一种17CrNiMo6材料预备热处理方法

技术领域

本发明涉及金属材料热处理技术领域，具体涉及一种17CrNiMo6材料预备热处理方法。

背景技术

目前大功率风机、内燃机的关键零件如齿轮、输入/出轴等采用的钢种为17CrNiMo6，属低碳合金渗碳钢，通过锻造与机加工最终成型，而锻后热处理的质量对后续的切削加工至关重要。要求此类锻件正火后的组织为铁素体与珠光体，硬度值160～200HBW，晶粒度大于等于5级。17CrNiMo6钢的淬透性较好，采用常规的正火+回火的方式进行预备热处理后，会存在许多质量缺陷，例如17CrNiMo6钢的组织中有贝氏体，且17CrNiMo6钢的硬度值高于220HBW，造成不同零件之间或者同一零件不同位置的组织和硬度的差别较大，导致切削加工性能恶化和热处理变形加大，从而降低17CrNiMo6钢的精度等级和性能，不能满足17CrNiMo6的生产规范要求。

为了满足17CrNiMo6的预备热处理技术要求，现在对于17CrNiMo6材料的预备热处理工艺中，均是利用等温正火线(设备)中采用等温正火工艺进行17CrNiMo6预备热处理，虽然能够一定程度上提高17CrNiMo6预备热处理后的质量，使处理后的17CrNiMo6满足质量要求，但是也存在一些问题，例如等温正火生产线造价高，占地面积大，工艺设置参数难控制，尤其是在中间冷却阶段对装炉方式、快冷方式、快冷时间的精准控制非常困难，也就导致一般的工厂都未配置该生产线，给17CrNiMo6材料预备热处理带来很大的难度。

发明内容

本发明意在提供一种17CrNiMo6材料预备热处理方法，以降低对17CrNiMo6材料进行预备热处理的技术难度。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种17CrNiMo6材料预备热处理方法，包括以下步骤：

步骤S1，准备待进行热处理的17CrNiMo6材料和热处理设备，并调试热处理设备参数，将待加工的零件装在热处理设备上，并控制零件的单次处理量不大于热处理设备的最大装载量；

步骤S2，以第一预设加热速度将热处理设备内的温度升温到第一预设温度范围内，温度升温完成后进行预设时间的保温，保温时长到达工艺保温时间后停止加热设备，关闭热处理设备加热源，完全打开热处理设备的开关门，将加热后的零件从热处理设备内取出，暴露在空气中进行冷却；

步骤S3，待零件冷却至第二预设温度范围内时，将零件返回热处理设备内进行多次冷却及均温，均温结束后将零件重新冷却至第二预设温度范围内，再将零件返回热处理设备内，关闭开关门使零件随热处理设备冷却至第三预设温度范围内后，以第二预设速度将热处理设备内的温度升温到第四预设温度范围并进行固定时长的保温；

步骤S4，到达到达工艺保温时间后停止加热热处理设备，关闭热处理设备加热源，将零件随热处理设备冷却至第五预设温度范围内后，将零件从热处理设备内取出，暴露在空气中进行冷却，直至零件表面温度与室温一致。

本方案的原理及优点是：实际应用时，无需使用等温正火生产线，采用常规的热处理设备即可进行热处理操作，通过将17CrNiMo6材料的零件在设备内加热到预设的温度后进行保温，且保温时间根据零件的厚度动态调整，保证对零件的加热效果，从而使17CrNiMo6材料内部发生预期的组织变化，然后对零件进行自然冷却，从而保证材料内部的均匀完成铁素体和珠光体的转变，而且将零件反复放入热处理设备中利用设备内的余热对零件进行多次均温及冷却，从而控制零件内部组织均匀、规律地变化，最后在完成均温后，将零件再次加热到预设的温度并进行一段时间的保温，最后取出零件自然冷却即可完成17CrNiMo6材料的热处理，得到符合生产技术要求的17CrNiMo6材料材料，使17CrNiMo6材料的晶粒度和硬度满足要求。相比于现有技术，本发明的优点在于不仅克服了常规正火+回火热处理方式产生贝氏体组织，不利于切削加工的缺陷，同时也不用采用等温正火生产线，减少了生产线的占地面积，降低了热处理技术难度，且只需要在常规的生产线上进行技术改进即可完成，有效节约了生产成本。

优选的，作为一种改进，热处理设备为台车炉。

有益效果：采用常规的台车炉作为热处理设备，进行17CrNiMo6材料的预备热处理，不仅能够顺利完成对17CrNiMo6材料的加热工作，同时采用此设备也便于本预备热处理方法在各工厂的大面积普及，从而提高17CrNiMo6材料预备热处理的整体效率和质量，从而提高工厂的经济效益。

