大型薄壁類鑄鋼件防變形熱處理方法
【專利摘要】一種大型薄壁類鑄鋼件防變形熱處理方法，包括設(shè)置吊運托盤、設(shè)置鑄鋼件支墊、設(shè)置外接測溫裝置、熱處理、淬火，所述設(shè)置外接測溫裝置步驟中在所述鑄鋼件的最厚壁厚處、最薄壁厚處、鑄鋼件的中間位置設(shè)置三個外接測溫裝置，用于監(jiān)測鑄鋼件的最厚壁厚處、最薄壁厚處、鑄鋼件中間位置的溫度，本發(fā)明中通過設(shè)置吊運托盤、設(shè)置防變形拉筋，精確控制熱處理溫度、改變淬火介質(zhì)來減小鑄鋼件所受到的外應(yīng)力、熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，最終保證鑄鋼件熱處理及淬火后不變形。
【專利說明】
大型薄壁類鑄鋼件防變形熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及薄壁類鑄鋼件鑄造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種大型薄壁類鑄鋼件防變形熱處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對大型鑄鋼件來說，防變形是繼防開裂、確保力學(xué)性能之后，在進(jìn)行熱處理時另一項需要重點關(guān)注的內(nèi)容。
[0003]因為一旦鑄鋼件變形，造成尺寸超差，輕則鑄鋼件增加焊補量或氣刨加工量，重則導(dǎo)致鑄鋼件報廢。有時候鑄鋼件通過矯正變形也可能會恢復(fù)一定的形狀或尺寸，但并不是所有的鑄鋼件都能矯正過來。因此，熱處理的過程中防止鑄鋼件變形是保證鑄鋼件質(zhì)量的重要內(nèi)容。
[0004]鑄鋼件在熱處理的過程中，所受外應(yīng)力、組織轉(zhuǎn)變應(yīng)力和熱應(yīng)力疊加超過鑄鋼件自身的強度，就會導(dǎo)致鑄鋼件局部發(fā)生彈塑性變形。對于一些壁厚且結(jié)構(gòu)簡單，如封閉厚壁、實心塊狀等類型的鑄鋼件，一般淬火時不需要采取特別的防變形措施，用天車吊鉤或鏈條直接吊著鑄鋼件上的工藝吊耳將鑄鋼件浸入淬火介質(zhì)中進(jìn)行淬火操作，鑄鋼件也不會有明顯變形。但對于許多壁薄件、細(xì)長桿類件、尺寸較大的開口件、懸臂結(jié)構(gòu)和壁厚相差懸殊大等結(jié)構(gòu)復(fù)雜鑄鋼件，鑄鋼件熱處理后很容易發(fā)生顯著的變形，如果采用常規(guī)的熱處理方式之后，直接將鑄鋼件吊運至淬火介質(zhì)中，且不采取專項特殊防變形措施，該鑄鋼件發(fā)生的變形是不可避免的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有必要提出一種通過設(shè)置吊運托盤、精確控制熱處理溫度、改變淬火介質(zhì)來防止鑄鋼件變形的大型薄壁類鑄鋼件防變形熱處理方法。
[0006]—種大型薄壁類鑄鋼件防變形熱處理方法，包括:
設(shè)置吊運托盤:設(shè)置一個用于吊運鑄鋼件的托盤，將鑄鋼件放置在所述托盤上，通過吊運托盤來將鑄鋼件移動到需要處理的工位；
設(shè)置鑄鋼件支墊:將鑄鋼件放置在托盤上之后，采用若干楔鐵或冷鐵支撐在鑄鋼件與托盤之間的間隙內(nèi)，以將鑄鋼件穩(wěn)定支撐在托盤上；
