一种低应力螺钉渗碳淬火工艺
阅读说明：本技术 一种低应力螺钉渗碳淬火工艺 (Low-stress screw carburizing and quenching process ) 是由 吴雅铃 刘孟斐 陈冠成 何梅琴 徐叶萍 蔡月丽 于 2021-01-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种低应力螺钉渗碳淬火工艺,包括以下步骤：S1：渗碳：S11一次渗碳；S12：风冷至室温；S13：二次渗碳；S14：水冷至室温；S2：淬火；S21：一次淬火,对工件进行淬火加热处理,淬火保温温度为820-850℃,并向加热炉中按照0.01ml/使得速度通入甲醇,保温时间为2.5～3.5h；工件淬火加热完成后浸入淬火油中,保持淬火油温度为70-85℃,时间0.5～1.5h；S22将经一次淬火后的工件冷却至室温后进行清洗；S3：回火；S31：高温回火,将加热炉预热至350-380℃,将工件一次性放入加热炉,将工件加热至650-700℃回火1～1.5h,后采用水冷将工件以13-15℃/s的冷却速率冷却至220-280℃后,保温1.5-2h；S32：低温回火,将工件加热至140-155℃回火2.5～3.5h,后空冷至室温。(The invention discloses a low-stress screw carburizing and quenching process, which comprises the following steps: s1: carburizing: s11, primary carburization; s12: air cooling to room temperature; s13: performing secondary carburization; s14: water cooling to room temperature; s2: quenching; s21: primary quenching, wherein the workpiece is subjected to quenching and heating treatment, the quenching heat preservation temperature is 820-; immersing the workpiece into quenching oil after quenching and heating, and keeping the temperature of the quenching oil at 70-85 ℃ for 0.5-1.5 h; s22, cooling the workpiece subjected to primary quenching to room temperature and then cleaning; s3: tempering; s31: high-temperature tempering, namely preheating the heating furnace to the temperature of 350-; s32: low temperature tempering, heating the workpiece to 140-.)
技术领域
本发明属于螺钉生产工艺技术领域，具体地说是涉及一种低应力螺钉渗碳淬火工艺。
背景技术
渗碳淬火是金属材料常见的一种热处理工艺，它可以使渗过碳的工件表面获得很高的硬度，提高其耐磨程度。传统工艺主要有：低温回火、预冷直接淬火、一次加热淬火、渗碳高温回火、二次淬火冷处理、渗碳后感应加热等工序。淬火工艺在现代机械制造工业得到广泛的应用。对于螺钉而言，其应用领域广泛，几乎生活中的各个角落都能看到螺钉的身影，对于一些要求高，振动大或者交变载荷大的应用场景下，对螺钉的要求大幅提高，要求其强度、硬度以及脆断性都要更优，传统的螺钉将无法满足其使用要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种低应力螺钉渗碳淬火工艺，其意在解决背景技术中存在的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明的目的是这样实现的：
一种低应力螺钉渗碳淬火工艺，包括以下步骤：
