不同淬火重量水-空交替淬火工艺修正方法
【专利摘要】本发明提供了一种不同淬火重量水-空交替淬火工艺修正方法，包括：（1）建立包含参与淬火冷却的总水量、淬火件重量、淬火件降温范围、总水冷时间数据库；（2）依据淬火件重量和降温范围计算出淬火件总释放热量，依据参与淬火冷却的总水量和总水冷时间数据计算出单位时间水温升高速率；（3）确定标准水温下的水-空交替淬火冷却工艺；（4）确定水-空交替淬火冷却工艺各段水淬时间在不同水温下的温度修正系数；（5）按照公式计算修正后的水淬时间；（6）生成并执行修正后的水-空交替淬火冷却工艺；（7）对处理的产品性能检测和统计评估，根据评估结果对温度修正系数进行调整。本发明对避免水淬开裂和减小产品性能波动有重要的意义。
【专利说明】不同淬火重量水—空交替淬火工艺修正方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种淬火冷却工艺，具体地，涉及一种不同淬火重量水-空交替淬火工艺修正方法。
【背景技术】
[0002]淬火是将淬火件加热到奥氏体温度，然后快速冷却到一定温度以下以获得马氏体或贝氏体组织的过程。为了避免产生淬火裂纹，合金钢一般采用油淬，而较少采用水淬。合金钢水淬一般采用间歇淬火或水-空交替淬火来避免开裂的产生。因此，合金钢水淬的技术关键是控制水淬与空冷的时间，也就是精确执行水一空交替控时淬火冷却工艺。
[0003]经对现有技术文献检索发现，陈乃录、左训伟、徐骏、张伟民.数字化控时淬火冷却工艺及设备的研究与应用.金属热处理，2009，34 (3): 37-42文章提出水-空交替控时淬火冷却工艺。具体方法是将淬火冷却分三个阶段进行，第一阶段为预冷阶段，第二阶段为水-空交替淬火冷却阶段，第三阶段为自然空冷阶段。在预冷阶段，合金钢件采取空冷的方式进行缓慢冷却，直到合金钢件表面冷却到Al以上或以下的某一温度区间，其结果是减少了合金钢件的热容量，加速了第二阶段的冷却效果。在水-空交替淬火冷却阶段，采用快冷(水冷)与慢冷(空冷)交替的方式进行，合金钢件在第一次水淬过程中，合金钢件表层快冷到Ms点以下某一温度并保持一定时间后，在表层获得部分马氏体；合金钢件在第一次空冷过程中，次表层的热量传向表层，使表层的温度升高，结果是表层刚刚转变的马氏体发生自回火使表层的韧性和应力状态得到调整，避免了表层马氏体组织产生开裂。然后再重复水与空气的交替淬火冷却，直到合金钢件某一部位的温度或组织达到要求。完成第二阶段淬火冷却后，将合金钢件放置在空气中进行自然冷却，直到合金钢件的心部温度低于某一值后进行回火。该文献技术对于避免合金钢件开裂有明显效果，但是，该文献没有涉及淬火重量变化所引起的水温变化对淬火冷却工艺的影响，而水温变化对水的冷却强度有显著的影响，也就是说随着水温的变化 ，水与淬火件之间的界面换热系数也发生明显变化，考虑水温变化这一因素对避免水淬开裂和减小产品性能波动有重要的意义。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种不同淬火重量水-空交替淬火工艺修正方法，该方法为精确制定水-空交替淬火冷却工艺具有重要意义。
[0005]为实现以上目的，本发明提供一种不同淬火重量水-空交替淬火工艺修正方法，所述方法的具体步骤包括:
[0006]( I)建立包含参与淬火冷却的总水量、淬火件重量、淬火件降温范围、总水冷时间的数据库；
[0007](2)依据淬火件重量和淬火件降温范围计算出淬火件总的释放热量，然后依据参与淬火冷却的总水量和总水冷时间数据计算出水温升高速率；
[0008](3)确定标准水温下的水-空交替淬火冷却工艺，所述标准水温是预先设定的一个淬火水温值，它可以是20°C，也可以是10°C，或其它温度值；
[0009](4)确定水-空交替淬火冷却工艺各段水淬时间在不同水温下的温度修正系数；
[0010](5)按照公式计算修正后的水淬时间，
[0011]式中为修正后水淬时间；K为温度修正系数；^_为标准水温下水淬时间；
[0012](6)生成修正后的水-空交替淬火冷却工艺，并执行工艺；
[0013](7)对处理的产品进行性能检测、统计评估，然后根据评估结果再对温度修正系数进行调整。
[0014]优选地，所述温度修正系数采取以下方法之中的一种或几种综合获取:
[0015]方法一、冷却特性曲线法
[0016]该方法是依据IS09950 (Standard Test Method for Determination of CoolingCharacteristics of Quench Oils by Cooling Curve Analysis)国际标准或其它标准测定在不同水温下的冷却特性曲线，然后分别对测量探头在某一温度范围(如:600-200°C)内的冷速曲线进行积分，得出某一温度范围冷速下的面积值，按照此方法分别得出不同水温度下的面积值；将标准水温的面积值作为分子(标准水温是20°C，或是其它温度)，不同水温下的面积值作分母，即得出不同水温下的温度修正系数。