設(shè)置外接測溫裝置:在所述鑄鋼件的最厚壁厚處、最薄壁厚處、鑄鋼件的中間位置設(shè)置三個外接測溫裝置，用于監(jiān)測鑄鋼件的最厚壁厚處、最薄壁厚處、鑄鋼件中間位置的溫度；熱處理:將托盤及鑄鋼件吊運放進(jìn)熱處理爐內(nèi)，將熱處理爐以不大于50°C/h的升溫速度開始升溫，至所述外接測溫裝置的溫度均達(dá)到880?950°C保溫，保溫時間為所述鑄鋼件的最厚壁厚乘以I?1.5min/mm；
淬火:將熱處理完成的鑄鋼件吊運至淬火介質(zhì)中快速冷卻，至鑄鋼件的最厚壁厚處的溫度冷卻至100?250 °C，結(jié)束淬火，所述淬火介質(zhì)為聚烷撐乙二醇聚合物水溶液，所述聚烷撐乙二醇聚合物水溶液的濃度為10?15%。
[0007]本發(fā)明中通過設(shè)置吊運托盤、精確控制熱處理溫度、改變淬火介質(zhì)來減小鑄鋼件所受到的外應(yīng)力、熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，最終保證鑄鋼件熱處理及淬火后不變形。
【附圖說明】
[0008]圖1為采用本發(fā)明方法熱處理的一個實施例鑄鋼件中表達(dá)三個外接測溫裝置的示意圖。
[0009]圖2為采用本發(fā)明方法熱處理的另一個實施例鑄鋼件中表達(dá)拉筋設(shè)置的示意圖。
[0010]圖中:采煤機械用薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)的殼體鑄鋼件100、齒圈200、外接測溫裝置11、夕卜接測溫裝置12、外接測溫裝置13、拉筋20。
【具體實施方式】
[0011]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0012]本發(fā)明實施例提供了一種大型薄壁類鑄鋼件防變形熱處理方法，包括:
設(shè)置吊運托盤:設(shè)置一個用于吊運鑄鋼件的托盤，將鑄鋼件放置在所述托盤上，通過吊運托盤來將鑄鋼件移動到需要處理的工位。
[0013]從減小熱處理變形角度來說，無論是將鑄鋼件吊運至熱處理爐內(nèi)，或者是從熱處理爐臺車上吊出，還是將鑄鋼件吊運至浸入淬火介質(zhì)中，在整個過程中，如果采用最常用的方法即直接吊運鑄鋼件，則高溫下鑄鋼件強度較低，加上鑄鋼件壁薄，如細(xì)長、尺寸大、屬于懸臂以及開口狀等薄壁鑄鋼件，直接吊運鑄鋼件，對于大型鑄鋼件來說，在高溫下鑄鋼件自身的重量會導(dǎo)致鑄鋼件局部所受應(yīng)力超過鑄鋼件強度，從而導(dǎo)致鑄鋼件不可恢復(fù)的變形。
[0014]因此，本發(fā)明采用將這種薄壁大型鑄鋼件平整地擺放在托盤上，通過吊運托盤來將鑄鋼件與托盤一起裝進(jìn)熱處理爐內(nèi)加熱，出爐淬火時，再將鑄鋼件與托盤一起吊進(jìn)淬火介質(zhì)中淬火的方式來減少鑄鋼件的變形。
[0015]設(shè)置鑄鋼件支墊:將鑄鋼件放置在托盤上之后，采用若干楔鐵或冷鐵支撐在鑄鋼件與托盤之間的間隙內(nèi)，以使鑄鋼件與托盤之間穩(wěn)定支撐，保持鑄鋼件的穩(wěn)定性。
[0016]鑄鋼件放置到托盤上，因為鑄鋼件或者托盤不一定很平整，尤其是鑄鋼件切完冒口或澆道系統(tǒng)，切割面不是很平整。所以鑄鋼件與托盤之間的間隙采用楔鐵或冷鐵間隔500?100mm的距離均勻地塞實，支墊牢固，保持鑄鋼件穩(wěn)固，同時可防止鑄鋼件在高溫加熱或淬火過程中，因鑄鋼件與托盤之間有較大面積的懸空，導(dǎo)致鑄鋼件因自重外力而變形。
[0017]設(shè)置外接測溫裝置:在所述鑄鋼件的最厚壁厚處、最薄壁厚處、鑄鋼件中間位置設(shè)置三個外接測溫裝置，用于監(jiān)測鑄鋼件的最厚壁厚處、最薄壁厚處、鑄鋼件中間位置的溫度。