S1：渗碳：S11一次渗碳，将加热炉预热至550℃，将工件置于加热炉内，升温至825℃，保温0.5h，加热炉从室温升到900-950℃渗碳，渗碳时间1～2.5h；S12：风冷，将一次渗碳后的工件采用风冷以10-12℃/s的冷却速率将工件加速冷却至室温；S13：二次渗碳，将加热炉预热至550℃，将工件置于加热炉内，加热炉从室温升到600-650℃保温0.5h，然后以15-20℃/s的速度升温至830-860℃，继续保温0.5-1h，继续讲炉温升至900-950℃以渗碳，渗碳时间2～3h，且渗碳中的强渗阶段的碳势CP为1.12-1.15C％，扩散阶段的碳势CP为0.75-0.85C％；S14：水冷，采用水冷将二次渗碳后的工件以13-15℃/s的冷却速率冷却至室温；
S2：淬火；S21：一次淬火，将经二次渗碳处理后的工件放入井式天然气加热炉内，对工件进行淬火加热处理，淬火保温温度为820-850℃，并向加热炉中按照0.01ml/使得速度通入甲醇，保温时间为2.5～3.5h；工件淬火加热完成后浸入淬火油中，保持淬火油温度为70-85℃，时间0.5～1.5h；S22将经一次淬火后的工件冷却至室温后进行清洗；
S3：回火；S31：高温回火，将加热炉预热至350-380℃，将工件一次性放入加热炉，将工件加热至650-700℃回火1～1.5h，后采用水冷将工件以13-15℃/s的冷却速率冷却至220-280℃后，保温1.5-2h；S32：低温回火，将工件加热至140-155℃回火2.5～3.5h，后空冷至室温。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述步骤S2还包括S23：二次淬火，将清洗后的工件放入井式天然气加热炉内，对工件进行二次淬火加热处理，淬火保温温度为650℃±10℃，保温时间为1～1.5h；工件淬火加热完成后浸入淬火油中，保持淬火油温度为90-105℃，时间0.5～1.5h；S24：将经二次淬火后的工件冷却至室温后进行清洗。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述步骤S23中的淬火油中各成分的质量百分比成分为：失水山梨醇单油酸酯：1.89-2.16％，甘油单脂肪酸酯：1.12-1.26％，十二烷基苯磺酸钙：0.19-0.31％，辛基酚聚氧乙烯醚：0.29-0.34％，萜烯树脂：0.45-0.66％，氯化石蜡：1.52-1.78％，双环戊二烯：0.43-0.56％，三油酸甘油酯：0.45-0.75％，二烷基二苯胺：0.29-0.53％，油性酚醛树脂：1.32-1.56％，三乙醇胺：0.11-0.23％，松香酸聚氧乙烯酯：0.46-0.61％，聚-α-烯烃：0.89-0.99％，苯胺甲基三乙氧基硅烷：0.23-0.37％，苯甲酸钠：0.09-0.16％，钼酸钾：0.21-0.36％，复合助剂：1.55-1.66％，改性稳定剂：0.82-1.23％，余量为60SN基础油。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述淬火油中所述的改性稳定剂由下列重量份的原料制成：蓖麻油酸钙7-12份、二硬脂酰氧异丙氧基铝酸酯6-8份、磺酸胺6-9份、甲基托布津2-3份、苯基-N-叔丁基硝酮6-7份。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述淬火油中所述的复合助剂由下列重量份的原料制成：丙烯酸缩水甘油酯3-4份，丙烯酸异冰片酯1-2份，二甲基硅油3-5份，硼化双烯基丁二酰亚胺0.5-1份，油酸酰胺0.3-0.5份。
本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：本发明的渗碳淬火工艺由于渗碳操作时采用了两次渗碳并且缩短了每次渗碳的时间，并且采用阶梯式的升温过程，能够有效防止长时间加热导致的金属硬度偏低，降低抗疲劳性能和耐磨性能，等缺陷，大大延长了工件使用寿命，能够很好的使工件释放其中的残余应力，延长使用寿命。此外，通过先将加热炉预热然后再结合阶梯式的升温加热方式进一步降低了螺钉芯部的应力，提高表面硬度和强度的同时，保证了芯部具有良好的韧性和塑性，从而提高了螺钉的抗疲劳性能。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例,对技术方案进行清楚、完整地描述，
实施例一
一种低应力螺钉渗碳淬火工艺，包括以下步骤：
S1：渗碳：S11一次渗碳，将加热炉预热至550℃，将工件置于加热炉内，升温至825℃，保温0.5h，加热炉从室温升到900℃渗碳，渗碳时间1h；S12：风冷，将一次渗碳后的工件采用风冷以10℃/s的冷却速率将工件加速冷却至室温；S13：二次渗碳，将加热炉预热至550℃，将工件置于加热炉内，加热炉从室温升到600℃保温0.5h，然后以15℃/s的速度升温至830℃，继续保温0.5h，继续讲炉温升至900℃以渗碳，渗碳时间2h，且渗碳中的强渗阶段的碳势CP为1.12C％，扩散阶段的碳势CP为0.75C％；S14：水冷，采用水冷将二次渗碳后的工件以13℃/s的冷却速率冷却至室温；
