一种钢球生产热处理工艺的制作方法

1.本发明涉及钢球生产技术领域，具体为一种钢球生产热处理工艺。


背景技术：

2.钢球热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其它加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能，其特点是改善工件的内在质量，为使钢球工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的，同一种钢球采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。
3.现有专利公开号cn85104240a公开了一种金属制品热轧成型后热处理工艺和设备，是在球磨钢球生产线上配置全套专用热处理设备，对轧制成型的热态钢球进行予冷-淬火-自回火热处理，可使φ80—125毫米球磨钢球硬度提高到45—62hrc，比普通热轧钢球的耐磨性能提高一倍。利用钢球轧后余热进行热处理可节省能源。
4.钢球材料工艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成型的适应能力，钢球材料使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命，现有钢球生产热处理工艺锻造加热时间或温度控制不当会造成钢球过热或过烧，故晶粒粗大，工件韧性下降，另一方面，钢球中心部位锻造变形小，冷却速度也较小，因而该部位再结晶晶粒粗大，造成钢球裂纹断裂最易先在中部发生，淬火时温度分布不均匀形成很高的组织应力，其表面呈压应力状态，内部为拉应力，此外，钢球水淬冷却能力强，且工件内层状组织粗大，接近心部处存在较硬的组织，使工件心部韧性差，存在裂纹开裂隐患，同时回火温度的不确定性影响钢球的硬度。


