一种用于磨球生产的淬火热处理工艺的制作方法

1.本发明涉及热处理技术领域，尤其涉及一种用于磨球生产的淬火热处理工艺。


背景技术：

2.目前国内需要淬火的铸造磨球主要分为两类，一类是高铬白口铸铁磨球，一类是含碳化物等温淬火球墨铸铁(cadi)磨球。高铬铸铁磨球为脆性材料，合金含量高，淬透性好，要求在淬火时冷却曲线过渡平缓，冷却速度适中，冷却速度过快会出现开裂、残奥过多等现象。现阶段主要采用淬火油淬火。cadi磨球为球墨铸铁材料，韧性较好，合金含量较低，淬透性较差，要求在高温时冷却要快，否则会出现珠光体转变，导致“淬不透”，低温时冷却要慢，否则磨球表面和心部硬度差较大，所以一般采用盐浴淬火。若一个单位同时生产这两种材质的磨球，就会出现淬火介质不统一，淬火设备不能共用，造成成本及资源浪费；同时，现在全社会对环保、安全及职业卫生健康的要求越来越高，高污染、高风险的淬火油及淬火盐也逐渐在淘汰，那么采用何种淬火介质和工艺才能同时满足上述需求是目前亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

3.基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种用于磨球生产的淬火热处理工艺，其安全、环保，能使高铬铸铁、奥铁体球铁等不同材质、不同规格磨球获得理想的冷却曲线，从而使得到的磨球性能好。
4.本发明提出的一种用于磨球生产的淬火热处理工艺，包括以下步骤：将待处理件置于淬火液中淬火，然后置于空气中冷却；循环进行上述步骤；
5.其中，所述淬火液的原料包括聚四亚甲基醚二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮组成的高分子组合物；所述聚四亚甲基醚二醇为分子量为5000
‑
15000的聚四亚甲基醚二醇、分子量为3000
‑
4500的聚四亚甲基醚二醇、分子量为1000
‑
2000的聚四亚甲基醚二醇的混合物；所述聚乙烯吡咯烷酮为k值为65
‑
90的聚乙烯吡咯烷酮、k值为45
‑
60的聚乙烯吡咯烷酮、k值为15
‑
30的聚乙烯吡咯烷酮的混合物。
6.优选地，所述待处理件与淬火液的重量比为1：4
‑
7；所述淬火液的温度为20
‑
45℃。
7.优选地，循环进行上述步骤n次，其中，n≥2。
8.优选地，2≤n≤6。
9.优选地，n＝3。
10.优选地，每次置于空气中冷却的时间为60
‑
120s。
11.优选地，待处理件进入淬火液的表面温度为850
‑
920℃。
12.优选地，在淬火液中第一次淬火的终止温度t1为350
‑
500℃，第n次淬火的终止温度t
n
为100
‑
250℃，且t1＞t2＞
…
＞t
n
‑1＞t
n
。
13.优选地，第一次淬火的终止温度t1为350
‑
500℃，第2次淬火的终止温度t2为250
‑
350℃；第3次淬火的终止温度t3为100
‑
250℃。
14.优选地，第一次淬火的终止温度t1为450℃，第2次淬火的终止温度t2为280℃；第3次淬火的终止温度t3为130℃。
15.优选地，所述淬火液的原料中，聚四亚甲基醚二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮的重量比为8
‑
17：7
‑
10：2
‑
5。
16.优选地，所述分子量为5000
‑
15000的聚四亚甲基醚二醇、分子量为3000
‑
4500的聚四亚甲基醚二醇、分子量为1000
‑
2000的聚四亚甲基醚二醇的重量比为2
‑
7：11
‑
17：1.5
‑
4；所述k值为65
‑
90的聚乙烯吡咯烷酮、k值为45
‑
60的聚乙烯吡咯烷酮、k值为15
‑
30的聚乙烯吡咯烷酮的重量比为1
‑
4：5
‑
11：13
‑
20。
17.优选地，所述聚乙烯醇为分子量为12000
‑
16000的聚乙烯醇。
18.优选地，所述淬火液的原料按重量份包括：高分子组合物62
‑
