CN103993141A - 一种高韧性中碳钢丝的球化退火工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高韧性中碳钢丝的球化退火工艺，它包括如下步骤：将钢丝置于热处理炉中，向热处理炉中充入保护气体，再将炉内的温度升至710-730℃，保温3-5h；第一阶段冷却：将炉内的温度以10℃/小时的速度冷却至680-700℃，保温2-4h；第二阶段冷却：继续将炉内的温度以10℃/小时的速度冷却至630-650℃；第三阶段冷却：中碳钢丝自然冷却到常温。采用本发明所述的工艺方法处理后的中碳钢丝金相组织均匀、韧性高、延展性高、硬度低，适合后续的高难度多次冲压加工成型，产品冲扁、折弯开裂率低。
Description
技术领域：
本发明涉及金属材料的退火工艺，具体涉及一种高韧性中碳钢丝的球化退火工艺。
背景技术：
球化退火是改善钢组织与性能的基本途径之一，球化退火的主要目的是使钢铁材料的微观组织中的碳化物球化，降低材料的硬度，提高材料的塑性，降低材料的变形抗力，使材料易于塑性加工成型在中碳钢丝生产中要获得理想性能和组织，关键是选择适宜的球化退火工艺。
目前，中碳钢已广泛用于冷镦件及挤压件的生产，特别是随着科学技术发展，对产品的性能要求越来越高，这就要求变形前的中碳钢线材需要有很强的耐变形能力，也就是需要有高韧性，专利号为201210166325.8的中国发明专利公开了一种中碳钢球化方法，将中碳钢线材经过表面除锈涂层后拉拔成半成品，后将其放入强对流电式加热保护气氛炉中，加热至700-720℃，保温6-8小时，进行球化退火，其球化率达到90%以上。这种工艺保温时间较长，能耗较大，同时未对其升温、降温速率加以控制，最终对产品性能的稳定性较差，若控制不当易导致中碳钢线材金相组织不均匀，硬度偏高，韧性差，大批超塑性中碳钢丝在冷加工成型时因韧性差难以成型，易损耗模具，同时导致生产的超塑性中碳钢丝报废，严重影响超塑性中碳钢丝的质量和成材率。
发明内容：
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种高韧性中碳钢丝的球化退火工艺，采用本发明所述的工艺方法处理后的中碳钢丝金相组织均匀、韧性高、延展性高、硬度低，适合后续的高难度多次冲压加工成型，产品冲扁、折弯开裂率低。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种高韧性中碳钢丝的球化退火工艺，它依次包括如下步骤：
A、将中碳钢丝置于热处理炉中，向热处理炉中充入保护气体，再将炉内的温度升至710-730℃，保温3-5h；
B、第一阶段冷却：将炉内的温度以10℃/小时的速度冷却至680-700℃，保温2-4h；
C、第二阶段冷却：继续将炉内的温度以10℃/小时的速度冷却至630-650℃；
D、第三阶段冷却：中碳钢丝自然冷却到常温。
优选的，它依次包括如下步骤：
A、将中碳钢丝置于热处理炉中，向热处理炉中充入保护气体，再将炉内的温度升至720℃，保温4h；
B、第一阶段冷却：将炉内的温度以10℃/小时的速度冷却至690℃，保温3h；
C、第二阶段冷却：继续将炉内的温度以10℃/小时的速度冷却至640℃；
D、第三阶段冷却：中碳钢丝自然冷却到常温。
其中，所述步骤A中，首先向热处理炉中充入纯度为99.99%的工业氮气，当炉内的温度升温至500℃时，关闭工业氮气，向热处理炉中充入甲醇裂解气。
其中，所述步骤C结束后，关闭甲醇裂解气，向热处理炉中充入纯度为99.99%的工业氮气。
其中，所述步骤A中将炉内的温度以90-120℃/小时的速度升温至710-730℃。
其中，所述第一阶段冷却和所述第二阶段冷却是通过风冷的方式进行冷却。
其中，所述中碳钢丝的材质为45#。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
本发明提供的一种高韧性中碳钢丝的球化退火工艺，首先升温至710-730℃进行保温，因为如果保温温度过高，渗碳体就会均匀溶于奥氏体中，从而形成单一均匀的奥氏体组织，按照球化理论，均匀的奥氏体冷却后转变成粒状渗碳体组织，很难转变成球状渗碳体组织，同理，当保温温度较低时，渗碳体没有被充分溶断，转变后的组织为块状珠光体，且分布不均匀，也很难得到组织均匀的球化珠光体。然后采用第一阶段冷却、第二阶段冷却和第三阶段冷却的缓慢冷却方式，使得渗碳体球化率逐渐升高，均匀度也更好，若冷却速度过快，得到的球化组织不均匀；若冷却速度过慢，原始组织中的片状渗碳体难以破碎，达不到良好的球化效果。综上，本发明采用升温、保温、第一阶段冷却、第二阶段冷却和第三阶段冷却的工艺达到了球化退火效果越好，中碳钢丝延展性高、硬度低，适合后续的塑性加工成型，产品成型开裂率低的优点，同时该工艺流程简单，对设备要求不高，生产效率高，成本较低；经检测，经过处理的中碳钢丝可达到如下技术指标：硬度（HV0.3）：130-150；抗拉强度：520-580MPa，球化级别：5-6级。
具体实施方式：
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种高韧性中碳钢丝的球化退火工艺，它依次包括如下步骤：
