一种减小GCr15薄壁锥环变形的热处理工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种减小GCr15薄壁锥环变形的热处理工艺，属于热处理工艺领域。本发明包括以下步骤：1)将经球化退火后的坯料机加工为薄壁锥环零件；2)装筐；3)前清洗；4)淬火：720±10℃保温20±1min，碳势为0.5±0.025％；780±10℃保温20±1min，碳势为0.5±0.025％；820±10℃保温45～90min，碳势为0.9±0.025％；随后在130±10℃淬火油中进行冷却；5)后清洗；6)回火：回火温度为185±5℃，时间为150±10min。本发明减小了薄壁锥环零件热处理后的变形量，减小了热处理后磨削加工余量，降低了热处理后磨削加工成本，热处理一次合格率达100％。
【专利说明】
-种减小GCr15薄壁锥环变形的热处理工艺
技术领域
[0001 ] 本发明设及一种热处理工艺，更具体地说，设及一种GCrl5薄壁锥环的热处理工 艺，用于减小G化15薄壁锥环的热处理变形。
【背景技术】
[0002] 图1为一种GCrl5薄壁锥环的结构示意图，该薄壁锥环零件应用于微型汽车变速箱 轴承，要求具有耐磨和高初性。目前，对于运种GCrl5薄壁锥环的热处理，常规工艺是采用网 带炉生产线加热泽火回火，采用此方法处理的G化15薄壁锥环零件变形大，只能采取预留大 量的磨削余量或手工校正，热处理后续加工余量大，机加工成本较高，成品率仅65%左右， 部分零件采用手工校正会在应力集中处产生裂纹，给后续生产带来质量隐患。
[0003] 经检索，针对高碳铭(GCrl5)零件的热处理，已有相关技术方案公开。如中国专利 号化200510062121.X，授权公告日为2007年10月31日，发明创造名称为:高碳铭轴承套圈长 寿命热处理工艺，该申请案设及一种高碳铭轴承套圈表面碳氮共渗处理工艺，将高碳铭轴 承套圈在碳势1.0~1.5,氮势2~6%，溫度810~830°C的热处理炉中保溫1.5~3小时，随后 泽火，在150~180°C下回火1.5~4小时。该申请案的热处理工艺可W提高轴承套圈残余奥 氏体含量，表面呈残余压应力状态，从而能够延长轴承的使用寿命。
[0004] 又如中国专利申请号201010255753.9,申请公布日为2011年1月12日，发明创造名 称为:GCrl5钢制轴承套圈的热处理工艺，该申请案设及一种GCrl5钢制轴承套圈的热处理 工艺，包括^下步骤：（1)、对轴承加热至830°(：~860°(：，保溫，控制碳势为0.62~0.71;(2)、 在油中进行泽火；（3)、回火，保溫，回火溫度为205°C±5°C，回火保溫时间为180min± lOmin。该申请案通过回火溫度和保溫时间的选择W及碳势的控制，在准高溫回火的条件 下，使经热处理后GCrl5钢制轴承套圈在160°C的工作溫度下，内外圈滚道尺寸变化量《 0.008mm，硬度> 57HRC，硬度大于高溫回火处理的G化15钢制轴承套圈。
[0005] 再如中国专利申请号201110356108.0，申请公布日为2012年4月4日，发明创造名 称为:高碳铭轴承钢轴承零件的热处理工艺，该申请案设及一种高碳铭轴承钢轴承零件的 热处理工艺，该方法是将GCrl5轴承钢零件根据有效厚度加热至805~835°C，每毫米有效厚 度保溫0.5~1.2分钟后，采用水基泽火介质进行冷却至室溫，水基泽火介质冷却后的零件 进行180~250°C的回火。该申请案可显著提高特大型套圈的硬度和硬度均匀性。
[0006] 不难发现，在上述已经公开的技术方案中，其出发点均在于如何提高GCrl5轴承套 圈的硬度，W延长轴承的使用寿命，却忽视了G化15薄壁零件在热处理过程中出现的变形问 题。由于热处理工艺的不同，GCrl5薄壁锥环零件在热处理过程中也会出现不同程度的崎 变，而热处理的变形导致薄壁锥环需要预留较大的磨削余量，从而增加了后续机加工的成 本，采用手工校正容易在应力集中处产生裂纹，运也是薄壁锥环零件热处理工艺存在的主 要缺陷。