75份、乙二醇2
‑
15份、杀菌剂1.8
‑
2.9份、防锈剂2.5
‑
3.2份、水15
‑
35份。
19.优选地，所述杀菌剂为羟乙基六氢均三嗪、二癸基二甲基氯化铵按重量比为3
‑
12：1
‑
5的混合物；所述防锈剂为十二烯基丁二酸、苯并三氮唑按重量比为2
‑
6：7
‑
15的混合物。
20.本发明中分子量为数均分子量。
21.淬火是把铸件以适当速度加热到临界温度以上，保温一段时间进行完全奥氏体化，然后以大于临界冷却速度进行冷却，避开珠光体转变区域，从而获得马氏体或贝氏体为主的非平衡组织的一种热处理工艺方法。其在冷却过程中主要分为两个时间段，一是高温区，冷速要尽量快，保证完全避开珠光体转变区域；二是低温区，冷区速度要适当，既要获得晶粒细小的非平衡组织又不能因冷速过大而使铸件开裂。本发明所述用于磨球生产的淬火热处理工艺，所采用的淬火冷却介质为特定的淬火液和空气，先根据要求将淬火液调配至一定浓度，再控制磨球在淬火液中的淬火温度，在一定温度条件下将磨球置于空气中冷却，利用淬火液
‑
空气交替淬火冷却的方式，使不同材质、规格磨球获得理想的冷却曲线，从而获得理想的产品性能；同时该工艺安全、环保，可以兼顾高铬铸铁磨球和cadi磨球的热处理，能取代现有的淬火冷却方法；热处理后得到的磨球硬度高且均匀，淬透性好，极少出现变形和开裂；所用淬火液的原料中，具体选择了特定分子量的聚四亚甲基醚二醇和聚乙烯醇以及特定k值的聚乙烯吡咯烷酮为主料，调整了体系的粘度，使所得淬火液冷却参数和冷却速率优异，能满足不同磨球热处理的要求，得到的磨球质量好。
具体实施方式
22.下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
23.实施例1
24.本发明提出的一种用于磨球生产的淬火热处理工艺，包括以下步骤：将表面温度为920℃的待处理件置于温度为45℃的淬火液中进行一次淬火，一次淬火的终止温度为350℃，然后置于空气中冷却70s，再置于温度为45℃的淬火液中进行二次淬火，二次淬火的终止温度为250℃，然后置于空气中冷却70s；其中，在淬火过程中，所述待处理件与淬火液的重量比为1：6；
25.其中，所述淬火液的原料按重量份包括：聚四亚甲基醚二醇24.8份、聚乙烯醇27.9份、聚乙烯吡咯烷酮9.3份、乙二醇15份、羟乙基六氢均三嗪0.8份、二癸基二甲基氯化铵1份、十二烯基丁二酸0.4份、苯并三氮唑2.8份、水15份；
26.所述聚四亚甲基醚二醇为分子量为12000的聚四亚甲基醚二醇、分子量为4500的聚四亚甲基醚二醇、分子量为1000的聚四亚甲基醚二醇按重量比为2：17：1.5的混合物；所述聚乙烯醇为分子量为16000的聚乙烯醇；所述聚乙烯吡咯烷酮为k值为65的聚乙烯吡咯烷酮、k值为45的聚乙烯吡咯烷酮、k值为15的聚乙烯吡咯烷酮按重量比为4：5：17的混合物。
27.实施例2
28.本发明提出的一种用于磨球生产的淬火热处理工艺，包括以下步骤：将表面温度为890℃的待处理件置于温度为20℃的淬火液中进行一次淬火至温度为500℃，然后置于空气中冷却60s；再置于温度为20℃的淬火液中进行二次淬火至温度为420℃，然后置于空气中冷却60s；再置于温度为20℃的淬火液中进行三次淬火至温度为380℃，然后置于空气中冷却60s；再置于温度为20℃的淬火液中进行四次淬火至温度为300℃，然后置于空气中冷却60s；再置于温度为20℃的淬火液中进行五次淬火至温度为200℃，然后置于空气中冷却60s；再置于温度为20℃的淬火液中进行六次淬火至温度为100℃，然后置于空气中冷却60s；其中，在淬火过程中，所述待处理件与淬火液的重量比为1：4；
29.所述淬火液的原料按重量份包括：聚四亚甲基醚二醇42份、聚乙烯醇21份、聚乙烯吡咯烷酮12份、乙二醇2份、羟乙基六氢均三嗪2.4份、二癸基二甲基氯化铵0.2份、十二烯基丁二酸1.2份、苯并三氮唑1.4份、水35份；
