一種針對硅錳系合金彈簧鋼的熱處理工藝的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于合金彈簧鋼熱處理工藝技術領域，具體涉及一種針對硅錳系合金彈簧 鋼的熱處理工藝。
【背景技術】
[0002] 彈簧鋼是指由于在淬火和回火狀態下的彈性，而專門用于制造彈簧和彈性元件的 鋼。合金彈簧鋼是在碳素鋼的基礎上，通過適當加入一種或幾種合金元素來提高鋼的力學 性能、淬透性和其他性能，以滿足制造各種彈簧所需性能的鋼。如:硅錳系合金彈簧鋼的硅 含量尚（上限達2.00%)，其具有強度尚，彈性好、抗回火穩定性好等優勢特征，能夠制成尚品 質的汽車用板簧或者其他種類彈簧;但硅錳系合金彈簧鋼也存在在熱處理工序中出現易脫 碳、石墨化和淬透性不高的缺點。
[0003] 彈簧鋼在加工使用前需要經過淬火處理，即將鋼材加熱到臨界溫度以上，保溫一 段時間使組織奧氏體化后，以大于臨界冷卻速度的冷速進行冷卻，使奧氏體轉化為馬氏體， 從而提高鋼的硬度、耐磨性、韌性及彈性等其他各項組織性能的加工工藝。由于硅錳系合金 彈簧鋼以硅為主要合金元素，它是對彈減抗力影響最大的合金元素，這主要是由于硅具有 強烈的固溶強化作用；同時，硅能抑制滲碳體在回火過程中的晶核形成和長大，改變回火時 析出碳化物的數量、尺寸和形態，提高鋼的回火穩定性。但硅含量如果過高，將導致鋼在乳 制和熱處理過程中的脫碳和石墨化傾向。
[0004] 彈簧鋼傳統熱處理過程中，普遍使用淬火介質為普通淬火油，這種傳統的油介質 淬火方式，冷卻速度低而淬透厚度也很低，油耗大，加工車間的作業環境惡劣，且操作稍有 不慎即會引發火災隱患，還不利于節能環保;而選用水溶性淬火液雖然較為環保，但往往存 在冷卻速度過快，易使工件開裂且淬火液消耗量大，有效成分難以長時間保持合理的濃度， 以致影響淬火效果。
[0005] 此外，經過淬火后的硅錳系合金彈簧鋼并不能直接達到成品狀態，還需要進行拋 丸處理以及涂覆防銹漆等的工藝步驟，造成彈簧鋼的生產工序繁復，生產成品居高不下。
[0006] 鑒于此，申請人研發了本專利技術，能夠針對硅錳系合金彈簧鋼進行高效熱處理， 熱處理工藝設計科學合理，能有效避免其出現脫碳和石墨化傾向，且熱處理工藝所使用的 淬火液安全環保無毒，能有效替換原有高耗能、高污染的油基淬火介質，使用壽命長且淬火 效果優良；此外，經過本工藝處理過的硅錳系合金彈簧鋼能夠達到成品狀態，且自帶一層防 銹薄膜，無需額外的拋丸和涂漆工藝，更加經濟便捷。
【發明內容】
[0007] 本發明所要解決的技術問題是提供一種針對硅錳系合金彈簧鋼的熱處理工藝及 淬火工藝，能夠針對硅錳系合金彈簧鋼進行高效熱處理，熱處理工藝設計科學合理，能有效 避免其出現脫碳和石墨化傾向；本發明解決的第二個技術問題是熱處理工藝所使用的淬火 液安全環保無毒，能有效替換原有高耗能高污染的油基淬火介質，使用壽命長且淬火效果 優良；此外，經過本工藝處理過的硅錳系合金彈簧鋼能夠達到成品狀態，且自帶一層防銹薄 膜，無需額外的拋丸和涂漆工藝，更加經濟便捷。
[0008] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:提供一種針對硅錳系合金彈簧鋼的 熱處理工藝，其特征在于包括如下步驟： (1) 加熱:將工件放入流態石墨粒子電爐，加熱到850 ± 60°C之后，保溫10-20分鐘； (2) 淬火:首先準備淬火溶液，在淬火池中將淬火液和液態水按照質量分數2:8-3:7的 比例配比，淬火溶液的溫度20~40°C;在淬火池中設置攪混裝置，所述攪混裝置攪動淬火溶 液令其流速為0.3-0.8米/秒;而后將工件放置到淬火池中進行淬火，淬火加熱保溫時間30-45分鐘，經過蒸汽膜階段、沸騰階段和對流階段后完成淬火； (3 )按照450 ± 30°C保溫三個小時，水冷回火。
[0009] 優選的，步驟(1)中流態石墨粒子電爐的流化介質為石墨粒子。
[0010] 優選的，步驟(2)中使用的淬火液所包含成分及各種成分所占質量分數如下： 抗氧化劑 0.6%_0.65%; 防銹劑 1·5%-2·5%; 防腐劑 0·1%-0·35%; 消泡劑 0·2%-0·3%; 其余為：甲氧基聚乙二醇。