【发明内容】
[0007] 1.发明要解决的技术问题
[000引本发明的目的在于克服现有GCrl5薄壁锥环热处理存在的上述不足，提供一种减 小GCrl5薄壁锥环变形的热处理工艺，采用本发明的技术方案，减小了薄壁锥环零件热处理 后的变形量，减小了热处理后磨削加工余量，降低了热处理后磨削加工成本，热处理一次合 格率达100 %。
[0009] 2.技术方案
[0010] 为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
[0011] 本发明的一种减小G化15薄壁锥环变形的热处理工艺，包括W下步骤：
[001。（ 1)零件准备:将经球化退火后的GCrl 5昆料机加为薄壁锥环零件；
[0013] (2)装料售:将薄壁锥环零件装入料售中；
[0014] (3)前清洗:对装入料售内的薄壁锥环进行清洗，清除薄壁锥环表面残留污物；
[0015] (4)泽火:对前清洗后的薄壁锥环进行泽火处理，具体包括W下步骤：
[0016] (4-1)泽火加热:采用阶梯式升溫保溫加热方式，720±10°C保溫20±lmin，碳势控 制为0.5 ± 0.025 % ; 780 ± 10°C保溫20 ± Imin，碳势控制为0.5 ± 0.025 % ; 820 ± 10°C保溫45 ~9〇111111，碳势控制为0.9±0.025%;
[0017] (4-2)泽火冷却:在130±10°C泽火油中进行冷却；
[0018] (5)后清洗:对泽火后的薄壁锥环进行清洗，清除薄壁锥环表面残留的油迹；
[0019] (6)回火:对后清洗后的薄壁锥环进行回火处理，回火溫度为185±5°C，时间为150 ±10min，回火出炉后在空气中冷却。
[0020] 优选地，步骤（1)中的GCr 15;fc丕料的化学成分为：C: 0.95~1.05 ;Mn: 0.20~0.40 ; Si :0.15~0.35 ;S:《0.020 ;P:《0.027 ;灯：1.30 ~1.65 ;Mo:《0.10;Ni:《0.30 ;Cu:《 0.25;Ni+Cu:《0.50。
[0021 ]优选地，步骤(2)中的料售采用网格状料售，薄壁锥环零件平整放置于料售内，且 零件与零件之间的间隙为3~5mm;多组料售层叠在一起，且上层料售与下层料售之间的层 距为20~30mm。
[0022] 优选地，步骤(3)和步骤(5)中采用真空碳氨溶剂对薄壁锥环进行清洗。
[0023] 优选地，步骤(4-1)中采用箱式可控气氛炉对薄壁锥环进行泽火加热；步骤(6)中 采用箱式保护气氛回火炉对薄壁锥环进行回火。
[0024] 优选地，步骤(4-2)中采用闭式冷却塔循环进行泽火冷却，将热泽火油从泽火油槽 底部抽出经过闭式冷却塔冷却后从泽火油槽上部返回，保证油槽溫度在设定范围内。
[0025] 进一步优选地，步骤(4-2)中采用等溫泽火油，泽火油Wl80±20转/分钟低速揽 拌。
[0026] 优选地，步骤(5)后清洗结束到步骤(6)回火开始的等待时间小于化。
[0027] 优选地，在步骤(6)回火结束后，还包括依次对薄壁锥环进行检验、抛丸、装箱的步 骤。
[0028] 进一步优选地，在抛丸步骤中，采用立式吊挂抛丸机，将薄壁锥环零件逐一挂在抛 丸机的挂钩上，使用QP-4钢砂强力抛丸，时间为正向2分钟，反向2分钟
[0029] 3.有益效果
[0030] 采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