30.所述聚四亚甲基醚二醇为分子量为15000的聚四亚甲基醚二醇、分子量为3000的聚四亚甲基醚二醇、分子量为2000的聚四亚甲基醚二醇按重量比为7：11：2的混合物；所述聚乙烯醇为分子量为12000的聚乙烯醇；所述聚乙烯吡咯烷酮为k值为90的聚乙烯吡咯烷酮、k值为60的聚乙烯吡咯烷酮、k值为30的聚乙烯吡咯烷酮按重量比为3：7：20的混合物。
31.实施例3
32.本发明提出的一种用于磨球生产的淬火热处理工艺，包括以下步骤：将表面温度为850℃的待处理件置于温度为25℃的淬火液中淬火，然后置于空气中冷却；循环进行上述淬火
‑
空冷步骤3次；其中，在淬火过程中，所述待处理件与淬火液的重量比为1：7；每次置于空气中冷却的时间为120s；第一次淬火的终止温度为350℃，第2次淬火的终止温度为250℃；第3次淬火的终止温度为100℃；
33.其中，所述淬火液的原料按重量份包括：聚四亚甲基醚二醇33.8份、聚乙烯醇26份、聚乙烯吡咯烷酮5.2份、乙二醇8份、羟乙基六氢均三嗪0.75份、二癸基二甲基氯化铵1.25份、十二烯基丁二酸0.625份、苯并三氮唑1.875份、水22份；
34.所述聚四亚甲基醚二醇为分子量为5000的聚四亚甲基醚二醇、分子量为4000的聚四亚甲基醚二醇、分子量为1500的聚四亚甲基醚二醇按重量比为6：13：4的混合物；所述聚乙烯醇为分子量为14000的聚乙烯醇；所述聚乙烯吡咯烷酮为k值为70的聚乙烯吡咯烷酮、k值为50的聚乙烯吡咯烷酮、k值为22的聚乙烯吡咯烷酮按重量比为1：11：13的混合物。
35.实施例4
36.本发明提出的一种用于磨球生产的淬火热处理工艺，包括以下步骤：将表面温度为850℃的待处理件置于温度为40℃的淬火液中进行第一次淬火，然后置于空气中冷却60s；再置于温度为40℃的淬火液中进行第二次淬火，然后置于空气中冷却120s；再置于温度为40℃的淬火液中进行第三次淬火，然后置于空气中冷却80s；
37.其中，在淬火过程中，所述待处理件与淬火液的重量比为1：5；第一次淬火的终止
温度为500℃，第2次淬火的终止温度为350℃；第3次淬火的终止温度为250℃；
38.所述淬火液的原料按重量份包括：聚四亚甲基醚二醇40.8份、聚乙烯醇19.2份、聚乙烯吡咯烷酮12份、乙二醇11份、羟乙基六氢均三嗪2份、二癸基二甲基氯化铵0.9份、十二烯基丁二酸1份、苯并三氮唑2份、水30份；
39.所述聚四亚甲基醚二醇为分子量为6000的聚四亚甲基醚二醇、分子量为3000的聚四亚甲基醚二醇、分子量为1000的聚四亚甲基醚二醇按重量比为4：15：2的混合物；所述聚乙烯醇为分子量为12000的聚乙烯醇；所述聚乙烯吡咯烷酮为k值为80的聚乙烯吡咯烷酮、k值为55的聚乙烯吡咯烷酮、k值为15的聚乙烯吡咯烷酮按重量比为3：7：18的混合物。
40.实施例5
41.本发明提出的一种用于磨球生产的淬火热处理工艺，包括以下步骤：将待处理件置于淬火液中淬火，然后置于空气中冷却；循环进行上述淬火
‑
空冷步骤3次；
42.其中，所述待处理件进入淬火液的表面温度为900℃；所述待处理件与淬火液的重量比为1：5；所述淬火液的温度为35℃；在淬火液中第一次淬火的终止温度为430℃，第2次淬火的终止温度为290℃；第3次淬火的终止温度为130℃；第一次淬火后置于空气中冷却的时间为60s；第二次淬火后置于空气中冷却的时间为90s；第三次淬火后置于空气中冷却的时间为110s；
43.其中，所述淬火液的原料按重量份包括：聚四亚甲基醚二醇29.7份、聚乙烯醇23.1份、聚乙烯吡咯烷酮13.2份、乙二醇13份、羟乙基六氢均三嗪1.2份、二癸基二甲基氯化铵0.8份、十二烯基丁二酸1份、苯并三氮唑1.8份、水32份；
44.所述聚四亚甲基醚二醇为分子量为5000的聚四亚甲基醚二醇、分子量为4500的聚四亚甲基醚二醇、分子量为2000的聚四亚甲基醚二醇按重量比为6：13：3的混合物；所述聚乙烯醇为分子量为13000的聚乙烯醇；所述聚乙烯吡咯烷酮为k值为70的聚乙烯吡咯烷酮、k值为43的聚乙烯吡咯烷酮、k值为30的聚乙烯吡咯烷酮按重量比为1：10：15的混合物。