[0011]優選的，所述甲氧基聚乙二醇的聚合度η為3-5。
[0012] 優選的，所述抗氧化劑為吩噻嗪或Ν，Ν'-二仲丁基對苯二胺。
[0013] 優選的，所述防銹劑為三乙醇胺。
[0014] 優選的，所述消泡劑為甲基硅油。
[0015] 本熱處理工藝生產的硅錳系合金彈簧鋼的淬火硬度不小于54HRC，馬氏體組織百 分比不小于85%，淬透厚度不小于20mm。
[0016] 本發明的有益效果是： 1、由于硅錳系合金彈簧鋼的硅含量高，熱處理過程中容易出現脫碳和石墨化傾向，因 此采用流態石墨粒子電爐加熱系統進行加熱。本爐加熱系統采用內熱式，利用流化狀態的 石墨粒子為導電體，特制電極，用屏蔽網屏蔽，若干零電位區作電阻發熱體，經熱能的傳導， 輻射，對流對工件進行快速均勻無氧化加熱。采用這種加熱方式具有升溫快、溫差小、被處 理零件受熱均勻，不脫碳，不氧化，表面光潔，變形小，爐床零電位，工件無燒傷，操作簡便， 環境無污染，熱效率高等特點，其綜合經濟效率比同規格鹽浴爐提高40%。
[0017] 2、本發明所采用的水溶性淬火液的主要溶劑為甲氧基聚乙二醇，其具備極易溶于 水的特質，所制備的淬火液能夠替代油基淬火液，冷卻速度適宜且淬厚度能夠滿足彈簧鋼 的使用需求。由于本淬火液為水溶性基質，且無毒無污染，甲氧基聚乙二醇而且能夠作為優 良的促溶劑將防銹劑等功能添加劑溶于淬火液中，并且其受熱分解產物均為揮發性物質， 不會產生硬殼或粘泥狀的沉淀物。
[0018] 本發明使用的淬火液還具備良好的逆溶性。由于在使用水溶性淬火液的淬火過程 中，工件周圍液溫升高，淬火液中的有效成分從溶液中脫溶出來，并靠其潤濕性以富水的包 膜形式粘附在工件表面上，從而調整工件的冷卻速度。工件冷卻下來后，粘附在工件表面的 聚合物又會回溶到淬火液中。回溶需要一定時間，而生產中往往等不到聚合物回溶干凈就 將工件從淬火液中取走。因此，工件帶出的液體中有效物質的含量往往高于所用淬火液中 的平均濃度。長期、大量淬火后，淬火液的相對濃度必然逐漸降低，而其他添加劑組分的相 對含量就隨之增長。因此，回溶得越充分，淬火液中有效成分的相對減少就越慢，即其冷卻 特性越穩定。在本發明所述的彈簧鋼淬火過程中，蒸汽膜階段和沸騰階段從淬火液中析出 的功能性物質，能夠迅速回溶到淬火液中，使得本發明即便長期使用，其有效成分的變化量 也較同類型產品要小得多，因此淬火液具備優良的穩定性和較長的使用壽命。
[0019] 2、本發明專利可選用甲氧基聚乙二醇或聚乙二醇作為基礎溶劑，但實驗表明，甲 氧基聚乙二醇較聚乙二醇在淬火液中具備更為優良的抗氧化性能。為了進一步防止甲氧基 聚乙二醇在高溫時發生裂解，在本淬火液中還針對性的添加了適量的抗氧化劑。吩噻嗪基 本適用于常規條件下的淬火液，而當淬火對象要求更高的淬火品質時，可根據淬火溫度進 行甄別選擇。當彈簧鋼在加熱到800°C以上進行淬火時，抗氧化劑可選用N，N'_二仲丁基對 苯二胺。由于本配方具備靈活的適應性，因此能夠更為方便的使用。
[0020] 3、各功能組分有機結合在一起，在協同作用下，令淬火液的淬火性能發揮到極致： 在滿足基礎溶劑優良的促溶性和逆溶性同時，通過其他功能組分修補其不足。將本淬火液 替代快速油或柴油淬火，節約資源的同時，降低了生產成本，而且保護了生產環境和自然資 源。
[0021 ] 4使用本本淬火液進行淬火后，硅錳系合金彈簧鋼的淬火硬度不小于54HRC，馬氏 體組織百分比不小于85%，淬透厚度不小于20mm。產品經過淬火后表面光亮，無需進行進一 步的加工，且自帶一層防銹保護薄膜，提升了產品品質。
[0022] 5、本發明在操作實施時，生產安全，消除了火災隱患，操作時工作環境友好，節能 降耗。本發明經過小試，中試、批量試制和生產，取得商業化成功，實施投產成本低，實用性 能良好，適宜在業界推廣普及。
【具體實施方式】
[0023] 本發明所述的一種針對硅錳系合金彈簧鋼的熱處理工藝，包括如下步驟： (1) 加熱:將工件放入流態石墨粒子電爐，加熱到850 ± 60°C之后，保溫10-20分鐘； (2) 淬火:首先準