[0017]方法二、换热系数法
[0018]该方法与方法一相似，所不同的是将方法一的所述冷速曲线换成本方法的换热系数曲线。
[0019]方法三、数值模拟法
[0020]首先通过测量和计算得到不同水温下的换热系数，然后针对某一具体水温、具体产品和具体部位进行温度场的数值模拟，得出降低到某一温度的时间，不同水温下的这个时间不同；将标准温度下的时间做分母，不同水温下的时间做分子，即得出不同水温下的温度修正系数。
[0021]方法四、经验估测法
[0022]对于批量生产的产品，根据对不同水温下淬火产品性的能统计，得出温度修正系数。
[0023]优选地，所述修正方法适用于水、盐水及各类水溶性介质。
[0024]优选地，所述修正方法适用于各类间歇式淬火冷却。
[0025]优选地:所述修正方法按照每次水淬的初始温度对该段水淬时间进行修正，或按照每次水淬过程中的初始水温和终了水温的平均值对该段水淬时间进行修正，或按照每次水淬过程中的初始水温和终了水温后采取其它计算方法计算出水温后对该段水淬时间进行修正。
[0026]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0027]本发明的不同淬火重量水-空交替淬火工艺修正方法，对避免水淬开裂和减小产品性能波动有重要的意义。
【具体实施方式】
[0028]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0029]实施例1
[0030]某合金钢件采用水-空交替淬火冷却工艺淬火，淬火介质为水和空气，合金钢件重量5t，奥氏体化温度850°C，合金钢件终冷平均温度为300°C，参与淬火冷却的总水量20t，水温为20°C时的工艺为:第一次水冷120s+空冷150s+第二次水冷180s+空冷200s+第三次水冷150s，要求给出初始水温为25°C时的工艺。
[0031]首先依据合金钢件重量(5t)和合金钢件降温范围(850-300°C)计算出合金钢件总的释放热量，然后依据参与淬火冷却的总水量(20t)和水-空交替淬火冷却工艺总的水冷时间(第一次水冷120s+第二次水冷180s+第三次水冷150s=450s)，计算出单位水冷时间的水温升高速率为0.060C /S。
[0032]当初始水温为25°C，根据上面计算结果计算出第一次水冷后的水温为32°C，第二次水冷后的水温为43°C。假设初始水温25°C下的温度修正系数为1.05，初始水温32°C下的温度修正系数为1.12，初始水温43°C下的温度修正系数为1.25，按照修正水淬时间计算公式计算,考虑淬火重量和初始水温因素修正的水-空交替淬火冷却工艺为:第一次水冷126s+空冷150s+第二次水冷202s+空冷200s+第三次水冷188s。按照该工艺对合金钢件进行淬火冷却，可获得与初始水温为20°C情况下工艺处理相近的产品性能。
[0033]实施例2
[0034]某合金钢件采用水-空交 替淬火冷却工艺淬火，淬火介质为聚合物水溶性介质和空气，合金钢件重量5t，奥氏体化温度850°C，合金钢件终冷平均温度为300°C，参与淬火冷却的总水量20t，水溶性介质初始温度为20°C时的工艺为:第一次水溶性介质冷却450s+空冷150s+第二次水溶性介质冷却500s，要求给出水溶性介质初始温度为25°C时的工艺。
[0035]首先依据合金钢件重量(5t)和合金钢件降温范围(850-300°C)计算出合金钢件总的释放热量，然后依据参与淬火冷却的总水溶性介质量(20t)和水-空交替淬火冷却工艺总的水溶性介质冷却时间(第一次水溶性介质冷却450s+第二次水溶性介质冷却500s=950s)，计算出单位水溶性介质冷却时间的介质温度升高速率为0.0280C /s。
[0036]当初始水溶性介质温度为25°C，根据上面计算结果计算出第一次水溶性介质冷却后的介质温度为38°C。假设水溶性介质温度25°C下的温度修正系数为1.1，水溶性介质温度38°C下的温度修正系数为1.30，按照修正后水溶性介质冷却时间计算公式标准计算，考虑淬火重量和水溶性介质初始温度因素修正的水-空交替淬火冷却工艺为:第一次水冷495s+空冷150s+第二次水冷650s。采用修正后的工艺有利于减小因初始介质温度变化和淬火对象重量变化而引起的性能波动。
[0037]实施例3