A、将材质为45#中碳钢丝置于热处理炉中，向热处理炉中充入纯度为99.99%的工业氮气，将炉内的温度以90℃/小时的速度升温至500℃时，关闭工艺氮气，向热处理炉中充入甲醇裂解气，继续升温至710℃，保温5h；
B、第一阶段冷却：将炉内的温度通过风冷的方式以10℃/小时的速度冷却至700℃，保温2h；
C、第二阶段冷却：继续将炉内的温度通过风冷的方式以10℃/小时的速度冷却至630℃，关闭甲醇裂解气，向热处理炉中充入纯度为99.99%的工业氮气；
D、第三阶段冷却：中碳钢丝自然冷却到常温。
将经过本实施例处理过的中碳钢丝进行硬度检验，经检测其维氏硬度为130，抗拉强度为520MPa，球化级别：6级。
将经过本实施例处理过的中碳钢丝横向在光学显微镜下(500×)进行金相分析，发现铁素体基体上弥散分布着粒状（或球状）碳化物，并且弥散均匀。
总之，采用本发明所述的工艺方法处理后的中碳钢丝金相组织均匀、韧性高、延展性高、硬度低，适合后续的高难度多次冲压加工成型，产品冲扁、折弯开裂率低。
实施例2
一种高韧性中碳钢丝的球化退火工艺，它依次包括如下步骤：
A、将材质为45#中碳钢丝置于热处理炉中，向热处理炉中充入纯度99.99%的工业氮气，再将炉内的温度以110℃/小时的速度升温至500℃时，关闭工艺氮气，向热处理炉中充入甲醇裂解气，继续升温至720℃，保温4h；
B、第一阶段冷却：将炉内的温度通过风冷的方式以10℃/小时的速度冷却至690℃，保温3h；
C、第二阶段冷却：继续将炉内的温度通过风冷的方式以10℃/小时的速度冷却至640℃，关闭甲醇裂解气，向热处理炉中充入纯度为99.99%的工业氮气；
D、第三阶段冷却：中碳钢丝自然冷却到常温。
将经过本实施例处理过的中碳钢丝进行硬度检验，经检测其维氏硬度为142，抗拉强度为556MPa，球化级别：5级。
将经过本实施例处理过的中碳钢丝横向在光学显微镜下(500×)进行金相分析，发现铁素体基体上弥散分布着粒状（或球状）碳化物，并且弥散均匀。
总之，采用本发明所述的工艺方法处理后的中碳钢丝金相组织均匀、韧性高、延展性高、硬度低，适合后续的高难度多次冲压加工成型，产品冲扁、折弯开裂率低。
实施例3
一种高韧性中碳钢丝的球化退火工艺，它依次包括如下步骤：
A、将材质为45#中碳钢丝置于热处理炉中，向热处理炉中充入纯度99.99%的工业氮气，将炉内的温度以120℃/小时的速度升温至500℃时，关闭工艺氮气，向热处理炉中充入甲醇裂解气，继续升温至730℃，保温3h；
B、第一阶段冷却：将炉内的温度通过风冷的方式以10℃/小时的速度冷却至680℃，保温4h；
C、第二阶段冷却：继续将炉内的温度通过风冷的方式以10℃/小时的速度冷却至650℃，关闭甲醇裂解气，向热处理炉中充入纯度为99.99%的工业氮气；
D、第三阶段冷却：中碳钢丝自然冷却到常温。
将经过本实施例处理过的中碳钢丝进行硬度检验，经检测其维氏硬度为150，抗拉强度为580MPa，球化级别：6级。
将经过本实施例处理过的中碳钢丝横向在光学显微镜下(500×)进行金相分析，发现铁素体基体上弥散分布着粒状（或球状）碳化物，并且弥散均匀。
总之，采用本发明所述的工艺方法处理后的中碳钢丝金相组织均匀、韧性高、延展性高、硬度低，适合后续的高难度多次冲压加工成型，产品冲扁、折弯开裂率低。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高韧性中碳钢丝的球化退火工艺，其特征在于：它依次包括如下步骤：
A、将中碳钢丝置于热处理炉中，向热处理炉中充入保护气体，再将炉内的温度升至710-730℃，保温3-5h；
B、第一阶段冷却：将炉内的温度以10℃/小时的速度冷却至680-700℃，保温2-4h；
C、第二阶段冷却：继续将炉内的温度以10℃/小时的速度冷却至630-650℃；
D、第三阶段冷却：线材自然冷却到常温。
2..根据权利要求1所述的一种高韧性中碳钢丝的球化退火工艺，其特征在于：
A、将钢丝置于热处理炉中，向热处理炉中充入保护气体，将炉内的温度升至720℃，保温4h；
B、第一阶段冷却：将炉内的温度以10℃/小时的速度冷却至690℃，保温3h；
C、第二阶段冷却：继续将炉内的温度以10℃/小时的速度冷却至640℃；
D、第三阶段冷却：中碳钢丝自然冷却到常温。
3.根据权利要求1或2所述的一种高韧性中碳钢丝的球化退火工艺，其特征在于：所述步骤A中，首先向热处理炉中充入纯度为99.99%的工业氮气，当炉内的温度升温至500℃时，关闭工业氮气，向热处理炉中充入甲醇裂解气。
4.根据权利要求3所述的一种高韧性中碳钢丝的球化退火工艺，其特征在于：所述步骤C结束后，关闭甲醇裂解气，向热处理炉中充入纯度为99.99%的工业氮气。
5.根据权利要求1所述的一种高韧性中碳钢丝的球化退火工艺，其特征在于：所述步骤A中将炉内的温度以90-120℃/小时的速度升温至710-730℃。
6..根据权利要求1所述的一种高韧性中碳钢丝的球化退火工艺，其特征在于：所述第一阶段冷却和所述第二阶段冷却是通过风冷的方式进行冷却。
7.根据权利要求1所述的一种高韧性中碳钢丝的球化退火工艺，其特征在于：所述中碳钢丝的材质为45#。
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