[0018]通常熱處理時，都是通過監(jiān)測熱處理爐爐內(nèi)的溫度來反映鑄鋼件被加熱的溫度，這樣在鑄鋼件體積較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的情況下，爐內(nèi)的溫度和鑄鋼件自身的實際溫度是有差別的，所以通過監(jiān)測熱處理爐爐內(nèi)的溫度是不能反映鑄鋼件自身的實際溫度。
[0019]例如，工藝要求熱處理的溫度為880°C?950°C，是要求鑄鋼件自身的溫度應(yīng)當(dāng)達(dá)至|J880°C?950 °C，如果監(jiān)測到熱處理爐爐內(nèi)溫度為900 °C，而鑄鋼件的最厚壁厚處或鑄鋼件中間位置可能并沒有達(dá)到900°C，這樣會造成工藝執(zhí)行不到位的問題，從而影響鑄鋼件的熱處理質(zhì)量；同時，如果監(jiān)測到熱處理爐爐內(nèi)溫度為900°C，鑄鋼件的最薄壁厚處的溫度已經(jīng)超過工藝要求的溫度范圍，這樣更加增大了鑄鋼件最薄壁厚處淬火的變形風(fēng)險。而熱處理工段是關(guān)鍵工段，如果熱處理溫度達(dá)不到工藝要求或不符合工藝要求，可想而知，鑄鋼件的質(zhì)量是存在質(zhì)量缺陷的。
[0020]熱處理:將托盤及鑄鋼件吊運放進(jìn)熱處理爐內(nèi)，將熱處理爐以不大于50°C/h的升溫速度開始升溫，至所述外接測溫裝置的溫度均達(dá)到880?950°C保溫，保溫時間為所述鑄鋼件的最厚壁厚乘以I?1.5min/mm。保溫時間依據(jù)鑄鋼件的最厚壁厚來計算，這樣只要最厚壁厚的溫度達(dá)到工藝要求，則其他部位也能達(dá)到該溫度。
[0021]淬火:將熱處理完成的鑄鋼件吊運至淬火介質(zhì)中快速冷卻，至鑄鋼件的最厚壁厚處的溫度冷卻至100?250 °C，結(jié)束淬火，所述淬火介質(zhì)為聚烷撐乙二醇聚合物水溶液，所述聚烷撐乙二醇聚合物水溶液的濃度為10?15%。即聚烷撐乙二醇聚合物原液與水的混合比例為10?15%。
[0022]常規(guī)淬火介質(zhì)如水，高溫階段冷速相對較快，低溫階段冷速也很快，能獲得較高的力學(xué)性能，但鑄鋼件容易開裂且應(yīng)力大變形大;常規(guī)淬火介質(zhì)如油，雖然冷卻緩慢，且低溫階段冷速也相對較慢，但因為冷速較低，往往滿足不了鑄鋼件較高力學(xué)性能需要，且不環(huán)保，成本高。
[0023]進(jìn)一步，所述托盤包括平面盤底和設(shè)置在平面盤底邊沿的吊耳，所述平面盤底為網(wǎng)格狀，以使與平面盤底接觸的鑄鋼件的底部也能與淬火介質(zhì)均勻接觸。
[0024]本發(fā)明所提供的淬火托盤設(shè)計時，需要從尺寸、結(jié)構(gòu)、選材等幾個方面重點考慮設(shè)
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[0025]尺寸方面主要考慮托盤及鑄鋼件能夠裝進(jìn)熱處理爐，能放入淬火槽，能滿足天車和吊索具吊運承重要求，在熱處理過程中托盤不變形。
[0026]結(jié)構(gòu)方面要考慮托盤上鑄鋼件在淬火介質(zhì)中能夠充分和介質(zhì)液體均勻接觸，保證鑄鋼件冷卻的均勻性，故托盤內(nèi)部設(shè)計成網(wǎng)格狀。各網(wǎng)格筋板厚度為20?40mm?？紤]到整個托盤要承受較重的大型鑄鋼件，所以為增強托盤強度，托盤整體厚度要遠(yuǎn)大于托盤壁厚。托盤自身設(shè)置4個吊耳，吊耳直徑80?120mm。吊耳直徑的選擇要考慮托盤材質(zhì)在高溫時的強度，并依據(jù)托盤加鑄鋼件的重量來選擇。
