本发明属于热处理工艺淬火领域，具体的说，涉及一种批头的热处理工艺。
背景技术：
批头是一种比较常见的工具，也被称为“风批头”或“电批头”，通常指安装到手电钻或者电锤上面的螺丝刀头，用于紧固或松开螺丝钉，属于消耗类工具。批头的一端连接电钻、另一端连接螺丝钉，使用过程中要经常承受较多的冲击和振动，所以批头应该兼有硬度、耐磨性和韧性。只有这样，批头在使用过程中才能传递较大的扭矩而不被折断，从而更好的服役自身的工况环境。
从上述批头的受力状况可知，批头所用材料应属于耐冲击的工具钢。既要求较高的硬度和耐磨性，又要有良好的韧性来抵抗环境外力的振动冲击。市场上的批头多用s2钢制造。s2材料是一种美国的材料牌号，在国内尚无对应的国家标准，相应的参考资料也较为稀少。根据对s2材料的多次测试数据，其常见的各种元素百分含量(质量百分比)大约为：c0.65～0.70％，si1.0～1.25％，mn0.45～0.6％，p≤0.025％，s≤0.025％，cr0.10～0.30％，mo0.40～0.50％，v0.15～0.25％，ni0.10～0.25％，cu0.005～0.015％。由于批头受力状况较为复杂，s2材料的热处理工艺就显得至关重要。
目前，批头多用网带炉进行热处理，尽管有较高的生产效率，但是力学性能却不尽如人意。主要的缺陷表现在：硬度较高，但扭矩较小，且扭转试验时断裂面与试样轴线呈现45°断裂，呈螺旋状，属于正断断口，此断口在实际应用过程中容易飞溅伤人，最好断裂面和轴线垂直，成90°断裂，呈现切断断裂，这样使用时较为安全；另外批头的耐磨性能较低，以上的相关问题，严重影响了批头的产品质量，迫切需要研究一种新的批头热处理工艺，提高产品质量，挖掘材料潜力，应对新的工况环境，以便增加产品的竞争力。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种批头的热处理工艺，以至少解决现有技术中存在的上述问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种批头的热处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)把机械加工后的批头放入中温盐浴炉内，炉温设定为860～900℃，保温时间为8～12min；
(2)把通过步骤(1)加热后的批头放入装有光亮淬火油的油槽中进行冷却，淬火的油温不超过50℃，批头在淬火油中的冷却时间为2～4min；
(3)把通过步骤(2)冷却后的批头放入工业冰箱内进行冷处理，保温时间60～90min；然后将冷处理后的批头放置于空气中，直至批头的温度升高至室温；
(4)把通过步骤(3)升高到室温后的批头放入箱式炉进行回火，回火共进行三次，
第一次回火温度为180～220℃，保温时间480-510min，取出之后空冷至室温，
第二次回火温度为180～220℃，保温时间360-390min，取出之后再空冷至室温，
第三次回火温度为180～220℃，保温时间360-390min，取出之后再次空冷至室温。
进一步地，在上述热处理工艺中，在所述步骤(2)的淬火过程中，对油槽中的淬火油不断搅拌，以加快批头的冷却速度。
进一步地，在上述热处理工艺中，在所述步骤(2)的淬火过程中，淬火的油温优选为35～45℃。
进一步地，在上述热处理工艺中，在所述步骤(3)中，所述工业冰箱内的温度为-50～-60℃。
进一步地，在上述热处理工艺中，在所述步骤(4)之后，还包括(5)清洗步骤，用清洗剂洗去所述批头表面的残盐和油。
进一步地，在上述热处理工艺中，在所述清洗步骤中采用的清洗剂组成为：op-7和na2sio3的混合水溶液，优选地，所述op-7的浓度为10g/l、所述na2sio3的浓度为100g/l。
进一步地，在上述热处理工艺中，在所述步骤(4)中，第一次回火温度优选为190～200℃，保温时间优选为490-500min。
进一步地，在上述热处理工艺中，在所述步骤(4)中，第二次回火温度优选为190～200℃，保温时间优选为370-380min。
进一步地，在上述热处理工艺中，在所述步骤(4)中，第三次回火温度优选为190～200℃，保温时间优选为370-380min。
进一步地，在上述热处理工艺中，在所述步骤(1)中，所述盐浴炉内的工业盐的成分为66％bacl2+34％kcl。
本发明的有益技术效果在于：(1)用盐浴进行加热，批头的加热速度快，晶粒来不及长大，细晶强化作用比较明显，扭矩明显增加，且耐磨性能增强。(2)采用油冷淬火+冷处理的冷却工艺，促进了残留马氏体的转变，提高了硬度，稳定了淬火后的尺寸。(3)采用了三次回火工艺，可有效降低s2材料的内应力，降低材料脆性，促使材料断口由正断向切断转变，在使用过程中不易飞溅伤人，而且更加安全。由上述的分析可知，采用本发明提供的批头的热处理工艺得到的批头具有硬度高、扭矩大、耐磨性好、使用安全、综合力学性能优良等一系列特点，具有较为广阔的应用前景。
具体实施方式