[0031] (1)本发明的一种减小GCrl5薄壁锥环变形的热处理工艺，其减小了薄壁锥环零件 热处理后的变形量，减小了热处理后磨削加工余量，磨削加工余量由0.6 5mm降低到0.25mm， 降低了热处理后磨削加工成本，同时工效比原来提高了近2.5倍，热处理一次合格率达 100%，无需手工校正；
[0032] (2)本发明的一种减小GCrl5薄壁锥环变形的热处理工艺，采用网格状专用料售， 薄壁锥环零件加热和冷却均匀，并且不受外力挤压，减小了薄壁锥环的变形；
[0033] (3)本发明的一种减小GCrl5薄壁锥环变形的热处理工艺，在泽火前对薄壁锥环进 行前清洗，清除薄壁锥环表面残留的切削油和铁屑等污物，使薄壁锥环表面达到一定的洁 净度，达到泽火后零件表面硬度无软点、外观无杂色的作用;在泽火后对薄壁锥环进行后清 洗，将零件泽火后带出的油完全清洗干净，使回火时无烟雾飘散，防止污染大气，并为后续 抛丸等工序做准备，防止零件表面的油迹影响后续加工；
[0034] (4)本发明的一种减小GCrl5薄壁锥环变形的热处理工艺，采用阶梯式升溫保溫加 热方式对薄壁锥环泽火加热，有利于消除加工应力的产生，减小因加热过快而导致的锥环 变形;同时在泽火加热过程中增加了定量碳势，确保薄壁锥环在加热时不脱碳不增碳；
[0(X3日](5)本发明的一种减小G化15薄壁锥环变形的热处理工艺，其在130±10°C泽火油 中进行冷却，并采用闭式冷却塔循环进行泽火冷却，将热泽火油从泽火油槽底部抽出经过 闭式冷却塔冷却后从泽火油槽上部返回，保证油槽溫度在设定范围内，确保薄壁锥环零件 均匀冷却，减小零件变形；
[0036] (6)本发明的一种减小GCrl5薄壁锥环变形的热处理工艺，其后清洗结束到回火开 始的等待时间小于化，及时回火有利于减小锥环变形。
【附图说明】
[0037] 图1为本发明中的一种G化15薄壁锥环的结构示意图；
[0038] 图2为本发明中的G化15薄壁锥环的装售示意图；
[0039] 图3为本发明中的泽火工艺曲线图（图中碳势范围上下浮动±0.025%);
[0040] 图4为本发明中的回火工艺曲线图。
【具体实施方式】
[0041] 为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
[0042] 实施例
[0043] W某型号〇 136mm X 19.5mm薄壁锥环的热处理工艺过程为例，热处理技术要求为： 表面硬度为58~62皿C，楠圆度变形《0.20mm(热处理前的楠圆度变形《0.10mm)。本实施例 的一种减小G化15薄壁锥环变形的热处理工艺，具体包括W下步骤：
[0044] (1)零件准备：将经球化退火后的GCrl5巧料机加工为薄壁锥环零件，其中，G化15 巧料的化学成分(GB/T18254-2002)为：C:0.95 ~1.05;Mn:0.20 ~0.40;Si:0.15~0.35;S: 《0.020;P:《0.027;Cr:1.30~1.65;Mo:《0.10;Ni:《0.30;Cu:《0.25;Ni+Cu:《0.50; GCrl5巧料必须进行球化退火，通过球化退火后，可使后续的泽火效果均一，减少泽火变形， 提高泽火硬度，改善零件切削性能，提高产品耐磨性。
[0045] (2)装料售:将机加工成型的薄壁锥环零件装入料售中；如图2所示，料售采用网格 状料售，薄壁锥环零件平整、无堆叠地放置于料售内，且零件与零件之间的间隙为3~5mm最 佳，薄壁锥环零件的加热和冷却更加均匀；多组料售层叠在一起，且上层料售与下层料售之 间的层距为20~30mm最佳，使上下层内的薄壁锥环零件具有20~30mm的间隔，薄壁锥环零 件不受外力挤压，减小了薄壁锥环的变形;具体地，每层料售内可W放置11件薄壁锥环，将 11组料售一层一层地叠放在一起形成一个单元，左右两个单元构成一个热处理批次。