优选的，作为一种改进，调试设备参数为，调整台车面使用高度大于等于100mm的垫铁将零件与炉底板隔离，相邻零件的间距不小于30mm，零件装炉温度不大于500℃。

有益效果：通过对设备进行此种调试，使设备能够进入最佳的17CrNiMo6材料预备热处理的工作状态，从而提高对17CrNiMo6材料预备热处理的效率和质量，最终得到晶粒度和硬度满足工业生产要求的17CrNiMo6材料。

优选的，作为一种改进，热处理设备内部还设有循环风扇，所述循环风扇用于在热处理设备加热和零件保温期间对设备内热量进行搅拌。

有益效果：通过在热处理设备内部增加循环风扇装置，使风扇在热处理设备加热和零件保温期间工作，提供风力对热处理设备内部的热量进行吹动搅拌，从而使热处理设备内部的热量更均匀，便于对17CrNiMo6材料进行稳定的加热和保温，从而提高17CrNiMo6材料的预备热处理质量。

优选的，作为一种改进，均温为，将零件放置在热处理设备内与热处理设备内部的热量进行热交换。

有益效果：通过此步骤，能够减少零件内外部温差，温度变化更加均匀，使组织均匀转变，防止非平衡组织生成，保障17CrNiMo6材料的热处理质量。

优选的，作为一种改进，均温过程中，停止加热热处理设备且关闭热处理设备的开关门。

有益效果：为保证对17CrNiMo6材料的均温效果，停止热处理设备的加热，能够减少能源的浪费以及使均温过程更自然，同时关闭开关门，避免设备内的热量与外部空气发生热交换从而产生损耗，也能进一步提高对17CrNiMo6材料的均温效果，最终提高17CrNiMo6材料的预备热处理效果和质量。

优选的，作为一种改进，均温的次数不超过5次，且每次均温均按照相同的技术要求完成。

有益效果：对17CrNiMo6材料进行不超过5次的均温，避免均温次数过多导致17CrNiMo6材料冷速过快生成贝氏体等不利组织，影响最终的热处理质量。

优选的，作为一种改进，均温的时间根据零件的单次处理量动态调整。

有益效果：17CrNiMo6材料单次处理量如果过大，则整体受温度影响的变化速率也会变低，因此均温的时间根据零件的单次处理量动态调整，能够最大程度满足17CrNiMo6材料温度变化的需求，从而对17CrNiMo6材料的预备热处理的效果更好，保障满足工业质量要求。

优选的，作为一种改进，暴露在空气中进行冷却为，将零件放置在空气中进行自然冷却，期间不采用其他冷却辅助设备。

有益效果：通过实际测试可知，在17CrNiMo6材料进行冷却时，自然冷却的方式能够最大程度保证17CrNiMo6材料的组织变化规律，从而保证热处理质量，虽然通过其他辅助设备例如风扇能够加快冷却速度，但是冷却速度过快，温度不可控制容易生成贝氏体等不利组织，从而使质量出现不可控的情况。

优选的，作为一种改进，零件冷却至第二预设温度范围内时，利用红外线测温仪测量零件表面的温度。

有益效果：虽然是在对零件进行冷却，但是其实际的真实温度还是非常高，不能够用触摸、常规温度计等方式来测量温度，因此在此环节采用红外线测温仪来测量温度，既能保证温度测量结果的准确性，又能保证测量设备的安全性。

附图说明

图1为本发明一种17CrNiMo6材料预备热处理方法实施例一的流程示意图。

图2为本发明一种17CrNiMo6材料预备热处理方法实施例一的温度时间变化示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

实施例一：

实施例基本如附图1所示：一种17CrNiMo6材料预备热处理方法，包括以下步骤：

步骤S1，准备待进行热处理的17CrNiMo6材料和热处理设备，并调试热处理设备参数，将待加工的零件装在热处理设备上，并控制零件的单次处理量不大于热处理设备的最大装载量；

步骤S2，以第一预设加热速度将热处理设备内的温度升温到第一预设温度范围内，温度升温完成后进行预设时间的保温，保温时长到达工艺保温时间后停止加热设备，关闭热处理设备加热源，完全打开热处理设备的开关门，将加热后的零件从热处理设备内取出，暴露在空气中进行冷却；

步骤S3，待零件冷却至第二预设温度范围内时，将零件返回热处理设备内进行多次冷却及均温，均温结束后将零件重新冷却至第二预设温度范围内，再将零件返回热处理设备内，关闭开关门使零件随热处理设备冷却至第三预设温度范围内后，以第二预设速度将热处理设备内的温度升温到第四预设温度范围并进行固定时长的保温；