下面将结合实施例来详细说明本发明。各个实施例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
根据本发明的实施例，提供了一种批头的热处理工艺，所述批头采用s2钢制造，该s2钢按质量百分比由以下化学成分组成：c0.65～0.70％，si1.0～1.25％，mn0.45～0.6％，p≤0.025％，s≤0.025％，cr0.10～0.30％，mo0.40～0.50％，v0.15～0.25％，ni0.10～0.25％，cu0.005～0.015％，余量为fe和不可避免的杂质元素。本发明的实施例提供的热处理工艺适用于1/4"的批头，即对边距离或者直径为6.35mm，形状可为一字、十字、米字、平头、星型、方头、六角，长度可为45mm、50mm、65mm、75mm、100mm、120mm、150mm、200mm、250mm、300mm等。
下述以尺寸为1/4"(对边距离6.35mm)×65mm×ph2，即正六边形的截面尺寸为1/4"(对边距离6.35mm)，长度为65mm的批头为例进行说明，批头的端部槽形为ph2形，所述的1/4"×65mm×ph2风批头热处理工艺包括以下步骤：
(1)把机械加工后的批头放入中温盐浴炉内，炉温设定为860～900℃(比如865℃、870℃、875℃、880℃、885℃、888℃)，保温时间为8～12min；把批头通过专用工装浸入熔融的66％bacl2+34％kcl工业盐中，8～12min即可完成奥氏体转变，加热速度快，保温时间短，此时奥氏体晶粒来不及长大，淬火之后的马氏体晶粒亦比较细小，具有明显的细晶强化作用，得到较高的硬度和耐磨性。选择66％bacl2+34％kcl成分的工业盐杂质少，吸湿性低，在工作温度时候粘度小，熔点适当，价格便宜，经济适用。
(2)把通过步骤(1)加热后的批头放入装有光亮淬火油的油槽中进行冷却，淬火的油温不超过50℃，批头在淬火油中的冷却时间为2～4min；由于s2钢具有较好的淬透性，在光亮淬火油中冷却时，整个界面可以完全淬透。进一步地，淬火的油温优选为35～45℃，对油槽中的淬火油不断搅拌，以加快批头的冷却速度。
(3)把通过步骤(2)冷却后的批头放入工业冰箱内进行冷处理，保温时间60～90min(比如62min、65min、70min、75min、80min、85min、88min)；然后将冷处理后的批头放置于空气中，直至批头的温度升高至室温；油冷之后放入工业冰箱内继续冷却，主要是考虑s2钢属于高碳钢范畴，其奥氏体转变终了温度mf较低，奥氏体转变成马氏体的过程中容易出现残留奥氏体，这些残留奥氏体不仅影响淬火后的最终硬度，而且会在使用过程中逐渐分解，从而影响批头的加工精度。采用冷处理，可以最大限度的减少奥氏体的残留，从而进一步提高淬火后的硬度，稳定加工精度。进一步地，所述工业冰箱内的温度为-50～-60℃，由于s2材料属于高碳钢范畴，其马氏体转变终了问题mf在零度以下，选择在此温度下保温，是为了进一步促进马氏体的转变。
(4)把通过步骤(3)升高到室温后的批头放入箱式炉进行回火，回火共进行三次，
第一次回火温度为180～220℃(比如185℃、190℃、195℃、200℃、205℃、210℃、215℃)，保温时间480-510min(比如482min、485min、490min、495min、500min、505min、508min)，取出之后空冷至室温。更优选地，第一次回火温度优选为190～200℃，保温时间优选为490-500min。
第二次回火温度为180～220℃(比如185℃、190℃、195℃、200℃、205℃、210℃、215℃)，保温时间360-390min(比如362min、365min、370min、375min、380min、385min、388min)，取出之后再空冷至室温。更优选地，第二次回火温度优选为190～200℃，保温时间优选为370-380min。
第三次回火温度为180～220℃(比如185℃、190℃、195℃、200℃、205℃、210℃、215℃)，保温时间360-390min比如362min、365min、370min、375min、380min、385min、388min)，取出之后再次空冷至室温。更优选地，第三次回火温度优选为190～200℃，保温时间优选为370-380min。
在箱式回火炉中进行回火时，采用了多次的回火工艺，根据测定，第一次回火可以减少约60％的内应力，第二次回火可以减少约20％的内应力，第三次回火可以减少约10％的内应力，由此，通过三次回火，可以有效的降低淬火后材料中的内应力；减少材料的脆性，使材料的扭转断口由正断向切断转变，提高使用安全性和疲劳强度，延长使用寿命。
(5)清洗步骤，用清洗剂洗去所述批头表面的残盐和油，采用的清洗剂组成为：op-7和na2sio3的水溶液。优选地，op-7的浓度为10g/l、na2sio3的浓度为100g/l，该配方的清洗剂可以有效的洗去批头表面残留的熔盐，且清洁无污染，具有使用方便、生产高效、费用低廉的清洗特点。
