本发明涉及磨球的一种热处理方法。
磨球是研磨设备中的主要易损件，为了提高磨球的使用寿命，人们首先想到的是采用热处理方法来进行淬火强化，目前通常采用的工艺是将加工后的磨球，通过箱式炉加热或通过隧道炉进行连续加热，然后经水一次性浸淬，再经回火完成。这种热处理方法，易造成加热不均匀(由于是堆积式加热)和淬硬层深浅不同，硬度分布不均匀等结果。而且使用证明，许多情况下上述方法处理后的磨球其寿命还不如不经处理，主要是硬度不均易失圆而报废。
我国专利85109476《高耐磨低锰锻轧钢球工艺》公开的是磨球的形变热处理方法，这种方法对于节能和提高磨球的韧性都有好处，但在实际生产中，形变后的淬火温度不容易稳定地控制在理想范围内，这样就易使磨球的淬火质量产生波动;另外，该专利的淬火方式是磨球沿圆筒壁上的滚道向下滚动时水淬，比一般浸入式水淬有较大的淬火冷却速度，对于增加淬硬层深度故然有益，但增加幅度有限，不能达到磨球淬硬层深度要求，因为锻钢球采用的材质大多数淬透性不是很高，而形变热处理提高的韧性，对该磨球的实际需要贡献不大，因磨球的服役条件对韧性的要求不很大，一般ak≥5J/cm2即可达到要求，这个技术指标一般热处理方式都可达到。
本发明的目的旨在提供一种增加磨球的淬硬层并使其硬度分布均匀的热处理方法，从而提高磨球的耐用度，采用这种工艺方法还易于实现机械自动化连续作业。
本发明的设计思路如下为了提高磨球的淬硬层和硬度，首先应改进现在的冷却方法，适当提高冷却速度，通常的方法有改变冷却液使用盐、碱水或采用喷淋冷却，前者一是要增加成本，二是虽然能对批量加热的磨球同时冷却，但在冷却过程中要进行搅拌是十分困难的，而采用喷淋方式又很不适合现在的批量加热方式，如果制作多个喷头，经济上不合算，实际中也难以实施。但如果能找到一种新的加热方法，能够快速单个连续加热磨球，而采用喷淋冷却(只需1个或几个喷头)是十分理想的，实验证明，其淬硬效果也令人满意。
感应加热法是快速加热方法之一，但从各种资料的介绍和实际中的操作运用，这种方法一般适用于轴类、套筒类、齿轮类零件，而能否用于球类零件加热尚无人研究，为此，发明人作了大量的实验，如对Φ90的40Gr锻钢球采用中频感应透热炉加热并经喷淋淬火处理后按附
图1的测试方法得其硬度分布如表1，而对同样的钢球采用箱式加热，经浸淬后其硬度分布见表2。
对比表1与表2可知采用感应加热、喷淋冷却淬火的磨球硬度平均提高到1.4倍，而且均匀、淬硬层深。
分析磨球能通过感应透热炉加热均匀原因有以下三点①尽管磨球在透热炉轴线方向的截面半径是不相等的，但他的表面的曲率半径是处处相等，这样就避免了尖角效应，不致于局部过热。
②磨球材料是铁磁性材料，铁磁性材料存在着磁性转变点(居里温度点)，因此在感应加热时，零件的加热速度不会是一个常数。在刚接通电流时，零件的表面加热速度是很大的，当表面出现超过磁性转变点温度的一薄层时，此薄层的μ值突然降为1，使得该层的电流密度下降，加热速度减慢，而大的加热速度移到较里的一层，这种加热方法就是所谓的透入式加热方法，尽管集肤效应、邻近效应、环流效应是随工件表面与感应回壁间隙的不等而影响不同，但是透入式加热间隙大的地方恰是截面直径最小的地方，因而可能达到均匀加热。
③由于磨球需要的淬硬层深度超过了实际电流透入深度，因此心部的温度还需要靠传导式加热，这样就需要较长的加热时间，这有助于均匀加热，当然必须保证表面不过热，这可以通过调整输入功率来达到。
本发明中冷却淬火仍然保持有浸淬形成先喷后浸的二步冷却法，以使磨球在高温相变区的冷却速度加速，而在低温马氏体相变区冷速降低，以尽可能地降低淬火应力，同时保证磨球淬硬、淬深。