S2：淬火；S21：一次淬火，将经二次渗碳处理后的工件放入井式天然气加热炉内，对工件进行淬火加热处理，淬火保温温度为820℃，并向加热炉中按照0.01ml/使得速度通入甲醇，保温时间为2.5h；工件淬火加热完成后浸入淬火油中，保持淬火油温度为70℃，时间0.5h；S22将经一次淬火后的工件冷却至室温后进行清洗；本实施方式进一步优选所述步骤S2还包括S23：二次淬火，将清洗后的工件放入井式天然气加热炉内，对工件进行二次淬火加热处理，淬火保温温度为640℃℃，保温时间为1h；工件淬火加热完成后浸入淬火油中，保持淬火油温度为90-105℃，时间0.5h；S24：将经二次淬火后的工件冷却至室温后进行清洗。所述步骤S23中的淬火油中各成分的质量百分比成分为：失水山梨醇单油酸酯：1.89％，甘油单脂肪酸酯：1.12％，十二烷基苯磺酸钙：0.19％，辛基酚聚氧乙烯醚：0.29％，萜烯树脂：0.45％，氯化石蜡：1.52％，双环戊二烯：0.43％，三油酸甘油酯：0.45％，二烷基二苯胺：0.29％，油性酚醛树脂：1.32％，三乙醇胺：0.11％，松香酸聚氧乙烯酯：0.46％，聚-α-烯烃：0.89％，苯胺甲基三乙氧基硅烷：0.23％，苯甲酸钠：0.09％，钼酸钾：0.21％，复合助剂：1.55％，改性稳定剂：0.82％，余量为60SN基础油。优选所述淬火油中所述的改性稳定剂由下列重量份的原料制成：蓖麻油酸钙7份、二硬脂酰氧异丙氧基铝酸酯6份、磺酸胺6份、甲基托布津2份、苯基-N-叔丁基硝酮6份。优选所述淬火油中所述的复合助剂由下列重量份的原料制成：丙烯酸缩水甘油酯3份，丙烯酸异冰片酯1份，二甲基硅油3份，硼化双烯基丁二酰亚胺0.5份，油酸酰胺0.3份。
S3：回火；S31：高温回火，将加热炉预热至350℃，将工件一次性放入加热炉，将工件加热至650℃回火1h，后采用水冷将工件以13℃/s的冷却速率冷却至220℃后，保温1.5h；S32：低温回火，将工件加热至140℃回火2.5h，后空冷至室温。
本发明的渗碳淬火工艺由于渗碳操作时采用了两次渗碳并且缩短了每次渗碳的时间，并且采用阶梯式的升温过程，能够有效防止长时间加热导致的金属硬度偏低，降低抗疲劳性能和耐磨性能，等缺陷，大大延长了工件使用寿命，能够很好的使工件释放其中的残余应力，延长使用寿命。此外，通过先将加热炉预热然后再结合阶梯式的升温加热方式进一步降低了螺钉芯部的应力，提高表面硬度和强度的同时，保证了芯部具有良好的韧性和塑性，从而提高了螺钉的抗疲劳性能。
实施例二
一种低应力螺钉渗碳淬火工艺，包括以下步骤：
S1：渗碳：S11一次渗碳，将加热炉预热至550℃，将工件置于加热炉内，升温至825℃，保温0.5h，加热炉从室温升到925℃渗碳，渗碳时间1.75h；S12：风冷，将一次渗碳后的工件采用风冷以11℃/s的冷却速率将工件加速冷却至室温；S13：二次渗碳，将加热炉预热至550℃，将工件置于加热炉内，加热炉从室温升到625℃保温0.5h，然后以17.5℃/s的速度升温至845℃，继续保温0.5-1h，继续讲炉温升至925℃以渗碳，渗碳时间2.5h，且渗碳中的强渗阶段的碳势CP为1.13C％，扩散阶段的碳势CP为0.8C％；S14：水冷，采用水冷将二次渗碳后的工件以14℃/s的冷却速率冷却至室温；
S2：淬火；S21：一次淬火，将经二次渗碳处理后的工件放入井式天然气加热炉内，对工件进行淬火加热处理，淬火保温温度为835℃，并向加热炉中按照0.01ml/使得速度通入甲醇，保温时间为3h；工件淬火加热完成后浸入淬火油中，保持淬火油温度为80℃，时间1h；S22将经一次淬火后的工件冷却至室温后进行清洗；本实施方式进一步优选所述步骤S2还包括S23：二次淬火，将清洗后的工件放入井式天然气加热炉内，对工件进行二次淬火加热处理，淬火保温温度为650℃，保温时间为1.2h；工件淬火加热完成后浸入淬火油中，保持淬火油温度为108℃，时间1h；S24：将经二次淬火后的工件冷却至室温后进行清洗。所述步骤S23中的淬火油中各成分的质量百分比成分为：失水山梨醇单油酸酯：2％，甘油单脂肪酸酯：1.2％，十二烷基苯磺酸钙：0.23％，辛基酚聚氧乙烯醚：0.32％，萜烯树脂：0.55％，氯化石蜡：1.62％，双环戊二烯：0.5％，三油酸甘油酯：0.55％，二烷基二苯胺：0.41％，油性酚醛树脂：1.44％，三乙醇胺：0.17％，松香酸聚氧乙烯酯：0.51％，聚-α-烯烃：0.93％，苯胺甲基三乙氧基硅烷：0.3％，苯甲酸钠：0.125％，钼酸钾：0.28％，复合助剂：1.6％，改性稳定剂：1.6％，余量为60SN基础油。优选所述淬火油中所述的改性稳定剂由下列重量份的原料制成：蓖麻油酸钙9.5份、二硬脂酰氧异丙氧基铝酸酯7份、磺酸胺7.5份、甲基托布津2.5份、苯基-N-叔丁基硝酮6.5份。优选所述淬火油中所述的复合助剂由下列重量份的原料制成：丙烯酸缩水甘油酯3.5份，丙烯酸异冰片酯1.5份，二甲基硅油4份，硼化双烯基丁二酰亚胺0.75份，油酸酰胺0.4份。
