一种合金钢法兰槽热处理工艺的制作方法

1.本发明属于机械制造技术领域，涉及一种合金钢法兰槽热处理工艺。


背景技术：

2.合金钢法兰是机械机构中常用的连接件，应用广泛。某些特殊用处的法兰会带有槽，为增加装配过程中的尺寸精度及实际使用过程中的耐磨性，需对槽的立面进行淬硬热处理。一般采用氧乙炔火焰加热或者高频感应淬火。氧乙炔火焰热输入量大且对操作者的熟练程度要求高，易造成局部微熔，畸变大且无规律。高频感应淬火加热速度快，畸变量较小，但需定制特殊形状的感应线圈，成本高，加工柔性差，非淬硬区因得不到保护而随之硬化，同时冷却时喷淋的淬火液会污染法兰表面，这些都对后续加工造成不良影响。


技术实现要素：

3.本发明的目的就是为了提供一种合金钢法兰槽热处理工艺，可提高法兰槽立面硬度和耐磨性能，同时保证热处理前后的尺寸精度及表面质量。
4.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
5.一种合金钢法兰槽热处理工艺，取合金钢法兰槽依次经调质、去应力退火、激光淬火，即完成。
6.进一步的，所述调质过程包括淬火和高温回火两个工序，其中，淬火工序为将合金钢法兰槽加热后保温，再油淬冷却；高温回火工序为对淬火后的合金钢法兰槽继续加热保温，并出炉空气冷却。
7.更进一步的，所述淬火工序中的具体工艺条件为：加热至860℃，再保温2h。油淬时的油温为20～50℃。
8.更进一步的，所述高温回火工序中的具体工艺条件为：加热至580～600℃，保温4h。
9.进一步的，所述去应力退火过程为：对工件加热保温，再出炉空冷。
10.更进一步的，去应力退火的具体工艺条件为：加热至560℃，保温2h。
11.进一步的，所述激光淬火过程为：在合金钢法兰槽的淬硬区(一般为其立面)喷涂激光涂料，其余非淬硬区覆盖铜箔，然后采用激光器进行激光扫描。
12.更进一步的，所述激光淬火过程中，所用激光涂料为市售的ct-150半导体激光专用淬火涂料，其涂覆厚度为0.03～0.06mm。
13.更进一步的，所述激光淬火过程中，铜箔的覆盖厚度为1～2mm。
14.更进一步的，所述激光器为半导体耦合光纤输出激光器系统(也可以为本领域其他常规符合对应使用要求的市售激光器)，其输出功率为2.7-3.3kw，扫描速度为3-5mm/s，采用矩形光斑，光斑尺寸为(3-5)
×
(3-10)mm。
15.本发明中，激光淬火利用聚焦后的高能量密度(10
4-105w/cm2)、高相干性、高方向性的激光束快速扫描工件表面，使其以较快速度(10
5-106℃/s)升温进行自冷淬火，形成淬
硬层。激光淬火可以显著改善工件表面性能，具有畸变小、加工柔性好、表面质量高、自动化程度高、适用面广等优良特点。激光淬火后，硬化区可获得极细的马氏体组织，晶粒细小、位错度高，硬度比常规淬火提高约15％-20％，且只要工艺得当，淬火后表面几乎无氧化脱碳现象，表面粗糙度也几乎不变，可以作为工件加工的最后工序。
16.与现有技术相比，本发明通过调质处理使得法兰具有良好的机械性能和金相组织，采用去应力退火消除了法兰槽的残余加工应力，最终采用激光淬火的方式使槽的立面得到硬化，ct-150涂料使工件表面的激光吸收效率增高，铜箔使非淬硬区得到保护。该工艺使法兰槽立面得到均匀稳定的硬化层，而非淬硬区的硬度几乎不变，同时整个法兰的畸变极小，尺寸稳定性极佳。此外，该工艺具有自动化程度高、加工效率高、加工柔性好、质量稳定性高、绿色环保等诸多优点。
具体实施方式
17.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