[0027]托盤材料選擇方面:本方案所設(shè)計的淬火托盤需要多次使用，要反復(fù)的被加熱、冷卻，因此主要選用低碳鋼材料進(jìn)行托盤的鑄造，托盤在加熱冷卻過程中組織變化較小，應(yīng)力小，因而托盤自身變形小且不易開裂。
[0028]進(jìn)一步，對于C型半封閉型的薄壁類鑄鋼件，在所述鑄鋼件的開口處設(shè)置拉筋，以將C型半封閉型鑄鋼件的開口處的兩個端頭連接。
[0029]進(jìn)一步，對于缸體類半封閉型的薄壁類鑄鋼件，在所述鑄鋼件的開口處沿著直徑方向設(shè)置拉筋，以將缸體類半封閉型鑄鋼件的開口處的內(nèi)壁連接。
[0030]對如C型或缸體類等半封閉型的大型鑄鋼件，需要在鑄鋼件開口處用2?4個截面尺寸為80?120X80?120mm的圓棒料或方鋼均勻分布將鑄鋼件半圓焊接封閉，對鑄鋼件上厚度<60mm，且長、寬彡10倍厚度的大平面部位或筋板部位用60?120 X 60?120mm的圓棒料或方鋼點焊支撐，這些措施可增強鑄鋼件剛度。保證鑄鋼件在加熱或淬火過程中沒有如張口、縮口或平面翹曲等變形情況。
[0031]進(jìn)一步，在淬火的過程中，采用攪拌器對淬火介質(zhì)進(jìn)行均勻地攪拌，保證鑄鋼件各個部位均勻冷卻，防止鑄鋼件因冷卻不均勻?qū)е碌木植繜釕?yīng)力和組織應(yīng)力過大，從而導(dǎo)致變形。
[0032]本發(fā)明還提出兩個實施例來作為本發(fā)明方法的應(yīng)用舉例。
[0033]實施例1:
參見圖1，對采煤機械用薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)的殼體鑄鋼件100，該鑄鋼件的輪廓尺寸為3048X 1600 X 864mm，重I It，最薄壁厚為25mm ,最大壁厚為80mm。按照本發(fā)明所述方法進(jìn)行熱處理時，熱處理保溫時間為80111111\1?1.51^11/111111=80?1201^11，在該鑄鋼件的最厚壁厚處、最薄壁厚處、鑄鋼件中間位置處分別設(shè)置外接測溫裝置11、外接測溫裝置13、外接測溫裝置12，熱處理后鑄鋼件的軸孔、空腔大平面及軸線等位置并沒有發(fā)生變形。
[0034]實施例2:
參見圖2，對礦山機械用高強度大型薄壁類系列齒圈鑄鋼件，比如其中的兩種齒圈200，該齒圈鑄鋼件的輪廓尺寸為Φ5036*400πιπι，鑄鋼件凈重17t，最大壁厚170mm，最小壁厚30mm。另一種齒圈鑄鋼件的輪廓尺寸為Φ9892*900πιπι，鑄鋼件凈重100t，最大壁厚200mm，最小壁厚50mm。兩種鑄鋼件均為分兩半造型和熱處理，單半鑄鋼件呈C形，在C型齒圈鑄鋼件的開口處設(shè)置拉筋20，按照本發(fā)明所述方法實施熱處理后，鑄鋼件沒有發(fā)生張口、縮口及明顯的翹曲變形。
[0035]按照本發(fā)明所提供的方法進(jìn)行大型薄壁類等易變形鑄鋼件的鑄造生產(chǎn)，通過多爐次的這種鑄鋼件的熱處理和淬火，薄壁鑄鋼件沒有發(fā)現(xiàn)明顯變形，且鑄鋼件的力學(xué)性能均符合顧客要求，同時鑄鋼件各部位硬度值分布均勻，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計效果。同時，該方法還適用于其它類型鑄鋼件的淬火過程以及一些體積較小鑄鋼件的多件同爐同時淬火，以提高生產(chǎn)效率。經(jīng)過批量實際生產(chǎn)使用驗證，本發(fā)明提供的大型薄壁類鑄鋼件防變形熱處理方法，設(shè)計合理、操作簡單、使用方便、節(jié)能降耗、保證了產(chǎn)品質(zhì)量。