[0046] (3)前清洗:对装入料售内的薄壁锥环进行清洗，清除薄壁锥环表面残留污物;在 该步骤中，采用真空碳氨溶剂对薄壁锥环进行清洗，具体可使用中日合资生产的真空碳氨 溶剂清洗机，清除薄壁锥环表面残留的机加工切削油和细微铁屑等污物，使薄壁锥环表面 达到一定的洁净度，使泽火后零件表面硬度无软点、外观无杂色。
[0047] (4)泽火:对前清洗后的薄壁锥环进行泽火处理，泽火工艺曲线图如图3所示，具体 包括W下步骤：
[0048] (4-1)泽火加热：由于零件在加热过程中，不仅热应力会产生崎变，同时释放内应 力也会产生崎变，而加热速度是影响薄壁锥环应力产生的一个重要因素，薄壁锥环各部位 的溫差越大则应力也就越大，因此在本实施例中采用阶梯式升溫保溫加热方式，有利于消 除加工应力的产生，减小因加热过快而导致的锥环变形，具体地，使用UBE-600箱式可控气 氛炉，加热过程采用甲醇气体保护零件，流量控制在2000~2400ml/min，加热到720±10°C 保溫20 ± Imin，碳势控制为0.5±0.025% ;加热到780± 10°C保溫20± Imin，碳势控制为0.5 ±0.025%;加热到820±10°(：保溫45~9〇111111，碳势控制为0.9±0.025%;因0化15含碳量为 0.95~1.05%，在加热过程中为防止脱碳，故在此步骤中增加了定量碳势，可向炉内通入3 ~5升/小时丙烷气体，均溫时碳势控制在0.5 ± 0.025 % Cp，泽火加热保溫时碳势控制在0.9 ± 0.025 % Cp，确保了锥环零件在加热时不脱碳不增碳。
[0049] (4-2)泽火冷却:在130 ± 10°C泽火油中进行冷却;该步骤中采用BTF-600箱式保护 气氛回火炉，泽火油采用等溫泽火油，具体采用进口日本出光X型等溫泽火油，泽火油W180 ±20转/分钟低速揽拌，并采用闭式冷却塔循环进行泽火冷却，将热泽火油从泽火油槽底部 抽出经过闭式冷却塔冷却后从泽火油槽上部返回，保证油槽溫度在设定范围内，确保薄壁 锥环零件均匀冷却，减小零件变形;该泽火冷却工艺也是减小薄壁锥环热处理变形的重要 环节。
[0050] (5)后清洗:对泽火后的薄壁锥环进行清洗，清除薄壁锥环表面残留的油迹;在该 步骤中，也采用真空碳氨溶剂对薄壁锥环进行清洗，同样可使用中日合资生产的真空碳氨 溶剂清洗机，将零件泽火后带出的油完全清洗干净，使回火时无烟雾飘散，防止污染大气， 使得回火后的零件表面无杂色和油斑出现，清洗后的零件表面呈银白色，为后续抛丸等工 序做准备，防止零件表面的油迹影响后续加工。
[0051] (6)回火:对后清洗后的薄壁锥环进行回火处理，回火工艺曲线图如图4所示，回火 溫度为185 ± 5°C，时间为150 ± lOmin，回火出炉后在空气中冷却;优选地，从步骤(5)后清洗 结束到步骤(6)回火开始的等待时间小于化较佳，及时回火有利于减小锥环变形。
[0052] (7)检验:随机选取一件经过热处理后的薄壁锥环进行检验，检验结果如下表：
[0化3]
[0054] (8)抛丸:采用立式吊挂抛丸机，将薄壁锥环零件逐一挂在抛丸机的挂钩上，使用 QP-4钢砂强力抛丸，时间为正向2分钟，反向2分钟。
[0055] (9)装箱:将抛丸结束的薄壁锥环零件用压缩空气吹净表面灰尘后装箱。
[0056] 采用上述热处理工艺后，减小了薄壁锥环零件热处理后的变形量，减小了热处理 后磨削加工余量，磨削加工余量由0.65mm降低到0.25mm，降低了热处理后磨削加工成本，同 时工效比原来提高了近2.5倍，热处理一次合格率达100%，无需手工校正。
