一种提升金属材料的抗疲劳性能的表面热处理加工工艺

申请号 CN202310185834.3 申请日 2023-03-01 公开(公告)号 CN116334362A 公开(公告)日 2023-06-27
申请人 福建煜雄科技有限公司; 发明人 黄俊雄; 吴国强; 黄俊谋; 吴俊平;
摘要 本 发明 公开了一种提升金属材料的抗疲劳性能的表面 热处理 加工工艺,包括如下步骤:第一步、预处理:将 清洗剂 注入装配有 超 声波 发生器的容器内,加入金属材料,25‑40℃下超声清洗15‑20min,对金属材料表面进行预处理;第二步、将预处理后的金属材料送入加热炉中,升温至400℃,保温处理2‑4h,保温结束后冷却至室温,将金属材料表面擦拭干净后涂覆保护涂料,控制涂覆厚度为0.1‑0.2mm,室温下通 风 干燥10‑12h,制得涂覆后金属材料;第三步、淬火;第四步、回火;先通过清洗剂对金属表面预处理,去除表面的油层,之后涂覆保护涂料对金属进行保护,减少金属在热处理过程中的 氧 脱,防止金属热处理后性能降低。
权利要求

1.一种提升金属材料的抗疲劳性能的表面热处理加工工艺,其特征在于,包括如下步骤:
第一步、预处理:将清洗剂注入装配有声波发生器的容器内,加入金属材料,25‑40℃下超声清洗15‑20min,对金属材料表面进行预处理;
第二步、将预处理后的金属材料送入加热炉中,升温至400℃,保温处理2‑4h,保温结束后冷却至室温,将金属材料表面擦拭干净后涂覆保护涂料,控制涂覆厚度为0.1‑0.2mm,室温下通干燥10‑12h,制得涂覆后金属材料;
第三步、淬火:将金属材料置于高炉底板进行加热,随后进行保温处理,然后调节高炉的炉,调节后的炉门距离炉底25cm,接着操作扁钳对金属材料进行快速入油工艺,且在此过程中还需操作扁钳进行升降运动10s,待金属材料表面温度降至230℃后再次进行保温处理;
第四步、回火:待淬火后的金属材料冷却至100‑120℃时进行回火,控制回火温度600℃,时间30min。
2.根据权利要求1所述的一种提升金属材料的抗疲劳性能的表面热处理加工工艺,其特征在于,第一步中所述清洗剂由如下浓度组分组成的溶液:1‑10g/L氢化钠,1‑10g/L硝酸钠,0.1‑4g/L十二烷基硫酸钠,0.1‑3g/L十二烷基磺酸钠,0.1‑3g/L三乙醇胺油酸皂,
1‑10g/L三聚磷酸钠,0.1‑1g/L高酸钠。
3.根据权利要求1所述的一种提升金属材料的抗疲劳性能的表面热处理加工工艺,其特征在于,第三步中入油工艺中的淬火油温度为70‑80℃,处理时间为5‑6min。
4.根据权利要求1所述的一种提升金属材料的抗疲劳性能的表面热处理加工工艺,其特征在于,所述保护涂料包括如下步骤制成:
步骤S1、将聚乙二醇4000加入二氯甲烷中,匀速搅拌并加入对甲苯磺酰氯的三乙胺溶液,室温下匀速搅拌并反应12h,反应结束后用浓度1mol/L盐酸溶液萃取出有机相,向有机相中加入过量酸钠,匀速搅拌4h后过滤,浓缩滤液后滴入乙醚,形成沉淀,抽滤,将滤饼加入二氯甲烷中,滤去不溶物,之后将滤液滴入过量乙醚中,再次形成沉淀,抽滤,真空干燥
24h,制得中间体1,控制聚乙二醇40、二氯甲烷和对甲苯磺酰氯的三乙胺溶液的用量比为
15‑20g∶100mL∶25.70‑25.75g;
步骤S2、将中间体1和邻苯二甲酰亚胺加入N,N‑二甲基甲酰胺中,升温至120℃,保温反应6h,反应结束后减压蒸干N,N‑二甲基甲酰胺,加入水合肼,在无水乙醇中氮气保护下回流反应12h,之后蒸出乙醇,精制、提纯,制得改性剂,控制中间体1、邻苯二甲酰亚胺钾、N,N‑二甲基甲酰胺和水合肼的用量比为16‑18g∶4.2‑4.8g∶150mL∶3.2mL;
步骤S3、将水玻璃溶液升温至75℃,保温并匀速搅拌10min,之后冷却至室温,加入改性剂,混合均匀,制得改性水玻璃溶液,控制改性剂和水玻璃溶液的重量比为0.4‑0.6%∶1;
步骤S4、按重量份计,将10‑15份砂、15‑22份玻璃粉、10‑12份二氧化、3‑8份氧化、3‑6份白石粉、45‑55份硅酸钠和40‑50份改性水玻璃溶液混合均匀,制得保护涂料。
5.根据权利要求4所述的一种提升金属材料的抗疲劳性能的表面热处理加工工艺,其特征在于,步骤S1中所述对甲苯磺酰氯的三乙胺溶液由对甲苯磺酰氯和三乙胺按照3.80‑
3.82g∶28‑30mL的用量比混合而成。
6.根据权利要求4所述的一种提升金属材料的抗疲劳性能的表面热处理加工工艺,其
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特征在于,步骤S3中所述水玻璃溶液模数为2.8,密度为1.36g/cm。