结合以下3个实施例对本发明的热处理工艺做进一步详细描述。
实施例1
(1)把批头放入工业熔盐由66％bacl2+34％kcl组成的中温盐浴炉中，炉温设定为865℃，保温时间为12min。
(2)把加热后的批头放入装有光亮淬火油的油槽中冷却2.2min，且对淬火油不断搅拌，控制淬火油温不超过50℃，实际测量46.3℃。
(3)在光亮淬火油中冷却以后，放入-52℃的冰箱继续冷处理，保温时间60min；然后将冷处理后的批头放置于空气中，直至批头的温度升高至室温。
(4)把升高到室温后的批头立即放入回火炉进行三次回火，第一次回火温度182℃，保温时间505min，取出之后空冷至室温。第二次回火温度为185℃，保温时间390min，取出之后再空冷至室温。第三次回火温度为181℃，保温时间385min，取出之后再次空冷至室温。
(5)回火之后，采用专用的清洗剂，洗去批头表面的残盐和油，转入下道工序。
实施例2
(1)把批头放入工业熔盐由66％bacl2+34％kcl组成的中温盐浴炉中，炉温设定为880℃，保温时间为11min。
(2)把加热后的批头放入装有光亮淬火油的油槽中冷却3.2min，且对淬火油不断搅拌，控制淬火油温不超过50℃，实际测量47.2℃。
(3)在光亮淬火油中冷却以后，放入-55℃的冰箱继续冷处理，保温时间75min；然后将冷处理后的批头放置于空气中，直至批头的温度升高至室温。
(4)把升高到室温后的批头立即放入回火炉进行三次回火，第一次回火温度198℃，保温时间495min，取出之后空冷至室温。第二次回火温度为200℃，保温时间380min，取出之后再空冷至室温。第三次回火温度为204℃，保温时间375min，取出之后再次空冷至室温。
(5)回火之后，采用专用的清洗剂，洗去批头表面的残盐和油，转入下道工序。
实施例3
(1)把批头放入工业熔盐由66％bacl2+34％kcl组成的中温盐浴炉中，炉温设定为900℃，保温时间为8min。
(2)把加热后的批头放入装有光亮淬火油的油槽中冷却3.9min，且对淬火油不断搅拌，控制淬火油温不超过50℃，实际测量44.9℃。
(3)在光亮淬火油中冷却以后，放入-51℃的冰箱继续冷处理，保温时间60min；然后将冷处理后的批头放置于空气中，直至批头的温度升高至室温。
(4)把升高到室温后的批头立即放入回火炉进行三次回火，第一次回火温度218℃，保温时间485min，取出之后空冷至室温。第二次回火温度为215℃，保温时间360min，取出之后再空冷至室温。第三次回火温度为219℃，保温时间365min，取出之后再次空冷至室温。
(5)回火之后，采用专用的清洗剂，洗去批头表面的残盐和油，转入下道工序。
对上述的3个实施例中1/4"×65mm×ph2批头淬火回火后的各种性能进行测试，每个实施例中至少测量三个试样，用hr-150a型洛氏硬度计测量多点的硬度值；用hj-6000全自动金属扭转试验机测量扭矩，同时考察其断口的宏观形貌，统计切断断口占全部断口的比例大小并乘以100％，把该数值命名为切断断口率，意思是切断断口(断口和批头轴线呈90°)占全部断口的比例；扭转试验时断裂面和与批头试样轴线呈现45°断裂，呈螺旋状，属于正断断口，此断口形成的碎屑在实际应用过程中容易飞溅伤人，从而带来安全隐患。因此最好断裂面和轴线垂直，成90°断裂，呈现切断断裂，这样使用时较为安全；由此，提高切断端口率就是提高了其安全性能，社会上一般的批头，其切断断口率在30％上下，远远不能满足安全性能方面的要求。用mmw-1型万能试验机在150n载荷正压力、300r/min转速、测试时间1200s的工况条件下测量耐磨性能；相关的指标见表1所示。
表1实施例中试样的性能参数
从表1中可看出，在3个实施例的热处理工艺条件下，批头的硬度较高且极为稳定，硬度值均大于60hrc，扭矩均大于19n·m，比普通批头的扭矩15n·m要高出26％；磨损失重小于4mg，已经达到低合金耐磨钢的水平；切断断口率提高到90％上下，远远超出了市场上切断断口率在30％上下的水平。充分的挖掘了材料的潜力，提高了产品的竞争力和使用寿命，具有良好的经济效益。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：(1)用盐浴进行加热，批头的加热速度快，晶粒来不及长大，细晶强化作用比较明显，扭矩明显增加，且耐磨性能增强。(2)采用油冷淬火+冷处理的冷却工艺，促进了残留马氏体的转变，提高了硬度，稳定了淬火后的尺寸。(3)采用了三次回火工艺，可有效降低s2材料的内应力，降低材料脆性，促使材料断口由正断向切断转变，在使用过程中不易飞溅伤人，而且更加安全。由上述的分析可知，批头新的热处理淬火工艺具有硬度高、扭矩大、耐磨性好、使用安全、综合力学性能优良等一系列特点，具有较为广阔的应用前景。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。