Hintergrundtechnologie:
Hochfeste Verbindungselemente Erfordern eine Härte- und Anlassbehandlung gemäß den technischen Anforderungen. Wärmebehandlung Abschrecken und Anlassen Ziel ist die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Verbindungselementen, um die geforderte Zugfestigkeit und Streckgrenze zu erreichen. Die Wärmebehandlung hat einen entscheidenden Einfluss auf die innere Qualität hochfester Verbindungselemente, insbesondere auf deren Materialbeschaffenheit. Beim Härten und Anlassen wird üblicherweise Oxidationsgas von außerhalb des Ofens zugeführt. Dieses reagiert mit dem Bolzen und führt zu einer Entkohlung der Bolzenoberfläche. Aufgrund der unterschiedlichen Oberflächen- und inneren Strukturen ergeben sich unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten. Beim Härten können Oberflächenrisse entstehen, die die Produktqualität mindern. Die traditionelle Wärmebehandlung sieht vor, die Bolzen direkt in einen Härteofen zu geben und bei hoher Temperatur abzuschrecken. Beim Härten und Anlassen können Probleme wie unzureichende oder ungleichmäßige Härte im abgeschreckten Zustand, übermäßige Verformung und Rissbildung auftreten. Daher ist eine Verbesserung der traditionellen Wärmebehandlung notwendig.
Technische Umsetzungselemente:
Um die Mängel der bestehenden Technologie zu beheben, ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Wärmebehandlungsverfahren für Schrauben bereitzustellen, das eine bessere Abschreckwirkung, eine verbesserte Produktqualität und eine verlängerte Produktlebensdauer ermöglicht.
Um die oben genannten Ziele zu erreichen, verfolgt die vorliegende Erfindung die folgende technische Lösung:
Der Wärmebehandlungsprozess von Schrauben umfasst folgende Schritte:
S1. Entphosphorung;
S2. Vorbehandlung: Das Produkt wird in einen Vorheizofen gegeben und kontinuierlich mit heißem Stickstoffgas gespült. Nach 2,5 bis 3 Stunden Vorheizzeit wird es entnommen und zur Aufkohlungsbehandlung in einen Aufkohlungsofen gegeben;
S3. Abschrecken: Das Produkt wird in einen Abschreckofen gegeben und kontinuierlich mit Stickstoff gespült. Nach 30–40 Minuten Stickstoffzufuhr wird die Temperatur des Abschreckofens langsam auf 460–500 °C erhöht und 15–20 Minuten gehalten, bevor mit dem ersten Abschreckschritt fortgefahren wird. Anschließend wird die Temperatur des Abschreckofens langsam auf 550–700 °C erhöht und 20–35 Minuten gehalten, bevor mit dem zweiten Abschreckschritt fortgefahren wird. Abschließend wird die Temperatur des Abschreckofens langsam auf 750–850 °C erhöht und 30–45 Minuten gehalten, bevor mit dem dritten Abschreckschritt fortgefahren wird.
S4. Ölkühlung: Das abgeschreckte Produkt entnehmen und zur Ölkühlung in den ersten Abschrecköltank geben, alle 15 Minuten umrühren und 20-30 Minuten lang halten; Nach der Entnahme in den zweiten Abschrecköltank geben und alle 15 Minuten umrühren, bis die Produkttemperatur auf 100 °C gesunken ist;
S5. Ölentfernung: Das abgekühlte Produkt herausnehmen und 35-45 Minuten stehen lassen, dann das Abschrecköl auf der Oberfläche des Produkts mit kalter Luft abblasen;
S6. Anlassen: Das entfettete Produkt wird zur Anlassbehandlung in einen Anlassofen gegeben. Die Anlasstemperatur wird auf 110–180 °C und die Anlasszeit auf 1,5–3 Stunden eingestellt. Dies ist der erste Anlassschritt. Anschließend wird die Temperatur auf 370–410 °C erhöht und das Produkt 3–6 Stunden lang angelassen, bevor der zweite Anlassschritt durchgeführt wird. Nach dem Anlassen wird das Produkt an der Luft auf Raumtemperatur abgekühlt.
Vorzugsweise besteht die Reinigungslösung in Schritt s1 aus folgenden Massenanteilen: 20-36 Teile Butylacetat, 10-13 Teile Polyglykolsäure, 16-20 Teile Aminoessigsäure, 13-22 Teile Ethylacrylat, 5-9 Teile Ölsäuretriethanolaminsalz, 3-16 Teile Ethanolamin und 18-26 Teile Wasser. Diese Zusammensetzung ermöglicht die effektive Entfernung von Ölflecken auf der Produktoberfläche und verhindert eine Beeinträchtigung der Löschwirkung.
