一种碳钢线材空淬方法及装置
阅读说明：本技术 一种碳钢线材空淬方法及装置 (Carbon steel wire air quenching method and device ) 是由 白新歌 迟旭 刘勇 于 2021-08-31 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种碳钢线材空淬方法,包括以下步骤：S1：线材通过炉管输送至淬火炉内,经淬火炉加热至Ac3转变点以上20-30℃,保温0.26-3.0min；S2：上述步骤S1得到的线材经炉管输送至水冷槽一内冷却,水冷槽一的长度为3-5m,其内部冷却水温度为7-14℃；S3：上述步骤S2得到的线材经炉管输送至水冷槽二内冷却,水冷槽二的长度为4-8m,其内部冷却水温度为20-30℃；一种碳钢线材空淬装置,包括淬火炉,还包括水冷槽一,水冷槽一设置在淬火炉输出端。本发明将原先的油淬改为气淬,线材沿炉管输送,不与淬火介质接触,使线材表面不被氧化；由于淬火时没有油类淬火介质,不仅可以保持炉管内的清洁度,且能保证在回火后线材表面也是均匀光亮的,可满足对线材表面质量的要求。(The invention provides a carbon steel wire air quenching method, which comprises the following steps: s1: conveying the wire rod into a quenching furnace through a furnace tube, heating the wire rod to be 20-30 ℃ above the Ac3 transformation point through the quenching furnace, and preserving heat for 0.26-3.0 min; s2: conveying the wire obtained in the step S1 to a first water cooling tank through a furnace tube for internal cooling, wherein the length of the first water cooling tank is 3-5m, and the temperature of internal cooling water is 7-14 ℃; s3: the wire obtained in the step S2 is conveyed to a second water cooling tank through a furnace tube to be cooled, the length of the second water cooling tank is 4-8m, and the temperature of the cooling water in the second water cooling tank is 20-30 ℃; the air quenching device for the carbon steel wire comprises a quenching furnace and a first water cooling tank, wherein the first water cooling tank is arranged at the output end of the quenching furnace. The original oil quenching is changed into gas quenching, and the wire rod is conveyed along the furnace tube and is not contacted with a quenching medium, so that the surface of the wire rod is not oxidized; because no oil quenching medium is used during quenching, the cleanliness of the furnace tube can be maintained, the surface of the wire rod after tempering is ensured to be even and bright, and the requirement on the surface quality of the wire rod can be met.)
技术领域
本发明涉及线材生产技术领域，具体涉及一种用于精密碳钢线材空淬方法及装置。
背景技术
线材一般用碳素钢制成，在精密线材生产行业中，尤其是厚度小于4.0mm的小规格线材中，碳钢类线材往往需要经过淬火和回火后，才能达到所需要的抗拉强度或硬度，此外线材表面的颜色光亮均一，是行业内要求保证线材外观质量的基本条件之一，这是由于线材在后续的绕环或绕簧之后，需要进行后续的热处理或是表面处理，而颜色光亮均一，才能保证线材在后续处理后的表观一致及表面的反应层和涂层均一，达到良好的外观效果。