步骤S4，到达到达工艺保温时间后停止加热热处理设备，关闭热处理设备加热源，将零件随热处理设备冷却至第五预设温度范围内后，将零件从热处理设备内取出，暴露在空气中进行冷却，直至零件表面温度与室温一致。

具体的，在步骤S1中，选择的热处理设备为工业常规的台车炉，并在进行17CrNiMo6材料预备热处理前，调整台车面使用高度大于等于100mm的垫铁将零件与炉底板隔离，同时17CrNiMo6材料的零件的单次预备热处理总量不大于台车炉的最大装载量，在进行零件放置时，将相邻零件的间距设置为不小于30mm，同时零件的装炉温度不大于500℃。

具体的，步骤S2中，以第一预设加热速度将热处理设备内的温度升温到第一预设温度范围内时，第一预设加热速度的范围设置在150-200℃/h内，避免升温速度过快导致17CrNiMo6材料的零件开裂，影响整个生产质量，同时也避免升温速度过慢导致热处理效率太低；第一预设温度范围为930-960℃，将零件加热到此温度范围，能最大程度保证零件内部全部奥氏体化，从而提高17CrNiMo6材料热处理质量；当升温完成后，进行预设时间的保温，即控制台车炉内的温度稳定不变，且保温的时间按照(0-10)min+(1.5-2)min*零件厚度(mm)来计算。

具体的，步骤S3中，第二预设温度范围具体为550-650℃，将零件返回台车炉内进行均温为，将零件重新放置在台车炉内与炉内剩余的热量进行热交换，且均温的次数控制在3-5次，次数太少则17CrNiMo6材料冷速过慢，不利于平衡组织转变，导致预备热处理的质量不达标，次数过多则17CrNiMo6材料冷速过大，易生成贝氏体组织，也影响预备热处理的质量，均温过程中台车炉不再加热，且均温时间按照0.5min*装炉重量(T)计算，也即均温的时间根据零件的单次处理量动态调整。

每次均温均按照相同的技术要求完成，即每次均温的过程、时间以及温度控制都一样，且每次均温结束够都将零件从台车炉内取出，放置在空气中自然冷却至550-650℃，最后一次均温结束后，将零件重新放入台车炉内，随台车炉一起冷却至第三预设温度范围内，也即550-600℃，当冷却至550-600℃后，再次打开台车炉的加热源对零件进行加热，且加热速度为≤200℃/h，加热到第四预设温度范围内，也即600-680℃范围内，能够降低17CrNiMo6材料的硬度，使零件的热处理效果符合技术要求，加热完成后进行保温，且保温时间按照(20-60)min+2min*零件厚度(mm)来计算。

具体的，步骤S4中，到达保温时间要求后，停止加热且让零件随台车炉冷却至500℃以内，然后打开台车炉炉门，将零件随同台车从炉内完全开出来，暴露在空气中自然冷却，直至零件表面温度与室温一致，则整个17CrNiMo6材料的预备热处理工序完成。

本实施例中，17CrNiMo6材料零件的单次处理量，也即装炉重量为10T，零件的厚度为20mm，则步骤S2中的保温时间为5min+2min*20＝45min，均温时间为0.5min*10＝5min；步骤S3中的保温时间为40min+2min*20＝80min，台车炉的加热源为天然气。

本实施例的具体实施过程如下：

第一步，将总量为10T的17CrNiMo6材料的零件装在台车炉上，且相邻零件的间距设置为40mm，零件装炉温度为400℃。

第二步，打开台车炉的天然气阀门，以180℃/h将台车炉内的温度升温到950℃，当台车炉内的温度到达950℃后，进行45min的保温，即通过控制天然气阀门控制台车炉内的温度在45min内保持在950℃。

第三步，保温时间到达45min后，关闭天然气阀门停止对台车炉加热，完全打开台车炉的炉门，将加热后的零件随同台车从台车炉内完全开出来，将零件暴露在空气中进行自然冷却，待零件表面冷却至暗红色，也即冷却至600℃时，将零件返回台车炉内进行3次冷却及均温。

第四步，第一次均温，将零件返回炉内，由于零件处于炉内的封闭空间，由于零件的心部温度高于表面，因而零件的外表温度会逐渐升高，此时零件心部和外表的温差将会降低，均温过程中台车炉不再加热，且均温时间为5min；第一次均温结束后，再次将零件随同台车从台车炉内完全开出来，暴露在空气中进行自然冷却，待零件表面冷却至暗红色，也即冷却至600℃时，再将零件返回台车炉内进行第二次时长为5min的均温；以此方法对零件进行3次均温。

第五步，第三次均温结束后，将零件随同台车从台车炉内完全开出来，暴露在空气中进行自然冷却，待零件表面冷却至暗红色，也即冷却至600℃时，再次将零件返回台车炉内，并关闭台车炉的炉门，使零件随台车炉冷却至600℃。