说明书全文

一种提升金属材料的抗疲劳性能的表面热处理加工工艺

技术领域

[0001] 本发明属于金属表面处理技术领域,具体地,涉及一种提升金属材料的抗疲劳性能的表面热处理加工工艺。

背景技术

[0002] 金属材料的使用性能以及使用寿命,在较高的程度上决定了金属材料生产率的大小,同时还会对金属材料的可操作性以及金属材料制品的质量产生一定影响。
[0003] 现有技术中的金属材料表面热处理工艺所获得金属材料,虽具有良好的高温强度以及金属热硬性,但在一定程度上却降低了金属材料的热塑性、韧性以及金属抗疲劳强度,容易导致在高负荷的环境下,金属材料过早的出现疲劳裂纹并快速扩展,严重影响金属材料制品的使用稳定性
[0004] 玻璃是铸造工艺重要的粘结剂材料,但是由于其本身的性能并不能完全满足工业生产和发展的要求,存在着流动性差、粘结强度不高,久置容易老化的问题,且水玻璃砂的溃散性差、吸湿性强,限制了水玻璃粘结剂在生产中的应用。

发明内容

[0005] 为了解决背景技术中提到的技术问题,本发明的目的在于提供一种提升金属材料的抗疲劳性能的表面热处理加工工艺。
[0006] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
[0007] 一种提升金属材料的抗疲劳性能的表面热处理加工工艺,包括如下步骤:
[0008] 第一步、预处理:将清洗剂注入装配有声波发生器的容器内,加入金属材料,25‑40℃下超声清洗15‑20min,对金属材料表面进行预处理;
[0009] 第二步、将预处理后的金属材料送入加热炉中,升温至400℃,保温处理2‑4h,保温结束后冷却至室温,将金属材料表面擦拭干净后涂覆保护涂料,控制涂覆厚度为0.1‑0.2mm,室温下通干燥10‑12h,制得涂覆后金属材料;
[0010] 第三步、淬火:将金属材料置于高炉底板进行加热,随后进行保温处理,然后调节高炉的炉,调节后的炉门距离炉底25cm,接着操作扁钳对金属材料进行快速入油工艺,且在此过程中还需操作扁钳进行升降运动10s,待金属材料表面温度降至230℃后再次进行保温处理;
[0011] 第四步、回火:待淬火后的金属材料冷却至100‑120℃时进行回火,控制回火温度600℃,时间30min。
[0012] 进一步地,第一步中所述清洗剂由如下浓度组分组成的水溶液:1‑10g/L氢化钠,1‑10g/L硝酸钠,0.1‑4g/L十二烷基硫酸钠,0.1‑3g/L十二烷基磺酸钠,0.1‑3g/L三乙醇胺油酸皂,1‑10g/L三聚磷酸钠,0.1‑1g/L高酸钠。
[0013] 进一步地,第三步中入油工艺中的淬火油温度为70‑80℃,处理时间为5‑6min。
[0014] 进一步地,所述保护涂料包括如下步骤制成:
[0015] 步骤S1、将聚乙二醇4000加入二氯甲烷中,匀速搅拌并加入对甲苯磺酰氯的三乙胺溶液,室温下匀速搅拌并反应12h,反应结束后用浓度1mol/L盐酸溶液萃取出有机相,向有机相中加入过量酸钠,匀速搅拌4h后过滤,浓缩滤液后滴入乙醚,形成沉淀,抽滤,将滤饼加入二氯甲烷中,滤去不溶物,之后将滤液滴入过量乙醚中,再次形成沉淀,抽滤,真空干燥24h,制得中间体1,控制聚乙二醇40、二氯甲烷和对甲苯磺酰氯的三乙胺溶液的用量比为15‑20g∶100mL∶25.70‑25.75g;