[0036]本發(fā)明實施例方法中的步驟可以根據(jù)實際需要進(jìn)行順序調(diào)整、合并和刪減。
[0037]以上所揭露的僅為本發(fā)明較佳實施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述實施例的全部或部分流程，并依本發(fā)明權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬于發(fā)明所涵蓋的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種大型薄壁類鑄鋼件防變形熱處理方法，其特征在于包括: 設(shè)置吊運托盤:設(shè)置一個用于吊運鑄鋼件的托盤，將鑄鋼件放置在所述托盤上，通過吊運托盤來將鑄鋼件移動到需要處理的工位； 設(shè)置鑄鋼件支墊:將鑄鋼件放置在托盤上之后，采用若干楔鐵或冷鐵支撐在鑄鋼件與托盤之間的間隙內(nèi)，以將鑄鋼件穩(wěn)定支撐在托盤上； 設(shè)置外接測溫裝置:在所述鑄鋼件的最厚壁厚處、最薄壁厚處、鑄鋼件的中間位置設(shè)置三個外接測溫裝置，用于監(jiān)測鑄鋼件的最厚壁厚處、最薄壁厚處、鑄鋼件中間位置的溫度； 熱處理:將托盤及鑄鋼件吊運放進(jìn)熱處理爐內(nèi)，將熱處理爐以不大于50°C/h的升溫速度開始升溫，至所述外接測溫裝置的溫度均達(dá)到880?950°C保溫，保溫時間為所述鑄鋼件的最厚壁厚乘以I?1.5min/mm;淬火:將熱處理完成的鑄鋼件吊運至淬火介質(zhì)中快速冷卻，至鑄鋼件的最厚壁厚處的溫度冷卻至100?250°C，結(jié)束淬火，所述淬火介質(zhì)為聚烷撐乙二醇聚合物水溶液，所述聚烷撐乙二醇聚合物水溶液的濃度為10?15%。2.如權(quán)利要求1所述的大型薄壁類鑄鋼件防變形熱處理方法，其特征在于:所述托盤包括平面盤底和設(shè)置在平面盤底邊沿的吊耳，所述平面盤底為網(wǎng)格狀，以使與平面盤底接觸的鑄鋼件的底部與淬火介質(zhì)均勻接觸。3.如權(quán)利要求1所述的大型薄壁類鑄鋼件防變形熱處理方法，其特征在于:對于C型半封閉型的薄壁類鑄鋼件，在所述鑄鋼件的開口處設(shè)置拉筋，以將C型半封閉型鑄鋼件的開口處的兩個端頭連接。4.如權(quán)利要求1所述的大型薄壁類鑄鋼件防變形熱處理方法，其特征在于:對于缸體類半封閉型的薄壁類鑄鋼件，在所述鑄鋼件的開口處沿著直徑方向設(shè)置拉筋，以將缸體類半封閉型鑄鋼件的開口處的內(nèi)壁連接。5.如權(quán)利要求1所述的大型薄壁類鑄鋼件防變形熱處理方法，其特征在于:在淬火的過程中，采用攪拌器對淬火介質(zhì)進(jìn)行均勻地攪拌，以使鑄鋼件各個部位均勻冷卻，防止鑄鋼件因冷卻不均勻?qū)е碌木植繜釕?yīng)力和組織應(yīng)力過大，從而發(fā)生變形。
【文檔編號】C21D1/18GK106048186SQ201610604405
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月28日
【發(fā)明人】馬進(jìn), 郭小強, 蘇志東
【申請人】共享鑄鋼有限公司