第六步，当零件冷却至600℃后，打开台车炉的天然气阀门，以200℃/h的速度将台车炉内的温度升温到680℃，然后进行80min的保温，即通过控制天然气阀门控制台车炉内的温度在80min内保持在680℃；保温时间到达80min后，停止加热台车炉，关闭台车炉的天然气阀门，将零件随台车炉冷却至500℃后，打开台车炉的炉门，将零件随同台车从台车炉内完全开出来，暴露在空气中自然冷却，直至零件表面温度与室温一致，则整个17CrNiMo6材料的预备热处理工序完成。

如附图2所示，17CrNiMo6材料的整个预备热处理过程中温度随时间进行精准控制变化，且进行多次冷却及均温，从而使得热处理后的17CrNiMo6材料满足生产工艺要求的晶粒度和硬度规范。

17CrNiMo6，属低碳合金渗碳钢，目前普遍应用在大功率风机、内燃机的关键零件如齿轮、输入/出轴等，而随着生产工艺的更新与要求，由于成品的17CrNiMo6材料后续还会涉及到切削加工，因此在17CrNiMo6材料锻造后热处理的质量的把控就显得尤其重要，一般而言，要求17CrNiMo6材料正火后的组织为块状铁素体与珠光体，硬度值160～200HBW，晶粒度大于等于5级，而17CrNiMo6钢的淬透性较好，采用通常的正火+回火的方式进行预备热处理后，组织中有贝氏体，硬度值高于220HBW，不能满足切削加工要求。因此生产工艺中均是采用等温正火工艺进行预备热处理，但是等温正火生产线造价高，占地面积大，工艺设置参数难控制，一般工厂都未配置该生产线，给17CrNiMo6材料预备热处理带来很大的难度。

而本方案中，则是通过对常规的正火+回火的热处理方式以及等温正火热处理工艺进行区别性研究，深入探讨两种方式中17CrNiMo6材料内部的组织变化规律，并利用现有的常规的设备，例如台车炉即可完成整个热处理过程，其中最大的区别点，则是在17CrNiMo6材料加热后的冷却操作，不仅避免了等温正火中冷却的繁杂操作，例如精确控制冷风量、冷风方向等，本方案中，只需在加热后将零件取出，自然冷却即可，当冷却到预设的温度范围，再对零件进行多次冷却及均温，从而保证零件在冷却的过程中各个零件以及同一零件不同部位之间的温度相同且冷却速率也相同，从而控制17CrNiMo6材料内部的组织均匀地向铁素体加珠光体转变，同时还不会产生贝氏体，并且17CrNiMo6材料的硬度和晶粒度均符合生产工艺技术规定。整体而言，通过利用常规的生产线结合热处理过程中对17CrNiMo6材料冷却过程中的多次冷却及均温以及各个环节的温度的精确把控，能够快速完成17CrNiMo6材料的热处理，且保证了17CrNiMo6材料符合技术要求，有效降低了17CrNiMo6材料热处理技术难度，大幅提高了17CrNiMo6材料热处理效率和质量，同时在均温过程中没有额外提供热量，仅利用台车炉内剩余的热量完成，将台车炉的多余热量进行了再利用，避免了能量浪费，有效降低了17CrNiMo6材料的生产成本。

实施例二：

本实施例基本与实施例一相同，区别在于：台车炉内部还固定安装有循环风扇，具体为鼓风机，该鼓风机用于在零件加热和零件保温期间对台车炉内的热量进行搅拌。

本实施例的具体实施过程与实施例一基本相同，区别在于：

第二步，打开台车炉的天然气阀门，以180℃/h将台车炉内的温度升温到950℃，当台车炉内的温度到达950℃后，进行45min的保温，即通过控制天然气阀门控制台车炉内的温度在45min内保持在950℃，加热和保温期间，同步打开鼓风机的电源，使鼓风机对台车炉内的热量进行搅拌。

第三步，保温时间到达45min后，关闭天然气阀门停止对台车炉加热，并关闭鼓风机的电源，完全打开台车炉的炉门，将加热后的零件随同台车从台车炉内完全开出来，将零件暴露在空气中进行自然冷却，待零件表面冷却至暗红色，也即冷却至600℃时，将零件返回台车炉内进行3次冷却及均温。

通过在台车炉内安装鼓风机，在台车炉对零件加热以及零件在台车炉内保温期间，鼓风机投入开始工作，提供风力对台车炉内的热量进行吹动搅拌，从而使台车炉内的热量流动起来，进而使热量在炉内的分布更均匀，提供稳定均匀的热量对17CrNiMo6材料进行稳定的加热和保温，最终能够有效提高17CrNiMo6材料的预备热处理质量。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。