现有技术在对碳钢线材进行淬火时，工件在加热至临界温度以上保温一段时间以后，一般采用油作为淬火介质使工件冷却，这是因为油作为淬火介质，可以提高线材的冷却速度，然而油淬火时存在以下缺陷：(1)会产生油烟，虽有排烟设备，也很难将油烟排出干净，污染车间，危害员工的身体健康；(2)油淬时线材表面会覆盖一层油，不论清洗或者气吹，都不能完全去除，残留的油带到回火炉中，会烧结在线材的表面，造成线材表面颜色不均；(3)每次油淬后线材会带走一些油，时间久了，会造成资源的浪费；(4)高温线材与淬火油接触，会有着火的危险。
发明内容
本发明提供一种不含油类淬火介质，线材表面光亮均一，满足对线材表面质量要求的碳钢线材空淬方法及装置。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种碳钢线材空淬方法，包括以下步骤：
S1：线材通过炉管输送至淬火炉内，经淬火炉加热至Ac3转变点以上20-30℃，保温0.26-3.0min；
S2：上述步骤S1得到的线材经炉管输送至水冷槽一内冷却，且水冷槽一的长度为3-5m，其内部冷却水温度为7-14℃；
S3：上述步骤S2得到的线材经炉管输送至水冷槽二内冷却，且水冷槽二的长度为4-8m，其内部冷却水温度为20-30℃；
S4：上述步骤S3得到的线材经炉管输送至回火炉内，经回火炉升温至回火屈氏体转变温度，该温度为380-500℃，保温1.25-25.5min,而后冷却至室温；
其中，在上述步骤S2和步骤S3中，还包括向炉管内通入保护气用于对管内线材进行保护的步骤。
优选的，所述水冷槽一和水冷槽二均外接有用于控制冷却水温度的制冷机。
优选的，所述保护气为氨分解后的混合气体，该混合气体中N2：H2的体积比为1:3。
一种碳钢线材空淬装置，包括淬火炉，还包括：
水冷槽一，所述水冷槽一设置在淬火炉输出端；
水冷槽二，所述水冷槽二设置在水冷槽一输出端；以及
回火炉，所述回火炉设置在水冷槽二输出端；
其中，还包括依次贯穿淬火炉、水冷槽一、水冷槽二以及回火炉分布用于线材输送的炉管。
由以上技术方案可知，本发明具有如下有益效果：将原先的油淬改为气淬(氨分解保护气)，线材在炉管中通过，不与淬火介质接触，并且氨分解气中含有氢气，具有还原作用，使线材表面不被氧化，达到光亮淬火的要求；由于淬火时线材表面没有油类淬火介质，线材在后续进入回火炉后，不仅可以保持炉管内的清洁度，而且能保证在回火后线材表面也是均匀光亮的，可满足对线材表面质量的要求。
附图说明
图1为本发明碳钢线材空淬流程图；
图2为本发明碳钢线材空淬装置的结构示意图；
图3为厚度小于4.0mm各尺寸碳钢线材油淬与气淬硬度对比图；
图4为厚度小于4.0mm各尺寸碳钢线材油淬与气淬抗拉强度对比图；
图5为厚度小于4.0mm各尺寸碳钢线材油淬与气淬屈强比对比图；
图6为厚度小于4.0mm各尺寸碳钢线材油淬与气淬延伸率对比图；
图7为厚度小于4.0mm各尺寸碳钢线材油淬与气淬韧性对比图。
图中：10、淬火炉；20、水冷槽一；30、水冷槽二；40、回火炉；50、炉管；60、制冷机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种优选实施方式作详细的说明。
参照图1，一种碳钢线材空淬方法，包括以下步骤：
S1：线材通过炉管输送至淬火炉内，经淬火炉加热至Ac3转变点以上20-30℃，保温0.26-3.0min；
S2：上述步骤S1得到的线材经炉管输送至水冷槽一内冷却，且水冷槽一的长度为3-5m，其内部冷却水温度为7-14℃；
S3：上述步骤S2得到的线材经炉管输送至水冷槽二内冷却，且水冷槽二的长度为4-8m，其内部冷却水温度为20-30℃；
S4：上述步骤S3得到的线材经炉管输送至回火炉内，经回火炉升温至回火屈氏体转变温度，该温度为380-500℃，保温1.25-25.5min,而后冷却至室温；
其中，Ac3为平衡状态下亚共析钢奥氏体化温度线，在上述步骤S2和步骤S3中，还包括向炉管内通入保护气用于对管内线材进行保护的步骤。
作为本发明优选的技术方案，为了实现对水冷槽一和水冷槽二内的冷却水温度进行控制，水冷槽一和水冷槽二均外接有制冷机。
作为本发明优选的技术方案，保护气体为氨分解后的混合气体，该混合气体为体积比为1:3的N2和H2。
进一步的，上述的混合气体以0.10-0.20m3/h的流量沿与线材输送相反方向通入炉管内，用于对炉管内的线材进行保护，此外，为了防止可燃性气体造成危害，还在淬火炉进入端的炉管侧壁设置点火管，以将可燃性气体燃烧掉。
参照图2，本发明还提供了一种碳钢线材空淬装置，包括淬火炉10，还包括水冷槽一20、水冷槽二30、回火炉40，水冷槽一设置在淬火炉输出端，水冷槽二设置在水冷槽一输出端，回火炉设置在水冷槽二输出端，其中，该空淬装置还包括依次贯穿淬火炉、水冷槽一、水冷槽二以及回火炉侧壁并向外延伸的炉管50，该炉管用于对线材进行输送。
进一步的，水冷槽一20和水冷槽二30均外接有制冷机60.