[0057] W上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所 示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所W，如果本领域的普通技 术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案 相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种减小GCrl5薄壁锥环变形的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤： (1) 零件准备:将经球化退火后的GCr 15坯料机加工为薄壁锥环零件； (2) 装料筐:将薄壁锥环零件装入料筐中； (3) 前清洗:对装入料筐内的薄壁锥环进行清洗，清除薄壁锥环表面残留污物； (4) 淬火:对前清洗后的薄壁锥环进行淬火处理，具体包括以下步骤： (4-1)淬火加热:采用阶梯式升温保温加热方式，720 ± 10°C保温20 ± lmin，碳势控制为 0.5±0.025%;780±10。(：保温20±111^11，碳势控制为0.5±0.025%;820±10。(：保温45~ 90min，碳势控制为0.9±0.025% ; (4-2)淬火冷却:在130 ± 10 °C淬火油中进行冷却； (5) 后清洗:对淬火后的薄壁锥环进行清洗，清除薄壁锥环表面残留的油迹； (6) 回火：对后清洗后的薄壁锥环进行回火处理，回火温度为185±5°C，时间为150土 lOmin，回火出炉后在空气中冷却。2. 根据权利要求1所述的一种减小GCrl5薄壁锥环变形的热处理工艺，其特征在于：步 骤（1)中的GCrl5坯料的化学成分为:C:0.95~1.05;Mn :0.20~0.40;Si:0.15~0.35;S:< 0.020;P:<0.027;Cr:1.30~1.65 ;Mo:<0.10;NK0.30;Cu:<0.25 ;Ni+Cu:<0.50。3. 根据权利要求1所述的一种减小GCrl5薄壁锥环变形的热处理工艺，其特征在于：步 骤(2)中的料筐采用网格状料筐，薄壁锥环零件平整放置于料筐内，且零件与零件之间的间 隙为3~5mm;多组料筐层叠在一起，且上层料筐与下层料筐之间的层距为20~30mm。4. 根据权利要求1所述的一种减小GCrl5薄壁锥环变形的热处理工艺，其特征在于：步 骤(3)和步骤(5)中采用真空碳氢溶剂对薄壁锥环进行清洗。5. 根据权利要求1所述的一种减小GCrl5薄壁锥环变形的热处理工艺，其特征在于：步 骤(4-1)中采用箱式可控气氛炉对薄壁锥环进行淬火加热;步骤(6)中采用箱式保护气氛回 火炉对薄壁锥环进行回火。6. 根据权利要求1所述的一种减小GCrl5薄壁锥环变形的热处理工艺，其特征在于：步 骤(4-2)中采用闭式冷却塔循环进行淬火冷却，将热淬火油从淬火油槽底部抽出经过闭式 冷却塔冷却后从淬火油槽上部返回，保证油槽温度在设定范围内。7. 根据权利要求6所述的一种减小GCrl5薄壁锥环变形的热处理工艺，其特征在于：步 骤(4-2)中采用等温淬火油，淬火油以180 ± 20转/分钟低速搅拌。8. 根据权利要求1所述的一种减小GCrl5薄壁锥环变形的热处理工艺，其特征在于：步 骤(5)后清洗结束到步骤(6)回火开始的等待时间小于lh。9. 根据权利要求1所述的一种减小GCrl5薄壁锥环变形的热处理工艺，其特征在于:在 步骤(6)回火结束后，还包括依次对薄壁锥环进行检验、抛丸、装箱的步骤。10. 根据权利要求9所述的一种减小GCrl5薄壁锥环变形的热处理工艺，其特征在于:在 抛丸步骤中，采用立式吊挂抛丸机，将薄壁锥环零件逐一挂在抛丸机的挂钩上，使用QP-4钢 砂强力抛丸，时间为正向2分钟，反向2分钟。
【文档编号】C21D1/18GK106048195SQ201610709076
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月23日
【发明人】殷和平, 殷敏洁
【申请人】常州新区河海热处理工程有限公司