技术实现要素：

5.(一)解决的技术问题
6.针对现有技术的不足，本发明提供了一种钢球生产热处理工艺，本技术通过使用高频感应加热，使钢球表面迅速加热到淬火温度，而心部温度仍接近室温，然后立即喷水冷却，使钢球表面淬硬，提高钢球表面硬度、耐磨性和疲劳强度提高，从而提高了钢球的质量。
7.(二)技术方案
8.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种钢球生产热处理工艺，其特征在于：具体步骤如下：所述所述钢球生产热处理工艺，包括退火、正火、淬火和回火四种基本工艺，具体操作如下：
9.步骤一：将钢球加热到750℃并保温三小时，之后在退火炉内冷却至600℃时出炉，之后在自由流动的空气中均匀冷却至室温；
10.步骤二：将步骤一中冷却至室温的钢球淬入320℃的冷却剂中并保温三小时后取出，之后在自由流动的空气中均匀冷却；
11.步骤三：将步骤二中冷却后的钢球放入回火炉中加热到150℃～650℃进行回火并
保温三小时；
12.步骤四：将步骤三中保温后的钢球取出放入冷却剂中冷却至室温。
13.优选的，所述步骤二中的冷却剂为硝酸钾盐浴，所述步骤四中的冷却剂为油。
14.优选的，所述各步骤中加热、保温、冷却的过程互相衔接，不可间断。
15.优选的，所述钢球淬火前进一步检查淬火介质是否循环流动良好，淬火夹具齐全，钢球成批生产时，坚持首件淬火合格方可继续出炉的淬火原则，钢球工件不得带有水、油及其他污物。
16.优选的，所述钢球的加热温度与保温时间均根据钢球尺寸的大小进行相应的调整，所述钢球尺寸较与加热温度和保温时呈正比关系。
17.优选的，所述钢球加热时使用加热炉，所述加热炉内使用滴注式保护性气氛或将钢球涂料防护。
18.优选的，所述加热炉内的滴注剂成分为甲醇和丙酮。
19.优选的，所述涂料配方为：
20.(1)10％石墨+90％润滑脂；
21.(2)100gsio2+5gal2o3+25gnasio3+40gh2o，热涂层厚度为0.05～0.1mm；
22.(3)20gsio2+10gal2o3+10gcr2o3+10gsic+8gksio3+12～15gh2o，热涂层厚度为0.2～0.3mm。
23.(三)有益效果
24.本发明提供了一种钢球生产热处理工艺，具备以下有益效果：
25.1、本发明通过使用高频感应加热，钢球有电流通过时，在其周围同时产生磁场，高频电流流向被绕制成环状或其它形状的电感线圈，由此在线圈内产生极性瞬间变化的强磁束，将被加热的钢球放置在感应线圈内，磁束就会贯通整个钢球，在钢球内部与加热电流相反的方向产生很大的涡流，涡流在钢球截面上的分布是不均匀的，心部几乎等于零，而表面电流密度极大，称为“集肤效应”，频率愈高，电流密度极大的表面层愈薄，依靠这种电流和钢球本身的电阻，使钢球表面迅速加热到淬火温度，而心部温度仍接近室温，然后立即喷水冷却，使钢球表面淬硬，感应加热表面淬火加热速度快，生产效率高，加热温度和淬硬层深度容易控制，钢球表面氧化和脱碳少，钢球变形小，可使全部淬火过程实现机械化、自动化。
26.2、经过高频感应加热表面淬火的钢球，由于淬硬层马氏体晶粒细小，碳化物弥散度高，因此其表面硬度更高、耐磨性更好、疲劳强度提高，缺口敏感性下降，从而提高了钢球的质量。
27.3、本发明在钢球淬火完成后进行回火，减少或消除淬火应力，提高韧性和塑性，获得硬度、强度、塑性和韧性的适当配合，以满足钢球的性能要求。
具体实施方式
28.以下通过特定的具体实例说明本发明的技术方案。应理解，本发明提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤；还应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调
整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
29.为了更好的理解上述技术方案，下面更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
30.下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
31.实施例1
32.本发明提供一种技术方案：一种钢球生产热处理工艺，其特征在于：具体步骤如下：所述钢球生产热处理工艺，包括退火、正火、淬火和回火四种基本工艺，具体操作如下：
33.步骤一：将钢球加热到750℃并保温三小时，之后在退火炉内冷却至600℃时出炉，之后在自由流动的空气中均匀冷却至室温；
34.步骤二：将步骤一中冷却至室温的钢球淬入320℃的冷却剂中并保温三小时后取出，之后在自由流动的空气中均匀冷却；
35.步骤三：将步骤二中冷却后的钢球放入回火炉中加热到150℃～250℃进行回火并保温三小时；
36.步骤四：将步骤三中保温后的钢球取出放入冷却剂中冷却至室温。
37.进一步的，所述步骤二中的冷却剂为硝酸钾盐浴，所述步骤四中的冷却剂为油。
38.进一步的，所述各步骤中加热、保温、冷却的过程互相衔接，不可间断。