Vorzugsweise ist der zuvor genannte Entphosphorierungstank mit einer Entphosphorierungslösung ausgestattet, wobei eine Kaliumhydroxidlösung mit einer Konzentration von 2,2-6,5 g/l oder eine Natriumhydroxidlösung mit einer Konzentration von 2,8-6,9 g/l gewählt wird.
Vorzugsweise wird im zuvor genannten Schritt s2 das in den Vorwärmofen eingeleitete Hochtemperatur-Stickstoffgas mit einer Durchflussrate von 2,5–3,5 l/h in den Abschreckofen eingeleitet. Durch das Vorwärmen des Produkts kann die Reinigungslösung auf seiner Oberfläche getrocknet werden, und ein plötzlicher Temperaturanstieg im Abschreckofen, der die Produktqualität beeinträchtigen könnte, wird vermieden.
Vorzugsweise beträgt die Stickstoffdurchflussrate in Schritt s3 oben 4-5 l/h, wodurch die Luft aus dem Vorwärmofen entfernt, eine Oxidationsreaktion zwischen Sauerstoff und dem Produkt vermieden und eine Entkohlung verhindert wird, die zum Versagen von Gewindeverbindungen und zur Verkürzung der Lebensdauer des Produkts führen kann.
Konkret beträgt die Aufheizrate des Abschreckofens in Schritt s3 während der Aufheizphase auf 460–500 °C 30–40 °C/min, während der Aufheizphase auf 550–700 °C 50–60 °C/min und während der Aufheizphase auf 750–850 °C 70–90 °C/min. Durch diese stufenweise Erwärmung und Abschreckung wird die Abschreckwirkung des Produkts verbessert und dessen Qualität gesteigert.
Vorzugsweise beträgt die Temperatur des Abschrecköls im ersten Abschrecköltank in Schritt s4 250-300 ℃ und die Temperatur des Abschrecköls im zweiten Abschrecköltank 50-70 ℃.
Vorzugsweise beträgt die Temperatur der kalten Luft in Schritt s5 oben 30-35 ℃ und die Windgeschwindigkeit 20-25 m/s.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung liegen in der einfachen und unkomplizierten Wärmebehandlung der Schraube sowie in der guten Härtewirkung. Durch Vorwärmen des Produkts kann die Reinigungslösung auf der Oberfläche getrocknet werden, und der plötzliche Temperaturanstieg im Härteofen verhindert eine Beeinträchtigung der Produktqualität. Der im Vorwärmofen verwendete Hochtemperaturstickstoff stammt aus dem Härteofen, wodurch die Heizvorrichtung im Vorwärmofen entfällt. Dies spart Energie und senkt die Produktionskosten. Die Stickstoffzufuhr in die Vorwärm- und Härteöfen verdrängt die Luft und verhindert Oxidationsreaktionen zwischen Sauerstoff und Produkt. Dadurch wird die Entkohlung und das Versagen von Gewindeverbindungen vermieden und die Lebensdauer des Produkts verlängert. Eine stufenweise Wärmebehandlung verbessert die Härtewirkung und die Produktqualität. Eine stufenweise Ölkühlung kühlt Hochtemperaturprodukte effektiv und qualitätsschonend ab.
Spezifische Implementierungsmethode
Nachfolgend eine detaillierte Einführung in die vorliegende Erfindung zusammen mit spezifischen Ausführungsbeispielen.