[0038]某合金钢件采用水-空交替淬火冷却工艺淬火,淬火介质为聚合物类水溶性介质和空气，合金钢件重量5t，奥氏体化温度850°C，合金钢件终冷温度为300°C，参与淬火冷却的总水量20t，水溶性介质温度为20°C时的工艺为:第一次水溶性介质冷却450s+空冷150s+第二次水溶性介质冷却500s，要求给出水溶性介质初始温度为25°C时的工艺。
[0039]首先依据合金钢件重量(5t)和合金钢件降温范围(850-300°C)计算出合金钢件总的释放热量，然后依据参与淬火冷却的总水溶性介质量(20t)和水-空交替淬火冷却工艺总的水溶性介质冷却时间(第一次水溶性介质冷却450s+第二次水溶性介质冷却500s=950s)，计算出单位水溶性介质冷却时间的介质温度升高速率为0.0280C /s。
[0040]当初始水溶性介质温度为25°C，根据上面计算结果计算出第一次水溶性介质冷却后的水溶性介质温度为38°C。按照第一次水溶性介质冷却的初始水温(25°C )和终止水温(38°C)的平均值(31.5°C)进行修正，假设水溶性介质温度31.5°C下的温度修正系数为
1.22 ;按照第二次水溶性介质冷却的初始水温(38°C )和终止水温(52°C)的平均值(45°C)进行修正，假设水溶性介质温度45°C下的温度修正系数为1.38 ;按照修正后水溶性介质冷却时间计算公式:计算，考虑淬火重量和初始水溶性介质温度因素修正的水-空交替淬火冷却工艺为:第一次水溶性介质冷却549s+空冷150s+第二次水溶性介质冷却690s。采用修正后的工艺有利于减小因初始介质温度变化和淬火对象重量变化而引起的性能波动。
[0041]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内 容。
【权利要求】
1.一种不同淬火重量水-空交替淬火工艺修正方法，其特征在于，所述方法的具体步骤包括: (1)建立包含参与淬火冷却的总水量、淬火件重量、淬火件降温范围、总水冷时间的数据库； (2)依据淬火件重量和淬火件降温范围计算出淬火件总的释放热量，然后依据参与淬火冷却的总水量和总水冷时间数据计算出单位时间的水温升高速率； (3)确定标准水温下的水-空交替淬火冷却工艺，所述标准水温是预先设定的一个淬火水温值； (4)确定水-空交替淬火冷却工艺各段水淬时间在不同水温下的温度修正系数； (5)按照公式计算修正后的水淬时间，t修正=K*t标准 式中为修正后水淬时间；K为温度修正系数4+_为标准水温下水淬时间； (6)生成修正后的水-空交替淬火冷却工艺，并执行工艺； (7)对处理的产品进行性能检测、统计评估，然后根据评估结果再对温度修正系数进行调整。
2.根据权利要求1所述一种不同淬火重量水-空交替淬火工艺修正方法，其特征在于，所述温度修正系数采取以下方法之中的一种或几种综合获取: 方法一、冷却特性曲线法 该方法是依据标准测定在不同水温下的冷却特性曲线，然后分别对测量探头在某一温度范围内的冷速曲线进行积分，得出某一温度范围冷速下的面积值，按照此方法能分别得出不同水温度下的面积值；将标准水温的面积值作为分子，不同水温下的面积值作分母，即得出不同水温下的温度修正系数； 方法二、换热系数法 该方法与方法一相似，所不同的是将方法一的所述冷速曲线换成本方法的换热系数曲线.方法三、数值模拟法 首先通过测量和计算得到不同水温下的换热系数，然后针对某一具体水温、具体产品和具体部位进行温度场的数值模拟，得出降低到某一温度的时间，不同水温下的这个时间不同；将标准温度下的时间做分母，不同水温下的时间做分子，即得出不同水温下的温度修正系数； 方法四、经验估测法 对于批量生产的产品，根据不同水温下淬火的产品性能统计，得出温度修正系数。
3.根据权利要求1或2所述一种不同淬火重量水-空交替淬火工艺修正方法，其特征在于，所述修正方法按照每次水淬的初始温度对该段水淬时间进行修正，或按照每次水淬过程中的初始水温和终了水温的平均值对该段水淬时间进行修正，或按照每次水淬过程中的初始水温和终了水温后计算出水温后对该段水淬时间进行修正。
4.根据权利要求1或2所述一种不同淬火重量水-空交替淬火工艺修正方法，其特征在于，所述修正方法适用于水、盐水及各类水溶性介质。
5.根据权利要求1或2所述一种不同淬火重量水-空交替淬火工艺修正方法，其特征在于，所述修正方法适用于各类间歇式淬火冷却。
【文档编号】C21D1/60GK103468926SQ201310352455
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月13日 优先权日:2013年8月13日
【发明者】陈乃录, 左训伟, 戎咏华 申请人:上海交通大学