[0016] 步骤S1中二氯甲烷作为溶剂,三乙胺作为缚酸剂,聚乙二醇与对甲苯磺酰氯反应,引入‑OTS保护基,生成中间体1,反应过程如下所示:
[0017]
[0018] 步骤S2、将中间体1和邻苯二甲酰亚胺加入N,N‑二甲基甲酰胺中,升温至120℃,保温反应6h,反应结束后减压蒸干N,N‑二甲基甲酰胺,加入水合肼,在无水乙醇中氮气保护下回流反应12h,之后蒸出乙醇,精制、提纯,制得改性剂,控制中间体1、邻苯二甲酰亚胺钾、N,N‑二甲基甲酰胺和水合肼的用量比为16‑18g∶4.2‑4.8g∶150mL∶3.2mL;
[0019] 步骤S2中中间体1和邻苯二甲酰亚胺钾反应,之后加入水合肼解,制备出改性剂,反应过程如下所示:
[0020]
[0021] 步骤S3、将水玻璃溶液升温至75℃,保温并匀速搅拌10min,之后冷却至室温,加入改性剂,混合均匀,制得改性水玻璃溶液,控制改性剂和水玻璃溶液的重量比为0.4‑0.6%∶1;
[0022] 步骤S3中通过改性剂对水玻璃进行改性,从结构上看,改性剂为聚醚结构,分子链中含有醚键,两端由氨基封端,当改性剂与水玻璃混合后,改性剂与水玻璃间产生缔合,形成分子间氢键,由于水玻璃在存放过程中酸胶粒团聚,导致流动性变差。改性剂分子结构中的醚基和端氨基带有微弱的负电荷,颗粒表面的动电位是颗粒阻聚的原因之一,改性剂通过分子间氢键和静电作用吸附在聚硅酸胶粒的表面,可以改变聚硅酸表面位能,阻止胶粒聚集长大,在水玻璃溶液中形成具有高分子保护层的细小胶粒,从而提高了水玻璃溶液的流动性,提高水玻璃在用做无机粘合剂时的粘合效果。
[0023] 步骤S4、按重量份计,将10‑15份砂、15‑22份玻璃粉、10‑12份二氧化硅、3‑8份氧化、3‑6份白石粉、45‑55份硅酸钠和40‑50份改性水玻璃溶液混合均匀,制得保护涂料。
[0024] 进一步地,步骤S1中所述对甲苯磺酰氯的三乙胺溶液由对甲苯磺酰氯和三乙胺按照3.80‑3.82g∶28‑30mL的用量比混合而成。
[0025] 进一步地,步骤S3中所述水玻璃溶液模数为2.8,密度为1.36g/cm3。
[0026] 本发明的有益效果:
[0027] 本发明通过热处理对金属表面进行处理,用于提高金属的抗疲劳性能,先通过清洗剂对金属表面预处理,去除表面的油层,之后涂覆保护涂料对金属进行保护,减少金属在热处理过程中的氧脱,防止金属热处理后性能降低,其中,该保护涂料由硼砂、玻璃粉、白云石粉等制成,玻璃粉的颗粒细小,烧结温度低,有助于玻璃态的形成。白云石粉属碳酸盐矿物,分解生成CaO、MgO,作为填充剂,而硼砂是烧结玻璃的助熔剂,热处理后保护涂料生成玻璃态物质,冷却过程具备良好的自剥落性。
[0028] 而且本发明在制备保护涂料的配方中引入了无机粘结剂,通过合成改性剂对水玻璃进行改性,提高了水玻璃溶液的流动性,提高水玻璃在用做无机粘合剂时的粘合效果。