Beispiel 1
Der Wärmebehandlungsprozess von Schrauben umfasst folgende Schritte:
S1. Entphosphorung;
Die Reinigungslösung besteht aus folgenden Komponenten in Massenanteilen: 20 Teile Butylacetat, 10 Teile Polyglykolsäure, 16 Teile Aminoessigsäure, 13 Teile Ethylacrylat, 5 Teile Ölsäuretriethanolaminsalz, 3 Teile Ethanolamin und 18 Teile Wasser; Der Entphosphorierungstank ist mit einer Entphosphorierungslösung ausgestattet, die eine Kaliumhydroxidlösung mit einer Konzentration von 2,2 g/l verwendet;
S2. Vorbehandlung: Das Produkt wird in einen Vorheizofen gegeben und kontinuierlich mit heißem Stickstoffgas gespült. Nach 2,5 Stunden Vorheizzeit wird es entnommen und zur Aufkohlungsbehandlung in einen Aufkohlungsofen gegeben;
S3. Abschrecken: Das Produkt wird in den Abschreckofen gegeben und kontinuierlich mit Stickstoff gespült. Die Stickstoffdurchflussrate beträgt 4 l/h. Nach 30-minütiger Stickstoffzufuhr wird die Temperatur des Abschreckofens langsam mit einer Heizrate von 30 °C/min auf 460 °C erhöht und 15 Minuten lang gehalten, bevor die erste Stufe der Abschreckbehandlung eingeleitet wird. Anschließend wird die Temperatur des Abschreckofens langsam mit einer Heizrate von 50 °C/min auf 550 °C erhöht und 20 Minuten lang gehalten, bevor die zweite Stufe der Abschreckbehandlung eingeleitet wird. Abschließend wird die Temperatur des Abschreckofens langsam mit einer Heizrate von 70 °C/min auf 750 °C erhöht und 30 Minuten lang gehalten, bevor die dritte Stufe der Abschreckbehandlung eingeleitet wird.
S4. Ölkühlung: Das abgeschreckte Produkt entnehmen und zur Ölkühlung in den ersten Abschreckölbehälter geben. Die Temperatur des Abschrecköls beträgt 250 °C. Alle 15 Minuten umrühren, insgesamt 20 Minuten lang. Anschließend das Produkt in den zweiten Abschreckölbehälter geben und bei einer Temperatur von 50 °C alle 15 Minuten umrühren, bis die Produkttemperatur auf 100 °C gesunken ist.
S5. Ölentfernung: Das abgekühlte Produkt herausnehmen und 35 Minuten stehen lassen. Das Abschrecköl auf der Oberfläche des Produkts mit kalter Luft von 30 °C und einer Windgeschwindigkeit von 20 m/s abblasen;
S6. Anlassen: Das entfettete Produkt wird zur Anlassbehandlung in einen Anlassofen gegeben. Die Anlasstemperatur wird auf 110 °C und die Anlasszeit auf 1,5 Stunden eingestellt. Dies ist der erste Anlassschritt. Anschließend wird die Temperatur auf 370 °C erhöht, weitere 3 Stunden angelassen und der zweite Anlassschritt durchgeführt. Nach dem Anlassen wird das Produkt an der Luft auf Raumtemperatur abgekühlt.
Das in Schritt s2 dieser Ausführungsform in den Vorwärmofen eingeleitete Hochtemperatur-Stickstoffgas ist das Stickstoffgas aus dem Abschreckofen aus Schritt s3, und die Durchflussrate des Hochtemperatur-Stickstoffgases beträgt 2,5 l/h.
Beispiel 2
Die Prozessschritte in dieser Ausführungsform sind die gleichen wie in Beispiel 1, mit Ausnahme der spezifischen Prozessbedingungen, die die folgenden Schritte umfassen:
S1. Entphosphorung: Das Produkt in die Reinigungsmaschine geben und die Reinigungslösung einfüllen, bis das Produkt vollständig bedeckt ist. Die Reinigungstemperatur auf 50 °C einstellen und alle 15 Minuten umrühren. Nach 3 Stunden Reinigung das Produkt entnehmen und zur Entphosphorungsbehandlung in den Entphosphorungstank geben;
Die Reinigungslösung besteht aus folgenden Massenkomponenten: 36 Teile Butylacetat, 13 Teile Polyglykolsäure, 20 Teile Aminoessigsäure, 22 Teile Ethylacrylat, 9 Teile Ölsäuretriethanolaminsalz, 16 Teile Ethanolamin und 26 Teile Wasser; Der Entphosphorierungstank ist mit einer Entphosphorierungslösung ausgestattet, die als Kaliumhydroxidlösung mit einer Konzentration von 6,5 g/l oder als Natriumhydroxidlösung mit einer Konzentration von 6,9 g/l ausgewählt ist;
S2. Vorbehandlung: Das Produkt wird in einen Vorheizofen gegeben und kontinuierlich mit heißem Stickstoffgas beaufschlagt. Nach 3 Stunden Vorheizen wird es entnommen und zur Aufkohlungsbehandlung in einen Aufkohlungsofen gegeben;
S3. Abschrecken: Das Produkt wird in den Abschreckofen gegeben und kontinuierlich mit Stickstoff beaufschlagt. Die Stickstoffdurchflussrate beträgt 5 l/h. Nach 40 Minuten Stickstoffbeaufschlagung wird die Temperatur des Abschreckofens langsam mit einer Heizrate von 40 °C/min auf 500 °C erhöht und 20 Minuten lang gehalten, bevor die erste Stufe der Abschreckbehandlung eingeleitet wird. Anschließend wird die Temperatur des Abschreckofens langsam mit einer Heizrate von 60 °C/min auf 700 °C erhöht und 35 Minuten lang gehalten, bevor die zweite Stufe der Abschreckbehandlung eingeleitet wird. Abschließend wird die Temperatur des Abschreckofens langsam mit einer Heizrate von 90 °C/min auf 850 °C erhöht und 45 Minuten lang gehalten, bevor die dritte Stufe der Abschreckbehandlung eingeleitet wird.
