一种螺栓用35CrNi3WA材料的热处理工艺 |
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| 申请号 | CN202311552941.1 | 申请日 | 2023-11-21 | 公开(公告)号 | CN117587200A | 公开(公告)日 | 2024-02-23 |
| 申请人 | 沪东重机有限公司; | 发明人 | 刘华; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种 螺栓 用35CrNi3WA材料的 热处理 工艺，该工艺通过一次的淬火和三次的回火及 水 冷，通过各流程工艺参数的理论分析和精细调控，实现了热处理后的材料既满足了高强度的要求，又达到了极高的冲击性能的要求，同时，本发明具有工艺先进，成本低，操作简便等优势。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种螺栓用35CrNi3WA材料的热处理工艺，包括淬火和回火步骤，其特征在于，包括1次淬火和3次回火水冷共4个步骤，且各步骤的具体实验参数如下： |
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| 说明书全文 | 一种螺栓用35CrNi3WA材料的热处理工艺技术领域[0001] 本发明属于热处理技术领域，具体涉及船用柴油机重要螺栓用35CrNi3WA材料的热处理工艺。 背景技术[0002] 船用柴油机上有一种中间齿轮偏心轴固定螺栓，该螺栓为重要螺栓。其材料为35CrNi3WA，热处理时有效厚度为23mm，要求热处理调质后的机械性能为：Rm：1100～ 1350MPa,Re≥1050MPa,A≥13％,KU5≥40J。 [0003] 对上述材料，按常规860℃油冷，550℃回火后空冷处理，在满足强度指标的情况下，冲击指标总不能达到KU5≥40J。在相同淬火条件下，升高回火温度进行实验，结果也不合格，单纯地只提高回火温度很难使其冲击指标KU5≥40J，相反回火温度超出一定范围，其抗拉强度和屈服强度就会不合格。同样，降低回火温度进行实验，结果也不合格。可见，强度与冲击指标是一对矛盾体，较难实现这两项性能指标的兼顾和共同提升。高强度等级的钢通常具有极高的抗拉强度和较低的冲击值，两者存在一定的负相关。强度越高，原子间的键合力越大，使得其更加难以发生塑性变形或断裂，而当金属受到冲击载荷时，由于载荷作用时间极短，可能会导致应力集中，裂纹扩展等现象，从而引起材料的破坏。因此，强度高的金属往往表现出较低的冲击值。35CrNi3WA钢KU5值不合格的原因是由于回火脆性造成的。含W和Mo元素的钢虽然能够降低钢的回火脆性，但不能彻底消除钢的回火脆性。因此，目前消除钢的回火脆性，提升船用柴油机重要螺栓用35CrNi3WA材料的综合力学性能尚有待于进一步深入研究与改善。 发明内容[0004] 针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种用于提升船用柴油机重要螺栓用35CrNi3WA材料的热处理工艺。本发明通过降低钢的淬火温度、延长钢的回火保温时间、增加回火次数以及采用回火后水冷的快冷方式，有效降低了钢的回火脆性，满足的船用柴油机重要螺栓机械性能应用的要求。 [0005] 为实现上述目的，本发明的技术方案如下： [0006] 本发明提供了一种螺栓用35CrNi3WA材料的热处理工艺，包括淬火和回火步骤，具体地，包括1次淬火和3次回火水冷共4个步骤，且各步骤的具体实验参数如下： [0007] 步骤S1，淬火：将35CrNi3WA材料随炉升温到840±10℃，保温180±30min，保温后出炉水冷；其中，随炉升温速率≤500℃/h； [0008] 步骤S2，第一次回火：将步骤S1获得的35CrNi3WA材料重新进炉随炉升温到540±10℃，保温180±30min，保温后出炉水冷；其中，随炉升温速率≤500℃/h； [0009] 步骤S3，第二次回火：将步骤S2获得的35CrNi3WA材料重新进炉随炉升温到540±10℃，保温180±30min，保温后出炉水冷；其中，随炉升温速率≤500℃/h； [0010] 步骤S4，第三次回火：将步骤S3获得的35CrNi3WA材料重新进炉随炉升温到540±10℃，保温180±30min，保温后出炉水冷后，获得产品；其中，随炉升温速率≤500℃/h。 [0011] 优选地，步骤S1中，将35CrNi3WA材料随炉升温到840℃，随炉升温速率为400℃/h，保温180min后出炉水冷；步骤S2中，将35CrNi3WA材料重新进炉随炉升温到540℃，随炉升温速率为400℃/h，保温180min后出炉水冷；步骤S3中，将35CrNi3WA材料重新进炉随炉升温到540℃，随炉升温速率为400℃/h，保温180min后出炉水冷；步骤S4中，将35CrNi3WA材料重新进炉随炉升温到540℃，随炉升温速率为400℃/h，保温180min后出炉水冷，获得产品。 [0012] 高强度与高冲击指标对35CrNi3WA材料来说是一对矛盾体，较难实现这两项性能指标的兼顾和共同提升。为提高其中一个指标，调整任何的一个实验参数，都会对另一个指标产生影响，且主要为负面影响。因此，本发明经过大量的试验验证表明，为同时获得高强度与高冲击指标的35CrNi3WA材料，需要在热处理中同时满足：(1)相对较低的淬火温度；(2)相对较长的回火时间；(3)需要至少回火三次；且(4)回火后出炉必须采用水冷。采用相对较低的淬火温度，可以减少回火脆性；采用相对较长的回火时间，可以更好的消除回火脆性；需要至少回火三次，可以基本消除掉回火脆性；且回火后出炉必须采用水冷，可以进一步消除回火脆性。