專利名稱：一種金屬材料軟化退火處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬材料冷加工前的軟化退火工藝。
背景技術(shù)：
金屬材料在再結(jié)晶溫度以下發(fā)生塑性變形時(shí)，由于位錯(cuò)的密度不斷增大，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)的相互交割加劇，產(chǎn)生位錯(cuò)塞積群、割階、纏結(jié)網(wǎng)等障礙，阻礙位錯(cuò)的進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)，弓丨起變形抗力的增加，使得金屬的強(qiáng)度和硬度升高，塑性和韌性降低，以致喪失繼續(xù)變形的能力，這種現(xiàn)象稱加工硬化(或冷作硬化)。實(shí)際生產(chǎn)中，在對(duì)材料進(jìn)一步冷加工前，須采 用軟化退火工藝消除這種加工硬化現(xiàn)象。然而，常規(guī)的軟化退火和冷卻工藝要求十分嚴(yán)格。比如利用球化退火來消除加工硬化時(shí)，溫度過高或者保溫時(shí)間過大，將使球化核心減少，球化不完全；冷卻速度過快或等溫溫度低則易形成片狀碳化物，使硬度偏高。更重要的是，常規(guī)軟化退火溫度較高(例如，一般鋼材的再結(jié)晶退火溫度大約在650 750°C之間)，除帶來變形大、氧化和合金元素?zé)龘p等一系列不利影響外，還消耗大量能源，不利于節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)。利用磁場(chǎng)改變鐵磁性材料的微觀組織形態(tài)和機(jī)械性能是近年來發(fā)展起來的一種材料加工處理方法。研究表明，周期性變化的磁場(chǎng)可以引起磁致塑性形變現(xiàn)象，改變材料硬度，并在一定程度上降低殘余應(yīng)力。當(dāng)在常規(guī)金屬材料退火工藝基礎(chǔ)上輔以周期性變化的磁場(chǎng)時(shí)，在300 550°C左右就可以發(fā)生再結(jié)晶。這是因?yàn)椋笮』蚍较虺芍芷谛宰兓耐獯艌?chǎng)將在金屬晶體內(nèi)部產(chǎn)生電磁場(chǎng)，其能量以某種形式在金屬晶體內(nèi)部存儲(chǔ)，可以加快晶內(nèi)位錯(cuò)的消失，降低位錯(cuò)-障礙之間的結(jié)合能，推動(dòng)位錯(cuò)的滑移和攀升，從而有利于再結(jié)晶的形核及長(zhǎng)大。此時(shí)，在外界磁場(chǎng)的基礎(chǔ)上，僅以較小的能量便可促使再結(jié)晶的發(fā)生和位錯(cuò)的重新分布，從而顯著降低軟化退火溫度，縮短退火時(shí)間，既達(dá)到降低硬度、改善切削加工性能以便繼續(xù)進(jìn)行冷變形的目的，同時(shí)又使得材料因常規(guī)退火工藝溫度太高造成的變形、氧化和元素?zé)龘p等現(xiàn)象大大減少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種金屬材料軟化退火處理方法，該方法可以降低軟化退火溫度、縮短退火時(shí)間。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是金屬材料軟化退火處理方法，其特征在于它包括如下步驟
1)首先在陶瓷加熱爐外設(shè)置磁場(chǎng)發(fā)生裝置，將待加工的金屬材料放置于陶瓷加熱爐中加熱，加熱至300 550°C，并保溫30 60min ；
2)然后啟動(dòng)磁場(chǎng)發(fā)生裝置對(duì)金屬材料進(jìn)行處理；所述的磁場(chǎng)發(fā)生裝置的磁工藝參數(shù)的選擇范圍為磁感應(yīng)強(qiáng)度為I. 8 2. 2T，磁場(chǎng)頻率為0. I 20Hz，磁處理時(shí)間為2 600s ；最后再爐冷或空冷至室溫。
步驟I)加熱溫度為400 500°C，保溫時(shí)間30 60min。所述的磁感應(yīng)強(qiáng)度為I. 8 2. 2T，磁場(chǎng)頻率為10 20Hz，磁處理時(shí)間為30 60s。所述的陶瓷加熱爐由耐高溫陶瓷制作，高溫陶瓷外面覆以不銹鋼；爐中置有N K分度的熱電偶，熱電偶與數(shù)顯溫度控制器相連。所述的金屬材料為鐵磁性金屬材料(GCrl5棒料、T8鋼塊、8MnSi鋼塊)。與常規(guī)的軟化退火工藝相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