18.以下各实施例中，如无特别说明的原料、设备或处理技术，则表明其均为本领域的常规市售原料、或设备或常规处理技术。
19.实施例一
20.联轴器法兰，材料为35crmo，外径为φ350mm，调质后硬度为22-27hrc，盘面均匀环布16个槽，槽深5mm，槽立面硬度50-55hrc。
21.其热处理工艺包含以下步骤：
22.第一步：调质处理。加热淬火，将法兰加热860℃并保温处理2h，出炉后油淬，油温36℃。
23.高温回火，加热至580℃并保温4h，出炉空冷。调质后硬度24.5hrc。
24.第二步：去应力退火。将法兰加热至560℃并保温2h，出炉空冷。
25.第三步：激光淬火。在法兰槽立面均匀喷涂0.05mm厚度ct-150涂料，采用laserline原装ldf4000-400半导体耦合光纤输出激光器(最大功率4kw)，输出功率为2.7kw，扫描速度为4mm/s，矩形光斑尺寸为3
×
5mm。非淬硬区采用1mm厚度的铜箔覆盖保护。
26.工艺完成后，法兰槽立面硬度51-53hrc，非淬硬区硬度26.2hrc，盘面最大变形为0.05mm。
27.对比例一
28.采用与实施例一同批联轴器法兰，前两步也采用相同参数的调质处理和去应力退火，仅第三步采取高频感应淬火(电流频率：150khz，淬火温度900℃，使用淬火油进行冷却，加热至180℃低温回火2h)。工艺完成后法兰槽立面硬度48-51hrc，非淬硬区硬度45hrc，法兰盘面最大变形为0.65mm。畸变量过大以至无法进行后续的加工。
29.对比例二
30.采用与实施例一同批联轴器法兰，采用相同参数的调质处理和激光淬火，省略第二步的去应力退火工序。工艺完成后法兰槽立面硬度48-51hrc，非淬硬区硬度45hrc，法兰盘面最大变形为0.17mm。畸变量较大以至无法进行后续的加工。
31.实施例二
32.联轴器法兰，材料为42crmo，外径为φ310mm，调质后硬度为28-32hrc，盘面均匀环布16个槽，槽深7mm，槽立面硬度53-58hrc。
33.其热处理工艺包含以下步骤：
34.第一步：调质处理。加热淬火，将法兰加热至860℃并保温2h，出炉后油淬，油温28℃。
35.高温回火，加热至600℃并保温4h，出炉空冷。调质后硬度30hrc。
36.第二步：去应力退火。将法兰加热至560℃并保温2h，出炉空冷。
37.第三步：激光淬火。在法兰槽立面均匀喷涂0.05mm厚度ct-150涂料，采用laserline原装ldf4000-400半导体耦合光纤输出激光器(最大功率4kw)，输出功率为3.0kw，扫描速度为4mm/s，矩形光斑尺寸为3
×
7mm。非淬硬区采用1mm厚度的铜箔覆盖保护。
38.工艺完成后，法兰槽立面硬度56-57hrc，非淬硬区硬度31.8hrc，盘面最大变形为0.03mm。
39.对比例三
40.采用与实施例二同批联轴器法兰，前两步也采用相同参数的调质处理和去应力退火，仅第三步采取高频感应淬火(电流频率：200khz，淬火温度900℃，使用淬火油进行冷却，加热至180℃低温回火2h)。工艺完成后法兰槽立面硬度53-56hrc，非淬硬区硬度49hrc，法兰盘面最大变形为0.40mm。畸变量过大以至无法进行后续的加工。
41.对比例四
42.采用与实施例二同批联轴器法兰，采用相同参数的调质处理和激光淬火，省略第二步的去应力退火工序。工艺完成后法兰槽立面硬度55-57hrc，非淬硬区硬度45hrc，法兰盘面最大变形为0.16mm。畸变量较大以至无法进行后续的加工。
43.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。