39.进一步的，所述钢球淬火前进一步检查淬火介质是否循环流动良好，淬火夹具齐全，钢球成批生产时，坚持首件淬火合格方可继续出炉的淬火原则，钢球工件不得带有水、油及其他污物。
40.进一步的，所述钢球的加热温度与保温时间均根据钢球尺寸的大小进行相应的调整，所述钢球尺寸较与加热温度和保温时呈正比关系。
41.进一步的，所述钢球加热时使用加热炉，所述加热炉内使用滴注式保护性气氛或将钢球涂料防护，防止钢球氧化和减少脱碳。
42.进一步的，所述加热炉内的滴注剂成分为甲醇和丙酮，使炉气呈还原性。
43.进一步的，所述涂料配方为：
44.(1)10％石墨+90％润滑脂；
45.(2)100gsio2+5gal2o3+25gnasio3+40gh2o，热涂层厚度为0.05～0.1mm；
46.(3)20gsio2+10gal2o3+10gcr2o3+10gsic+8gksio3+12～15gh2o，热涂层厚度为0.2～0.3mm。
47.实施例2
48.本发明提供一种技术方案：一种钢球生产热处理工艺，其特征在于：具体步骤如下：所述钢球生产热处理工艺，包括退火、正火、淬火和回火四种基本工艺，具体操作如下：
49.步骤一：将钢球加热到750℃并保温三小时，之后在退火炉内冷却至600℃时出炉，之后在自由流动的空气中均匀冷却至室温；
50.步骤二：将步骤一中冷却至室温的钢球淬入320℃的冷却剂中并保温三小时后取出，之后在自由流动的空气中均匀冷却；
51.步骤三：将步骤二中冷却后的钢球放入回火炉中加热到350℃～500℃进行回火并保温三小时；
52.步骤四：将步骤三中保温后的钢球取出放入冷却剂中冷却至室温。
53.进一步的，所述步骤二中的冷却剂为硝酸钾盐浴，所述步骤四中的冷却剂为油。
54.进一步的，所述各步骤中加热、保温、冷却的过程互相衔接，不可间断。
55.进一步的，所述钢球淬火前进一步检查淬火介质是否循环流动良好，淬火夹具齐全，钢球成批生产时，坚持首件淬火合格方可继续出炉的淬火原则，钢球工件不得带有水、油及其他污物。
56.进一步的，所述钢球的加热温度与保温时间均根据钢球尺寸的大小进行相应的调整，所述钢球尺寸较与加热温度和保温时呈正比关系。
57.进一步的，所述钢球加热时使用加热炉，所述加热炉内使用滴注式保护性气氛或将钢球涂料防护，防止钢球氧化和减少脱碳。
58.进一步的，所述加热炉内的滴注剂成分为甲醇和丙酮，使炉气呈还原性。
59.进一步的，所述涂料配方为：
60.(1)10％石墨+90％润滑脂；
61.(2)100gsio2+5gal2o3+25gnasio3+40gh2o，热涂层厚度为0.05～0.1mm；
62.(3)20gsio2+10gal2o3+10gcr2o3+10gsic+8gksio3+12～15gh2o，热涂层厚度为0.2～0.3mm。
63.实施例3
64.本发明提供一种技术方案：一种钢球生产热处理工艺，其特征在于：具体步骤如下：所述钢球生产热处理工艺，包括退火、正火、淬火和回火四种基本工艺，具体操作如下：
65.步骤一：将钢球加热到750℃并保温三小时，之后在退火炉内冷却至600℃时出炉，之后在自由流动的空气中均匀冷却至室温；
66.步骤二：将步骤一中冷却至室温的钢球淬入320℃的冷却剂中并保温三小时后取出，之后在自由流动的空气中均匀冷却；
67.步骤三：将步骤二中冷却后的钢球放入回火炉中加热到500℃～650℃进行回火并保温三小时；
68.步骤四：将步骤三中保温后的钢球取出放入冷却剂中冷却至室温。
69.进一步的，所述步骤二中的冷却剂为硝酸钾盐浴，所述步骤四中的冷却剂为油。
70.进一步的，所述各步骤中加热、保温、冷却的过程互相衔接，不可间断。
71.进一步的，所述钢球淬火前进一步检查淬火介质是否循环流动良好，淬火夹具齐全，钢球成批生产时，坚持首件淬火合格方可继续出炉的淬火原则，钢球工件不得带有水、油及其他污物。
72.进一步的，所述钢球的加热温度与保温时间均根据钢球尺寸的大小进行相应的调整，所述钢球尺寸较与加热温度和保温时呈正比关系。
73.进一步的，所述钢球加热时使用加热炉，所述加热炉内使用滴注式保护性气氛或将钢球涂料防护，防止钢球氧化和减少脱碳。
74.进一步的，所述加热炉内的滴注剂成分为甲醇和丙酮，使炉气呈还原性。
75.进一步的，所述涂料配方为：
76.(1)10％石墨+90％润滑脂；
77.(2)100gsio2+5gal2o3+25gnasio3+40gh2o，热涂层厚度为0.05～0.1mm；
78.(3)20gsio2+10gal2o3+10gcr2o3+10gsic+8gksio3+12～15gh2o，热涂层厚度为0.2～0.3mm。
79.实验例：
80.回火温度与钢球硬度试验：取实施例1、实施例2、实施例3进行回火温度与钢球硬度试验。
81.表1对比例与本技术的实施例的回火温度与钢球硬度试验表
82.ꢀꢀ
回火温度所得组织名称钢球硬度实施例1150℃～250℃回火马氏体hrc58-64实施例2350℃～500℃回火屈氏体hrc35-50实施例3500℃～650℃回火索氏体hb200-330
83.由表中可知，本技术的回火温度影响钢球的硬度，因此可根据所需钢球的硬度控制回火的温度。