45.实施例6
46.本发明提出的一种用于磨球生产的淬火热处理工艺，包括以下步骤：将表面温度为860℃的待处理件置于温度为28℃的淬火液中进行第一次淬火，然后置于空气中冷却60s；再置于温度为28℃的淬火液中进行第二次淬火，然后置于空气中冷却60s；再置于温度为28℃的淬火液中进行第三次淬火，然后置于空气中冷却60s；
47.其中，在淬火液中淬火过程中，所述待处理件与淬火液的重量比为1：4；第一次淬火的终止温度为450℃，第2次淬火的终止温度为280℃；第3次淬火的终止温度为100℃；
48.所述淬火液的原料按重量份包括：聚四亚甲基醚二醇36份、分子量为15000的聚乙烯醇24份、聚乙烯吡咯烷酮15份、乙二醇5份、羟乙基六氢均三嗪1.8份、二癸基二甲基氯化铵0.8份、十二烯基丁二酸1.2份、苯并三氮唑1.8份、水35份；
49.所述聚四亚甲基醚二醇为分子量为5000的聚四亚甲基醚二醇、分子量为3000的聚四亚甲基醚二醇、分子量为1000的聚四亚甲基醚二醇按重量比为3：15：2的混合物；所述聚乙烯吡咯烷酮为k值为67的聚乙烯吡咯烷酮、k值为52的聚乙烯吡咯烷酮、k值为15的聚乙烯吡咯烷酮按重量比为3：7：19的混合物。
50.对比例1
51.与实施例6的不同仅在于：其未进行三次淬火，而是在淬火液中进行一次淬火，直
至温度为100℃后置于空气中冷却60s。
52.对比例2
53.与实施例6的不同仅在于：其淬火液的原料中不含有聚四亚甲基醚二醇。
54.对比例3
55.与实施例6的不同仅在于：其淬火液的原料中不含有分子量为15000的聚乙烯醇。
56.对比例4
57.与实施例6的不同仅在于：其淬火液的原料中不含有聚乙烯吡咯烷酮。
58.对比例5
59.与实施例6的不同仅在于：所述聚四亚甲基醚二醇为分子量为5000的聚四亚甲基醚二醇、分子量为1000的聚四亚甲基醚二醇按重量比为3：2的混合物。
60.对比例6
61.与实施例6的不同仅在于：所述聚四亚甲基醚二醇为分子量为5000的聚四亚甲基醚二醇。
62.对比例7
63.与实施例6的不同仅在于：所述聚乙烯吡咯烷酮为k值为67的聚乙烯吡咯烷酮、k值为15的聚乙烯吡咯烷酮按重量比为3：19的混合物。
64.对比例8
65.与实施例6的不同仅在于：所述聚乙烯吡咯烷酮为k值为67的聚乙烯吡咯烷酮。
66.实施例1
‑
6以及对比例1
‑
8中的淬火液为所述淬火液加水后的稀释液，稀释液中淬火液的浓度为15wt％。
67.实施例5中待处理件的组成成分按重量百分比包括：c：2％、si：0.6％、mn：1％、cr：16％、p：0.02％、s：0.01％、余量为fe；对处理后的磨球的性能进行检测可知，其表面硬度为62hrc，心部硬度为59hrc；采用mld
‑
10磨损试验机进行磨损，第一个30min磨损量为41mg，第二个30min磨损量为43g，第三个30min磨损量为37mg，90min总磨损量为121mg。
68.实施例6以及对比例1
‑
8中所述待处理件的组成成分按重量百分比包括：c：3.54％、si：2.52％、mn：2.23％、cr：0.38％、p：0.025％、s：0.018％、余量为fe。
69.对实施例6以及对比例1
‑
8处理后的磨球的性能进行检测，其中，实施例6磨球表面硬度为60hrc，心部硬度为58.7hrc；而对比例1
‑
8磨球的表面硬度为53
‑
56hrc，心部硬度为51.3
‑
54hrc；将实施例6以及对比例1
‑
8磨球采用mld
‑
10磨损试验机进行磨损，其中实施例6磨球第一个30min磨损量为40mg，第二个30min磨损量为41mg，第三个30min磨损量为38g，90min总磨损量为119mg；而对比例1
‑
8磨球90min的总磨损量为155
‑
162mg。
70.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。