S3：回火；S31：高温回火，将加热炉预热至365℃，将工件一次性放入加热炉，将工件加热至675℃回火1.25h，后采用水冷将工件以14℃/s的冷却速率冷却至250℃后，保温1.75h；S32：低温回火，将工件加热至148℃回火3h，后空冷至室温。
本发明的渗碳淬火工艺由于渗碳操作时采用了两次渗碳并且缩短了每次渗碳的时间，并且采用阶梯式的升温过程，能够有效防止长时间加热导致的金属硬度偏低，降低抗疲劳性能和耐磨性能，等缺陷，大大延长了工件使用寿命，能够很好的使工件释放其中的残余应力，延长使用寿命。此外，通过先将加热炉预热然后再结合阶梯式的升温加热方式进一步降低了螺钉芯部的应力，提高表面硬度和强度的同时，保证了芯部具有良好的韧性和塑性，从而提高了螺钉的抗疲劳性能。
实施例三
一种低应力螺钉渗碳淬火工艺，包括以下步骤：
S1：渗碳：S11一次渗碳，将加热炉预热至550℃，将工件置于加热炉内，升温至825℃，保温0.5h，加热炉从室温升到950℃渗碳，渗碳时间2.5h；S12：风冷，将一次渗碳后的工件采用风冷以12℃/s的冷却速率将工件加速冷却至室温；S13：二次渗碳，将加热炉预热至550℃，将工件置于加热炉内，加热炉从室温升到650℃保温0.5h，然后以20℃/s的速度升温至860℃，继续保温1h，继续讲炉温升至950℃以渗碳，渗碳时间3h，且渗碳中的强渗阶段的碳势CP为1.15C％，扩散阶段的碳势CP为0.85C％；S14：水冷，采用水冷将二次渗碳后的工件以15℃/s的冷却速率冷却至室温；
S2：淬火；S21：一次淬火，将经二次渗碳处理后的工件放入井式天然气加热炉内，对工件进行淬火加热处理，淬火保温温度为850℃，并向加热炉中按照0.01ml/使得速度通入甲醇，保温时间为3.5h；工件淬火加热完成后浸入淬火油中，保持淬火油温度为85℃，时间1.5h；S22将经一次淬火后的工件冷却至室温后进行清洗；本实施方式进一步优选所述步骤S2还包括S23：二次淬火，将清洗后的工件放入井式天然气加热炉内，对工件进行二次淬火加热处理，淬火保温温度为650℃±10℃，保温时间为1.5h；工件淬火加热完成后浸入淬火油中，保持淬火油温度为90-105℃，时间1.5h；S24：将经二次淬火后的工件冷却至室温后进行清洗。所述步骤S23中的淬火油中各成分的质量百分比成分为：失水山梨醇单油酸酯：2.16％，甘油单脂肪酸酯：1.26％，十二烷基苯磺酸钙：0.31％，辛基酚聚氧乙烯醚：0.34％，萜烯树脂：0.66％，氯化石蜡：1.78％，双环戊二烯：0.56％，三油酸甘油酯：0.75％，二烷基二苯胺：0.53％，油性酚醛树脂：1.56％，三乙醇胺：0.23％，松香酸聚氧乙烯酯：0.61％，聚-α-烯烃：0.99％，苯胺甲基三乙氧基硅烷：0.37％，苯甲酸钠：0.16％，钼酸钾：0.36％，复合助剂：1.66％，改性稳定剂：1.23％，余量为60SN基础油。优选所述淬火油中所述的改性稳定剂由下列重量份的原料制成：蓖麻油酸钙12份、二硬脂酰氧异丙氧基铝酸酯8份、磺酸胺9份、甲基托布津3份、苯基-N-叔丁基硝酮7份。优选所述淬火油中所述的复合助剂由下列重量份的原料制成：丙烯酸缩水甘油酯4份，丙烯酸异冰片酯2份，二甲基硅油5份，硼化双烯基丁二酰亚胺1份，油酸酰胺0.5份。
S3：回火；S31：高温回火，将加热炉预热至380℃，将工件一次性放入加热炉，将工件加热至700℃回火1.5h，后采用水冷将工件以15℃/s的冷却速率冷却至280℃后，保温2h；S32：低温回火，将工件加热至155℃回火3.5h，后空冷至室温。
本发明的渗碳淬火工艺由于渗碳操作时采用了两次渗碳并且缩短了每次渗碳的时间，并且采用阶梯式的升温过程，能够有效防止长时间加热导致的金属硬度偏低，降低抗疲劳性能和耐磨性能，等缺陷，大大延长了工件使用寿命，能够很好的使工件释放其中的残余应力，延长使用寿命。此外，通过先将加热炉预热然后再结合阶梯式的升温加热方式进一步降低了螺钉芯部的应力，提高表面硬度和强度的同时，保证了芯部具有良好的韧性和塑性，从而提高了螺钉的抗疲劳性能。
上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
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