S4. Ölkühlung: Das abgeschreckte Produkt entnehmen und zur Ölkühlung in den ersten Abschreckölbehälter geben. Die Temperatur des Abschrecköls beträgt 300 °C. Alle 15 Minuten umrühren, und zwar 30 Minuten lang. Anschließend das Produkt in den zweiten Abschreckölbehälter geben und dort mit einer Temperatur von 70 °C weiter abkühlen lassen. Alle 15 Minuten umrühren, bis die Produkttemperatur auf 100 °C gesunken ist.
S5. Ölentfernung: Das abgekühlte Produkt herausnehmen und 45 Minuten stehen lassen. Das Abschrecköl auf der Oberfläche des Produkts mit kalter Luft von 35 °C und einer Windgeschwindigkeit von 25 m/s abblasen;
S6. Anlassen: Das entfettete Produkt wird zur Anlassbehandlung in einen Anlassofen gegeben. Die Anlasstemperatur wird auf 180 °C und die Anlasszeit auf 3 Stunden eingestellt. Dies ist der erste Anlassschritt. Anschließend wird die Temperatur auf 410 °C erhöht, weitere 6 Stunden angelassen und der zweite Anlassschritt durchgeführt. Nach dem Anlassen wird das Produkt an der Luft auf Raumtemperatur abgekühlt.
Das in Schritt s2 dieser Ausführungsform in den Vorwärmofen eingeleitete Hochtemperatur-Stickstoffgas ist das Stickstoffgas aus dem Abschreckofen aus Schritt s3, mit einer Durchflussrate von 3,5 l/h für Hochtemperatur-Stickstoffgas.
Beispiel 3
Die Prozessschritte in dieser Ausführungsform sind die gleichen wie in Beispiel 1, mit Ausnahme der spezifischen Prozessbedingungen, die die folgenden Schritte umfassen:
S1. Entphosphorung;
Die Reinigungslösung besteht aus folgenden Komponenten in Massenanteilen: 28 Teile Butylacetat, 12 Teile Polyglykolsäure, 18 Teile Aminoessigsäure, 18 Teile Ethylacrylat, 7 Teile Ölsäuretriethanolaminsalz, 10 Teile Ethanolamin und 22 Teile Wasser; Der Entphosphorierungstank ist mit einer Entphosphorierungslösung ausgestattet, die als Natriumhydroxidlösung mit einer Konzentration von 4,5 g/l ausgewählt ist;
S2. Vorbehandlung: Das Produkt wird in einen Vorheizofen gegeben und kontinuierlich mit heißem Stickstoffgas gespült. Nach 2,7 Stunden Vorheizzeit wird es entnommen und zur Aufkohlungsbehandlung in einen Aufkohlungsofen gegeben;
S3. Abschrecken: Das Produkt wird in den Abschreckofen gegeben und kontinuierlich mit Stickstoff beaufschlagt. Die Stickstoffdurchflussrate beträgt 4,5 l/h. Nach 35 Minuten Stickstoffbeaufschlagung wird die Temperatur des Abschreckofens langsam mit einer Heizrate von 35 °C/min auf 480 °C erhöht und 18 Minuten lang gehalten, bevor die erste Stufe der Abschreckbehandlung eingeleitet wird. Anschließend wird die Temperatur des Abschreckofens langsam mit einer Heizrate von 55 °C/min auf 575 °C erhöht und 27 Minuten lang gehalten, bevor die zweite Stufe der Abschreckbehandlung eingeleitet wird. Abschließend wird die Temperatur des Abschreckofens langsam mit einer Heizrate von 80 °C/min auf 800 °C erhöht und 38 Minuten lang gehalten, bevor die dritte Stufe der Abschreckbehandlung eingeleitet wird.