I、本發(fā)明在常規(guī)退火工藝基礎(chǔ)上輔以周期性變化的磁場(chǎng)，可以促進(jìn)再結(jié)晶的形核及長(zhǎng)大，有效降低硬度。2、通過周期性變化磁場(chǎng)的激發(fā)位錯(cuò)、促進(jìn)再結(jié)晶形核作用，顯著降低材料的軟化·退火溫度，縮短退火時(shí)間。3、由于退火溫度較低，不僅避免了溫度過高引起的變形、氧化和部分元素?zé)龘p等現(xiàn)象，而且取得了顯著節(jié)能減排效果。


圖I為本發(fā)明陶瓷加熱爐、磁場(chǎng)發(fā)生裝置的布置示意圖。圖中1_勵(lì)磁線圈，2-墊塊，3-待加工的金屬材料(工件)，4_陶瓷加熱爐，5-三相變頻調(diào)壓裝置，6-交流電源。
具體實(shí)施例方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合具體的實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。即大凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所作的均等變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。實(shí)施例I :
金屬材料軟化退火處理方法(在常規(guī)軟化退火工藝的基礎(chǔ)上耦合周期性變化的磁場(chǎng)，并對(duì)軸承鋼GCrl5棒料進(jìn)行軟化處理)，它包括如下步驟
1)首先在陶瓷加熱爐外設(shè)置磁場(chǎng)發(fā)生裝置(陶瓷加熱爐放置于磁場(chǎng)發(fā)生裝置的勵(lì)磁線圈內(nèi))，將尺寸為50mmX O30mm的GCrl5棒料放置于陶瓷加熱爐中加熱(待加工的金屬材料置于位于陶瓷加熱爐4中的墊塊2上)，加熱至450 500°C，并保溫45min ；
2)然后啟動(dòng)磁場(chǎng)發(fā)生裝置對(duì)金屬材料進(jìn)行處理，產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)對(duì)材料進(jìn)行處理；所述的磁場(chǎng)發(fā)生裝置的磁工藝參數(shù)的選擇范圍為磁感應(yīng)強(qiáng)度為I. 8 2. 2T，磁場(chǎng)頻率為10 20Hz，磁處理時(shí)間約30 50s ;切斷電源，將材料隨爐冷卻至室溫。經(jīng)過本發(fā)明所提供軟化方法處理后GCrl5棒料，其布氏硬度為HWB216，比經(jīng)常規(guī)再結(jié)晶退火工藝后的略高，但本發(fā)明所提供的軟化退火溫度比常規(guī)退火溫度(770 780°C，保溫2h)至少降低了 270°C，而且處理時(shí)間大大縮短，因此，顯著降低了能源消耗。所述的陶瓷加熱爐4由耐高溫陶瓷制作，外面覆以不導(dǎo)磁、電阻率很大且抗腐蝕的不銹鋼；爐中置有N E分度的熱電偶，熱電偶與數(shù)顯溫度控制器相連。爐溫通過與熱電偶相連的數(shù)顯溫度控制器測(cè)量和控制。所述的磁場(chǎng)發(fā)生裝置包括勵(lì)磁線圈I和三相變頻調(diào)壓裝置5，勵(lì)磁線圈I通過導(dǎo)線與三相變頻調(diào)壓裝置的輸出端相連，三相變頻調(diào)壓裝置的輸入端接交流電源6。
本發(fā)明所用周期性變化的磁場(chǎng)是由圖I所示一定匝數(shù)的勵(lì)磁線圈產(chǎn)生。勵(lì)磁線圈與三相變頻調(diào)壓裝置相連，通過此變頻調(diào)壓裝置即可改變勵(lì)磁電流的大小和頻率，進(jìn)而改變使磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和頻率。
實(shí)施例2
金屬材料軟化退火處理方法(在常規(guī)軟化退火工藝的基礎(chǔ)上耦合周期性變化的磁場(chǎng)，并對(duì)碳素工具鋼T8進(jìn)行軟化處理)，它包括如下步驟
1)首先在陶瓷加熱爐外設(shè)置磁場(chǎng)發(fā)生裝置(陶瓷加熱爐放置于磁場(chǎng)發(fā)生裝置的勵(lì)磁線圈內(nèi))，將20mmX 20mmX 20mm的T8鋼塊狀放置于陶瓷加熱爐中加熱，加熱至400 450°C，并保溫30min ；