进一步的，淬火炉10进入端的炉管外壁还设有用于可燃性气体燃烧的点火管。
实验例：采用型号为55CrSi的低合金中碳钢线材进行试验，其厚度*宽度为3.19*3.88mm，空淬步骤如下：
S1：线材通过炉管输送至淬火炉内，经淬火炉加热至Ac3转变点以上25℃，保温1.6min；
S2：上述步骤S1得到的线材经炉管输送至水冷槽一内冷却，且水冷槽一的长度为4m，其内冷却水温度为10℃；
S3：随后上述步骤S2得到的线材经炉管输送至水冷槽二内冷却，且水冷槽二的长度为6m，其内冷却水温度为25℃；
S4：而后上述步骤S3得到的线材经炉管输送至回火炉内，经回火炉升温至回火屈氏体转变温度，该温度具体为440℃，保温7.08min,而后冷却至室温；
其中，在上述步骤S2和步骤S3中，还包括沿线材输送相反方向向炉管内通入保护气，用于对管内线材进行保护，该保护气为氨分解后的混合气体，且该混合气体由体积比为1:3的N2和H2组成，且其通入炉管中的速度为0.1m3/h。
经上述空淬方法和装置得到的线材对其力学性能进行测量，其中包括硬度(HV0.5)、抗拉强度(MPa)、屈强比(％)、延伸率(％)以及韧性(折弯次数)，具体参数见表1。
对比例：
作为对比例，采用与上述实施例1中实验例相同种类、规格的材料进行油淬实验，油淬步骤包括以下步骤：
S1：线材输送至淬火炉内，经淬火炉加热至Ac3转变点以上25℃，保温1.6min；
S2：上述步骤S1得到的线材输送至油槽内冷却，且该油槽的温度为80℃；
S3：随后上述步骤S2得到的线材输送至回火炉内，经回火炉升温至回火屈氏体转变温度，该温度具体为440℃，保温7.08min,而后冷却至室温。
对经上述油淬方法得到的线材同样进行力学性能的测量，其中包括硬度(HV0.5)、抗拉强度(MPa)、屈强比(％)、延伸率(％)以及韧性(折弯次数)，具体参数汇总如表1。
注：硬度采用维氏硬度计测量；抗拉强度、屈强比、延伸率、韧性通过电子式万能试验机测量得到，该试验机适应于各种金属材料及非金属材料的各项力学性能测试试验。
表1 3.19*3.88mm碳钢线材油淬、气淬力学性能对比表
为了验证本发明的气淬方案适用于厚度小于4.0mm规格的线材，现选取厚度*宽度为0.40*1.76mm、1.04*2.60mm、1.24*2.70mm、2.63*3.42mm规格的线材依次重复上述气淬和油淬实验得到如表2-表5所示的表格，为了直观表示上述规格的碳钢线材经油淬与气淬后，在硬度、抗拉强度、屈强比、延伸率以及韧性方面的对比，现制作图3、图4、图5、图6、图7，其中，图中的UCL为各参数需满足的上限值，LCL为各参数需满足的下限值。
表2 0.40*1.76mm碳钢线材油淬、气淬力学性能对比表
表3 1.04*2.60mm碳钢线材油淬、气淬力学性能对比表
表4 1.24*2.70mm碳钢线材油淬、气淬力学性能对比表
表5 2.63*3.42mm碳钢线材油淬、气淬力学性能对比表
由上述表格可知，实施例1中气淬与传统的油淬相比，从硬度、抗拉强度、屈强比、延伸率、韧性各方面比较而言，气淬可以完全替代油淬，经气淬后的线材，硬度、抗拉强度、屈强比、延伸率以及韧性均满足相关要求。其原因在于：碳钢类线材在淬火炉中进行奥氏体化转变，然后进入低温水冷槽一中快速冷却，以使过冷奥氏体迅速冷却至马氏体转变点附近，避免先共析铁素体析出；随后线材进入水冷槽二中进行淬火，以获得马氏体组织，最后进入回火炉内进行回火处理，使得线材硬度和力学性能达到一定要求。
本发明将原先的油淬改为气淬(氨分解保护气)，线材在炉管中通过，不与淬火介质接触，并且氨分解气中含有氢气，具有还原作用，使线材表面不被氧化，达到光亮淬火的要求；由于淬火时线材表面没有油类淬火介质，线材在后续进入回火炉后，不仅可以保持炉管内的清洁度，而且能保证在回火后线材表面也是均匀光亮的，可满足对线材表面质量的要求。
因此经本发明气淬后的线材可避免在其表面粘附介质油，可保证线材表面颜色均一，不会造成淬火油浪费、污染环境的问题，还可进一步降低淬火油着火的风险。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种螺伞齿轮细晶化控制方法