具体实施方式

[0029] 下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
[0030] 实施例1
[0031] 一种提升金属材料的抗疲劳性能的表面热处理加工工艺,包括如下步骤:
[0032] 第一步、预处理:将清洗剂注入装配有超声波发生器的容器内,加入金属材料,25℃下超声清洗15min,对金属材料表面进行预处理;
[0033] 所述清洗剂由如下浓度组分组成的水溶液:1g/L氢氧化钠,1g/L硝酸钠,0.1g/L十二烷基硫酸钠,0.1g/L十二烷基磺酸钠,0.1g/L三乙醇胺油酸皂,1g/L三聚磷酸钠,0.1g/L高铁酸钠。
[0034] 第二步、将预处理后的金属材料送入加热炉中,升温至400℃,保温处理2h,保温结束后冷却至室温,将金属材料表面擦拭干净后涂覆保护涂料,控制涂覆厚度为0.1mm,室温下通风干燥10h,制得涂覆后金属材料;
[0035] 所述保护涂料包括如下步骤制成:
[0036] 步骤S1、将聚乙二醇4000加入二氯甲烷中,匀速搅拌并加入对甲苯磺酰氯的三乙胺溶液,室温下匀速搅拌并反应12h,反应结束后用浓度1mol/L盐酸溶液萃取出有机相,向有机相中加入过量碳酸钠,匀速搅拌4h后过滤,浓缩滤液后滴入乙醚,形成沉淀,抽滤,将滤饼加入二氯甲烷中,滤去不溶物,之后将滤液滴入过量乙醚中,再次形成沉淀,抽滤,真空干燥24h,制得中间体1,控制聚乙二醇40、二氯甲烷和对甲苯磺酰氯的三乙胺溶液的用量比为15g∶100mL∶25.70g;
[0037] 所述对甲苯磺酰氯的三乙胺溶液由对甲苯磺酰氯和三乙胺按照3.80g∶28mL的用量比混合而成。
[0038] 步骤S2、将中间体1和邻苯二甲酰亚胺钾加入N,N‑二甲基甲酰胺中,升温至120℃,保温反应6h,反应结束后减压蒸干N,N‑二甲基甲酰胺,加入水合肼,在无水乙醇中氮气保护下回流反应12h,之后蒸出乙醇,精制、提纯,制得改性剂,控制中间体1、邻苯二甲酰亚胺钾、N,N‑二甲基甲酰胺和水合肼的用量比为16g∶4.2g∶150mL∶3.2mL;
[0039] 步骤S3、将水玻璃溶液升温至75℃,保温并匀速搅拌10min,之后冷却至室温,加入改性剂,混合均匀,制得改性水玻璃溶液,控制改性剂和水玻璃溶液的重量比为0.4%∶1;
[0040] 所述水玻璃溶液模数为2.8,密度为1.36g/cm3。
[0041] 步骤S4、按重量份计,将10份硼砂、15份玻璃粉、10份二氧化硅、3份氧化铝、3份白云石粉、45份硅酸钠和40份改性水玻璃溶液混合均匀,制得保护涂料。
[0042] 第三步、淬火:将金属材料置于高炉炉底板进行加热,随后进行保温处理,然后调节高炉的炉门,调节后的炉门距离炉底25cm,接着操作扁钳对金属材料进行快速入油工艺,且在此过程中还需操作扁钳进行升降运动10s,待金属材料表面温度降至230℃后再次进行保温处理;
[0043] 入油工艺中的淬火油温度为70℃,处理时间为5min。
[0044] 第四步、回火:待淬火后的金属材料冷却至100℃时进行回火,控制回火温度600℃,时间30min。
[0045] 实施例2
[0046] 一种提升金属材料的抗疲劳性能的表面热处理加工工艺,包括如下步骤:
[0047] 第一步、预处理:将清洗剂注入装配有超声波发生器的容器内,加入金属材料,35℃下超声清洗18min,对金属材料表面进行预处理;
[0048] 所述清洗剂由如下浓度组分组成的水溶液:5g/L氢氧化钠,5g/L硝酸钠,2g/L十二烷基硫酸钠,2g/L十二烷基磺酸钠,2g/L三乙醇胺油酸皂,8g/L三聚磷酸钠,0.6g/L高铁酸钠。
[0049] 第二步、将预处理后的金属材料送入加热炉中,升温至400℃,保温处理2‑4h,保温结束后冷却至室温,将金属材料表面擦拭干净后涂覆保护涂料,控制涂覆厚度为0.2mm,室温下通风干燥10h,制得涂覆后金属材料;
[0050] 所述保护涂料包括如下步骤制成:
[0051] 步骤S1、将聚乙二醇4000加入二氯甲烷中,匀速搅拌并加入对甲苯磺酰氯的三乙胺溶液,室温下匀速搅拌并反应12h,反应结束后用浓度1mol/L盐酸溶液萃取出有机相,向有机相中加入过量碳酸钠,匀速搅拌4h后过滤,浓缩滤液后滴入乙醚,形成沉淀,抽滤,将滤饼加入二氯甲烷中,滤去不溶物,之后将滤液滴入过量乙醚中,再次形成沉淀,抽滤,真空干燥24h,制得中间体1,控制聚乙二醇40、二氯甲烷和对甲苯磺酰氯的三乙胺溶液的用量比为18g∶100mL∶25.74g;
[0052] 所述对甲苯磺酰氯的三乙胺溶液由对甲苯磺酰氯和三乙胺按照3.81g∶28mL的用量比混合而成。
[0053] 步骤S2、将中间体1和邻苯二甲酰亚胺钾加入N,N‑二甲基甲酰胺中,升温至120℃,保温反应6h,反应结束后减压蒸干N,N‑二甲基甲酰胺,加入水合肼,在无水乙醇中氮气保护下回流反应12h,之后蒸出乙醇,精制、提纯,制得改性剂,控制中间体1、邻苯二甲酰亚胺钾、N,N‑二甲基甲酰胺和水合肼的用量比为18g∶4.5g∶150mL∶3.2mL;
[0054] 步骤S3、将水玻璃溶液升温至75℃,保温并匀速搅拌10min,之后冷却至室温,加入改性剂,混合均匀,制得改性水玻璃溶液,控制改性剂和水玻璃溶液的重量比为0.5%∶1;
[0055] 所述水玻璃溶液模数为2.8,密度为1.36g/cm3。
[0056] 步骤S4、按重量份计,将14份硼砂、18份玻璃粉、10份二氧化硅、5份氧化铝、5份白云石粉、50份硅酸钠和45份改性水玻璃溶液混合均匀,制得保护涂料。
[0057] 第三步、淬火:将金属材料置于高炉炉底板进行加热,随后进行保温处理,然后调节高炉的炉门,调节后的炉门距离炉底25cm,接着操作扁钳对金属材料进行快速入油工艺,且在此过程中还需操作扁钳进行升降运动10s,待金属材料表面温度降至230℃后再次进行保温处理;
[0058] 入油工艺中的淬火油温度为75℃,处理时间为6min。
[0059] 第四步、回火:待淬火后的金属材料冷却至110℃时进行回火,控制回火温度600℃,时间30min。
[0060] 实施例3
[0061] 一种提升金属材料的抗疲劳性能的表面热处理加工工艺,包括如下步骤:
[0062] 第一步、预处理:将清洗剂注入装配有超声波发生器的容器内,加入金属材料,40℃下超声清洗20min,对金属材料表面进行预处理;
[0063] 所述清洗剂由如下浓度组分组成的水溶液:10g/L氢氧化钠,10g/L硝酸钠,4g/L十二烷基硫酸钠,3g/L十二烷基磺酸钠,3g/L三乙醇胺油酸皂,10g/L三聚磷酸钠,1g/L高铁酸钠。