进一步，在满足上述四个条件的同时，还需要对每个步骤的具体实验参数进行优化确认，相关具体参数如上所述，任何超过上述参数取值范围的实验参数，均会对材料的最终性能产生影响，导致不能达到该材料的应用指标要求。 [0013] 与现有技术相比，本发明的有益效果为： [0014] (1)本发明通过降低钢的淬火温度、延长钢的回火保温时间、增加回火次数以及采用回火后水冷的快冷方式，有效降低了钢的回火脆性，满足了船用柴油机重要螺栓机械性能应用的要求。 [0015] (2)本发明通过对材料的机械性能与热处理工艺的关系进行理论分析并通过实验验证，实现了保证船用柴油机重要螺栓35CrNi3WA材料既满足了高强度的要求，又达到了极高的冲击性能(KU5)的要求。 [0016] (3)本发明解决了本领域技术人员长期以来一直渴望解决但始终未能获得成功的35CrNi3WA材料既满足高强度的要求，又达到极高的冲击性能(KU5)的要求这一技术难题，同时，本发明还具有工艺先进，成本低，操作简便的优势。 具体实施方式[0017] 下面结合具体实施例对本发明作进一步的详述，以更好地理解本发明的内容，但本发明并不限于以下实施例。 [0018] 实施例1： [0020] 表1螺栓用35CrNi3WA的化学成分 [0021] 化学元素 C Mn Cr Ni W含量(％) 0.38 0.40 1.10 2.99 0.68 技术要求 0.34～0.42 0.25～0.50 0.8‑1.2 2.75‑3.25 0.5～0.8 [0022] 步骤S1，淬火：将35CrNi3WA材料升温到840℃，保温后出炉水冷，其中，升温速度为随炉升温，随炉升温速率为400℃/h，所述的保温时间为180min； [0023] 步骤S2：第一次回火；将步骤S1获得的35CrNi3WA材料重新进炉升温到540℃，随炉升温速率为400℃/h，所述的保温时间为180min，保温后出炉水冷； [0024] 步骤S3：第二次回火；将步骤S2获得的35CrNi3WA材料重新进炉升温到540℃，随炉升温速率为400℃/h，所述的保温时间为180min，保温后出炉水冷； [0025] 步骤S4：第三次回火；将步骤S3获得的35CrNi3WA材料重新进炉升温到540℃，随炉升温速率为400℃/h，所述的保温时间为180min，保温后出炉水冷后，获得产品。 [0026] 完成上述热处理工艺后，对该重要螺栓进行机械性能测试。 [0027] 实施例2～5： [0028] 实施例2～5的步骤同实施例1，但步骤中的相关参数不同，具体如表2所示。 [0029] 对比例1～7： [0030] 对比例1～7的步骤同实施例1，但对比例1仅采用一次回火，对比例2仅采用二次回火，对比例3的淬火温度为860℃，对比例4的三次回火时间均为120min，对比例5的三次回火温度均为560℃，对比例6的三次回火温度均为520℃，对比例7的三次回火后均采用空冷而非水冷，具体如表2所示(其中，对比例7中的“K”表示空冷，其它实施例和对比例均为水冷)。 [0031] 表2实施例与对比例各步骤实验参数 [0032] [0033] 表3为该螺栓用35CrNi3WA材料的力学性能设计要求，表4为经过本发明所述的热处理工艺后获得的材料的力学性能。 [0034] 表3螺栓用35CrNi3WA材料的力学性能设计要求 [0035] Rm(MPa) Re(MPa) A(％) KU5(J)1100～1350 ≥1050 ≥13 ≥40 [0036] 表4采用本发明热处理工艺后获得的材料力学性能 [0037]序号 Rm(MPa) Re(MPa) A(％) KU5(J) 实施例1 1190 1150 14 48.48.50 实施例2 1215 1165 13 45.46.46 实施例3 1183 1142 14 47.48.48 实施例4 1185 1140 15 46.48.49 实施例5 1180 1135 14 43.44.46 对比例1 1180 1140 15 35.38.38 对比例2 1177 1135 16 36.38.38 对比例3 1190 1155 15 37.38.38 对比例4 1170 1132 14 38.37.38 对比例5 1090 1030 16 40.40.41 对比例6 1190 1150 13 36.37.37 对比例7 1185 1145 14 37.38.38 [0038] 通过实施例和对比例的机械性能测试结果可见，高强度与高冲击指标对35CrNi3WA材料来说是一对矛盾体，较难实现这两项性能指标的兼顾和共同提升。为提高其中一个指标，调整任何的一个实验参数，都会对另一个指标产生影响，且主要为负面影响。 因此，如前所述，为同时获得高强度与高冲击指标的35CrNi3WA材料，需要在热处理中同时满足：(1)相对较低的淬火温度；(2)相对较长的回火时间；(3)需要至少回火三次；且(4)回火后出炉必须采用水冷。进一步，在满足上述四个条件的同时，还需要对每个步骤的具体实验参数进行优化确认，相关具体参数如上所述，任何超过上述参数取值范围的实验参数，均会对材料的最终性能产生影响，导致不能达到该材料的应用指标要求。采用本发明提供的热处理工艺，所得的螺栓用35CrNi3WA材料的力学性能满足了设计要求。进一步，本发明具有工艺先进，成本低，操作简便的优势，既满足了高强度的要求，又达到了极高的冲击性能(KU5)的要求。 [0039] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 |
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