S4. Ölkühlung: Das abgeschreckte Produkt entnehmen und zur Ölkühlung in den ersten Abschreckölbehälter geben. Die Temperatur des Abschrecköls beträgt 275 °C. Alle 15 Minuten umrühren, insgesamt 25 Minuten lang. Anschließend das Produkt in den zweiten Abschreckölbehälter geben und bei einer Temperatur von 60 °C alle 15 Minuten umrühren, bis die Produkttemperatur auf 100 °C gesunken ist.
S5. Ölentfernung: Das abgekühlte Produkt herausnehmen und 40 Minuten stehen lassen. Das Abschrecköl auf der Oberfläche des Produkts mit kalter Luft (33 °C, 22 m/s) abblasen;
S6. Anlassen: Das entfettete Produkt wird zur Anlassbehandlung in einen Anlassofen gegeben. Die Anlasstemperatur wird auf 145 °C und die Anlasszeit auf 2,2 Stunden eingestellt. Dies ist der erste Anlassschritt. Anschließend wird die Temperatur auf 390 °C erhöht, weitere 4,5 Stunden angelassen und der zweite Anlassschritt durchgeführt. Nach dem Anlassen wird das Produkt an der Luft auf Raumtemperatur abgekühlt.
Der in Schritt s2 dieser Ausführungsform in den Vorwärmofen eingeleitete Hochtemperaturstickstoff ist der Stickstoff im Abschreckofen aus Schritt s3, mit einer Durchflussrate von 3l/h.
Prüfung der mechanischen Leistungsfähigkeit
Den Testergebnissen zufolge ist ersichtlich, dass die Festigkeit der mit dem erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsverfahren behandelten Schrauben über 10,5 liegt und somit die Qualitätsanforderungen erfüllt.
Das Wärmebehandlungsverfahren für die Schraube gemäß der vorliegenden Erfindung ist einfach, leicht durchzuführen und erzielt eine gute Abschreckwirkung. Durch Vorwärmen des Produkts kann die Reinigungslösung auf der Oberfläche getrocknet werden, und der plötzliche Temperaturanstieg im Abschreckofen verhindert eine Beeinträchtigung der Produktqualität. Der im Vorwärmofen verwendete Hochtemperaturstickstoff stammt aus dem Abschreckofen, wodurch die Heizvorrichtung im Vorwärmofen entfällt. Dies spart Energie und senkt die Produktionskosten. Die Stickstoffeinleitung in die Vorwärm- und Abschrecköfen verdrängt die Luft und verhindert so Oxidationsreaktionen zwischen Sauerstoff und Produkt. Dadurch wird die Entkohlung und das Versagen der Gewindeverbindungen vermieden und die Lebensdauer des Produkts verlängert. Eine stufenweise Wärmebehandlung beim Abschrecken verbessert die Abschreckwirkung und damit die Produktqualität. Eine stufenweise Ölkühlung kühlt Hochtemperaturprodukte effektiv ab, ohne deren Qualität zu beeinträchtigen.
In der Beschreibung dieser Spezifikation bedeutet die Bezugnahme auf Begriffe wie „eine Ausführungsform“, „einige Ausführungsformen“, „Beispiele“, „spezifische Beispiele“ oder „einige Beispiele“, dass die in Verbindung mit der Ausführungsform oder dem Beispiel beschriebenen spezifischen Merkmale, Strukturen, Materialien oder Eigenschaften in mindestens einer Ausführungsform oder einem Beispiel der vorliegenden Erfindung enthalten sind. Die schematischen Darstellungen der oben genannten Begriffe in dieser Spezifikation beziehen sich nicht notwendigerweise auf dieselben Ausführungsformen oder Beispiele. Darüber hinaus können die beschriebenen spezifischen Merkmale, Strukturen, Materialien oder Eigenschaften in einer oder mehreren Ausführungsformen oder Beispielen auf geeignete Weise kombiniert werden.
Die obigen Ausführungen zeigen und beschreiben die Grundprinzipien, Hauptmerkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung. Fachleute in diesem Bereich sollten verstehen, dass die oben genannten Ausführungsformen die vorliegende Erfindung in keiner Weise einschränken und dass alle technischen Lösungen, die durch gleichwertigen Austausch oder gleichwertige Umwandlung erzielt werden, unter den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen.
Veröffentlichungsdatum: 04.04.2023