综上所述，本发明的具体方案是磨球的热处理淬火是采用中频感应透热炉加热，再经先喷后浸的二步冷却法完成。(保留后序的回火工艺)经反复摸索实验本发明的磨球加热时间按t1＝aD2计算确定，其中系数a＝4-6.5s/cm2，D为磨球直径。磨球喷淋时间按t2＝bD3/1000计算确定，其中系数b＝10-46s/cm3，D为磨球直径。
根据上述公式操作时间，既能保证较高的质量，又是最经济的时间。实验证明加热时间太短，将导致增大内外温差，或者造成表面过热，或者造成心部温度达不到，影响淬火质量，加热时间过长，虽然有益于减少内外温差，但却增加损耗，影响生产率，严重时同样会影响淬火质量，使晶粒粗化。而喷淋时间一般应大于2秒，低于2秒未起到二步法作用，实际上是一步法(当然小于监界淬火直径的磨球用一步法也可)，喷淬时间也不能太长，否则后续的浸液冷却失去了作用，严重时将导致磨球开裂，而且还影响生产率。
本发明所提供的热处理方法，可使磨球淬硬层加深，其硬度提高1.4倍左右，且硬度分布均匀，使用寿命提高，同时，这种工艺方法易于实现机械自动化的连续作业。
以下结合附图对本发明的工艺作进一步的阐述图1，是测量磨球硬度的测点分布图;
图2，是本发明的连续作业的工艺流程图;
图3，是本发明的中频感应炉的剖视图。
实施例说明参见图2，料仓9中的磨球10顺导轨滚到推杆机构1的前方，透热炉2的进料口边，在推杆1的推动下进入透热炉2中，同时透热炉2出口端，被挤出一已加热好的磨球，它顺导轨滚入喷淬室3，将原正在喷淋罩下喷淬的磨球挤出喷淋室使它落入续冷槽4中浸淬，续冷槽4中淬好的磨球最后滚到回火池5中;冷却水可回收到蓄水池6中循环使用;透热炉2由中频电源8供电，推杆1的运动周期是根据热处理工艺确定的(主要考虑喷淋时间t2和加热时间t1)。
参见图3，透热炉2由炉衬14、绝缘层13，感应器12及上下盖板11和15组成，其炉衬14的内径按磨球直径D的1.05-1.3倍为宜，透热炉的长度则由加热时间t1和推杆周期来确定。
具体实例1，对Φ90.40Cr磨球的热处理，按上述工艺流程进行热处理，其主要工艺参数为①推杆机构t＝33s ②加热温度T＝920℃③中频功率P＝92KW ④加热时间t1＝490s⑤水压P＝2kg/cm2⑥喷淋时间t2＝33s例2对直径为φ50的胶囊状磨球热处理按上述工艺流程进行热处理，其主要工艺参数为①t＝13s ②T＝920℃ ③P＝95kw④t1＝200s ⑤p＝1kg/cm2⑥t2＝13s例3对45＃φ90球的热处理，其主要工艺参数为①t＝30s ②T＝900℃ ③P＝90kw④t1＝470s ⑤p＝2kg/cm2⑥t2＝30例4材质GCr15，直径φ30磨球的热处理工艺参数为t＝1.5s T＝900℃ P＝85kwt1＝70s t2＝0(注)
因GCr15淬透性好，小直径磨球可不必喷淬直接经续冷槽滚出即可。
例5对材质为T10钢的φ60球的热处理工艺参数为t＝9s T＝86℃ P＝85kwp＝2kg/cm2t1＝205s t2＝9s
权利要求
1.磨球的热处理方法，包括有淬火加热、冷却、回火工艺，其特征在于磨球的淬火加热是用中频感应透热炉加热的，其淬火冷却采用先喷淬再浸淬的二步淬火冷却法。
2.根据权利要求1所述的磨球在感应炉中的加热时间按t1＝aD2计算确定，其中系数a＝4-6.5s/cm2，D为磨球直径。
3.根据权利要求1或2所述的磨球热处理方法，其特征在于磨球加热后的喷淋淬火时间按t2＝bD3/1000计算确定，其中系数b＝30-50s/cm3，D为磨球直径。
全文摘要
本发明所提供的磨球热处理方法是将磨球在中频感应透热炉中加热，然后采用先喷淬再浸淬的二步淬火法，淬火介质为水，再经回火，磨球的加热时间按t
文档编号C21D1/62GK1058992SQ9110877
公开日1992年2月26日 申请日期1991年9月5日 优先权日1991年9月5日
发明者范浙肖, 张福根, 胡果平, 孙跃生 申请人:华新水泥厂