[0064] 第二步、将预处理后的金属材料送入加热炉中,升温至400℃,保温处理4h,保温结束后冷却至室温,将金属材料表面擦拭干净后涂覆保护涂料,控制涂覆厚度为0.2mm,室温下通风干燥12h,制得涂覆后金属材料;
[0065] 所述保护涂料包括如下步骤制成:
[0066] 步骤S1、将聚乙二醇4000加入二氯甲烷中,匀速搅拌并加入对甲苯磺酰氯的三乙胺溶液,室温下匀速搅拌并反应12h,反应结束后用浓度1mol/L盐酸溶液萃取出有机相,向有机相中加入过量碳酸钠,匀速搅拌4h后过滤,浓缩滤液后滴入乙醚,形成沉淀,抽滤,将滤饼加入二氯甲烷中,滤去不溶物,之后将滤液滴入过量乙醚中,再次形成沉淀,抽滤,真空干燥24h,制得中间体1,控制聚乙二醇40、二氯甲烷和对甲苯磺酰氯的三乙胺溶液的用量比为20g∶100mL∶25.75g;
[0067] 所述对甲苯磺酰氯的三乙胺溶液由对甲苯磺酰氯和三乙胺按照3.82g∶30mL的用量比混合而成。
[0068] 步骤S2、将中间体1和邻苯二甲酰亚胺钾加入N,N‑二甲基甲酰胺中,升温至120℃,保温反应6h,反应结束后减压蒸干N,N‑二甲基甲酰胺,加入水合肼,在无水乙醇中氮气保护下回流反应12h,之后蒸出乙醇,精制、提纯,制得改性剂,控制中间体1、邻苯二甲酰亚胺钾、N,N‑二甲基甲酰胺和水合肼的用量比为18g∶4.8g∶150mL∶3.2mL;
[0069] 步骤S3、将水玻璃溶液升温至75℃,保温并匀速搅拌10min,之后冷却至室温,加入改性剂,混合均匀,制得改性水玻璃溶液,控制改性剂和水玻璃溶液的重量比为0.6%∶1;
[0070] 所述水玻璃溶液模数为2.8,密度为1.36g/cm3。
[0071] 步骤S4、按重量份计,将15份硼砂、22份玻璃粉、12份二氧化硅、8份氧化铝、6份白云石粉、55份硅酸钠和50份改性水玻璃溶液混合均匀,制得保护涂料。
[0072] 第三步、淬火:将金属材料置于高炉炉底板进行加热,随后进行保温处理,然后调节高炉的炉门,调节后的炉门距离炉底25cm,接着操作扁钳对金属材料进行快速入油工艺,且在此过程中还需操作扁钳进行升降运动10s,待金属材料表面温度降至230℃后再次进行保温处理;
[0073] 入油工艺中的淬火油温度为80℃,处理时间为6min。
[0074] 第四步、回火:待淬火后的金属材料冷却至120℃时进行回火,控制回火温度600℃,时间30min。
[0075] 对低合金超高强度D6AC采用实施例1‑3的热处理工艺进行热处理,对其热处理后的性能进行检测,结果如下表1所示:
[0076] 表1
[0077]
[0078] 从上表1中能够看出本发明实施例1‑3处理后的低合金超高强度钢D6AC具有优异的学性能。
[0079] 在说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0080] 以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明,所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围,均应属于本发明的保护范围。
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