84.工作原理：将钢球加热到750℃,保温三小时，然后缓慢冷却，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织，此时钢球经球化退火得到的是球状珠光体组织，其中的渗碳体呈球状颗粒，弥散分布在铁素体基体上，在淬火加热时，奥氏体晶粒不易长大，球化退火加热温度为600℃，保温后等温冷却或直接缓慢冷却，在球化退火时奥氏化是“不完全”的，只是片状珠光体转变成奥氏体，及少量过剩碳化物溶解，球化退火不仅可缩短周期，而且可使球化组织均匀，并能严格地控制退火后的硬度；
85.将奥氏体化钢球加热到320℃并在硝酸钾的盐浴中，等温保持三小时，使之转化为下贝氏体组织，然后取出在空气中冷却，下贝氏体组织的强度硬度较高而韧性良好，提高了钢球的综合力学性能，等温淬火减小了钢球与淬火介质的温差，从而减小了淬火应力，又由于贝氏体的体积比马氏体小，而且钢球内外温度一致，故淬火组织应力也小，等温淬火可以显著减小钢球变形和开裂倾向，当钢球全淬成马氏体再加热到150℃-170℃回火时，随着回火温度升高,按其内部组织结构变化，分四个阶段进行：1)马氏体的分解；2)残余奥氏体的转变；3)碳化物的转变；4)e相状态的变化及碳化物的聚集长大，回火减少或消除淬火应力，提高韧性和塑性，获得硬度、强度、塑性和韧性的适当配合，以满足钢球的性能要求，回火温度范围为150℃～250℃，回火后的组织为回火马氏体，钢具有高硬度和高耐磨性，但内应力和脆性降低，经渗碳和表面淬火的钢球，回火后的硬度一般为hrc58-64，回火后应进行油冷，以抑制回火脆性。
86.综上所述，本发明通过使用高频感应加热，使钢球表面迅速加热到淬火温度，而心部温度仍接近室温，然后立即喷水冷却，使钢球表面淬硬，提高钢球表面硬度、耐磨性和疲劳强度提高，从而提高了钢球的质量。
87.需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设
备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
88.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种钢球生产热处理工艺，其特征在于：具体步骤如下：所述钢球生产热处理工艺，包括退火、正火、淬火和回火四种基本工艺，具体操作如下：步骤一：将钢球加热到750℃并保温三小时，之后在退火炉内冷却至600℃时出炉，之后在自由流动的空气中均匀冷却至室温；步骤二：将步骤一中冷却至室温的钢球淬入320℃的冷却剂中并保温三小时后取出，之后在自由流动的空气中均匀冷却；步骤三：将步骤二中冷却后的钢球放入回火炉中加热到150℃～650℃进行回火并保温三小时；步骤四：将步骤三中保温后的钢球取出放入冷却剂中冷却至室温。2.根据权利要求1所述的一种钢球生产热处理工艺，其特征在于：所述步骤二中的冷却剂为硝酸钾盐浴，所述步骤四中的冷却剂为油。3.根据权利要求1所述的一种钢球生产热处理工艺，其特征在于：所述各步骤中加热、保温、冷却的过程互相衔接，不可间断。4.根据权利要求1所述的一种钢球生产热处理工艺，其特征在于：所述钢球淬火前进一步检查淬火介质是否循环流动良好，淬火夹具齐全，钢球成批生产时，坚持首件淬火合格方可继续出炉的淬火原则，钢球工件不得带有水、油及其他污物。5.根据权利要求1所述的一种钢球生产热处理工艺，其特征在于：所述钢球的加热温度与保温时间均根据钢球尺寸的大小进行相应的调整，所述钢球尺寸较与加热温度和保温时呈正比关系。6.根据权利要求1所述的一种钢球生产热处理工艺，其特征在于：所述钢球加热时使用加热炉，所述加热炉内使用滴注式保护性气氛或将钢球涂料防护。7.根据权利要求6所述的一种钢球生产热处理工艺，其特征在于：所述加热炉内的滴注剂成分为甲醇和丙酮。8.根据权利要求6所述的一种钢球生产热处理工艺，其特征在于：所述涂料配方为：(1)10％石墨+90％润滑脂；(2)100gsio2+5gal2o3+25gnasio3+40gh2o，热涂层厚度为0.05～0.1mm；(3)20gsio2+10gal2o3+10gcr2o3+10gsic+8gksio3+12～15gh2o，热涂层厚度为0.2～0.3mm。

技术总结
本发明公开了一种钢球生产热处理工艺，具体涉及钢球生产技术领域，所述钢球生产热处理工艺，包括退火、正火、淬火和回火四种基本工艺，具体操作如下：将钢球加热到750℃并保温三小时，之后在退火炉内冷却至600℃时出炉，在自由流动的空气中均匀冷却至室温，将冷却至室温的钢球淬入320℃的冷却剂中并保温三小时后取出，之后在自由流动的空气中均匀冷却，将冷却后的钢球放入回火炉中加热到150℃～650℃进行回火并保温三小时；本发明通过使用高频感应加热，使钢球表面迅速加热到淬火温度，而心部温度仍接近室温，然后立即喷水冷却，使钢球表面淬硬，提高钢球表面硬度、耐磨性和疲劳强度提高，从而提高了钢球的质量。从而提高了钢球的质量。


技术研发人员：王桢
受保护的技术使用者：洛阳嘉昌机械装备有限公司
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/8/13