2)然后啟動(dòng)磁場(chǎng)發(fā)生裝置對(duì)金屬材料進(jìn)行處理；所述的磁場(chǎng)發(fā)生裝置的磁工藝參數(shù)的選擇范圍為磁感應(yīng)強(qiáng)度為I. 8 2. 2T，磁場(chǎng)頻率為10 20Hz，磁處理時(shí)間為40 60s ；最后再爐冷或空冷至室溫。經(jīng)過本發(fā)明所提供軟化方法處理后T8鋼塊狀試樣，其布氏硬度HBW192，與經(jīng)常規(guī)再結(jié)晶退火工藝后的大致相當(dāng)，但本發(fā)明所提供的軟化退火溫度比常規(guī)球化退火溫度(750 770°C，保溫2h)至少降低了 300°C，而且處理時(shí)間大大縮短，因此，顯著降低了能源消耗。實(shí)施例3
金屬材料軟化退火處理方法(在常規(guī)軟化退火工藝的基礎(chǔ)上耦合周期性變化的磁場(chǎng)，并對(duì)模具鋼8MnSi進(jìn)行軟化處理)，它包括如下步驟
1)首先在陶瓷加熱爐外設(shè)置磁場(chǎng)發(fā)生裝置(陶瓷加熱爐放置于磁場(chǎng)發(fā)生裝置的勵(lì)磁線圈內(nèi))，將尺寸為20mmX20mmX20mm的8MnSi鋼塊的放置于陶瓷加熱爐中加熱，加熱至450 470°C，并保溫 60min ；
2)然后啟動(dòng)磁場(chǎng)發(fā)生裝置對(duì)金屬材料進(jìn)行處理；所述的磁場(chǎng)發(fā)生裝置的磁工藝參數(shù)的選擇范圍為磁感應(yīng)強(qiáng)度為I. 8 2. 2T，磁場(chǎng)頻率為10 20Hz，磁處理時(shí)間為35 45s ；最后再爐冷或空冷至室溫。經(jīng)過本發(fā)明所提供軟化方法處理后SMnSi鋼塊，其布氏硬度為HBW232，與經(jīng)常規(guī)退火工藝后的大致相當(dāng)，但本發(fā)明所提供的軟化退火溫度比一般常規(guī)退火溫度(730 750°C，保溫I. 5h)至少降低了 260°C，而且處理時(shí)間有所縮短，因此，也降低了能源消耗。
權(quán)利要求
1.金屬材料軟化退火處理方法，其特征在于它包括如下步驟 1)首先在陶瓷加熱爐外設(shè)置磁場(chǎng)發(fā)生裝置，將待加工的金屬材料放置于陶瓷加熱爐中加熱，加熱至300 550°C，并保溫30 60min ； 2)然后啟動(dòng)磁場(chǎng)發(fā)生裝置對(duì)金屬材料進(jìn)行處理；所述的磁場(chǎng)發(fā)生裝置的磁エ藝參數(shù)的選擇范圍為磁感應(yīng)強(qiáng)度為I. 8 2. 2T，磁場(chǎng)頻率為O. I 20Hz，磁處理時(shí)間為2 600s ；最后再爐冷或空冷至室溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬材料軟化退火處理方法，其特征在于所述的陶瓷加熱爐由耐高溫陶瓷制作，高溫陶瓷外面覆以不銹鋼；爐中置有N E分度的熱電偶，熱電偶與數(shù)顯溫度控制器相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬材料軟化退火處理方法，其特征在于所述的磁感應(yīng)強(qiáng)度為I. 8 2. 2T，磁場(chǎng)頻率為10 20Hz，磁處理時(shí)間為30 60s。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬材料軟化退火處理方法，其特征在于所述的金屬材料為鐵磁性金屬材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及金屬材料冷加工前的軟化退火工藝。金屬材料軟化退火處理方法，其特征在于它包括如下步驟1)首先在陶瓷加熱爐外設(shè)置磁場(chǎng)發(fā)生裝置，將待加工的金屬材料放置于陶瓷加熱爐中加熱，加熱至300～450℃，并保溫30～60min；2)然后啟動(dòng)磁場(chǎng)發(fā)生裝置對(duì)金屬材料進(jìn)行處理；所述的磁場(chǎng)發(fā)生裝置的磁工藝參數(shù)的選擇范圍為磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.8～2.2T，磁場(chǎng)頻率為0.1～20Hz，磁處理時(shí)間為2～600s；最后再爐冷或空冷至室溫。該方法可以降低軟化退火溫度、縮短退火時(shí)間。不僅避免了溫度過高引起的變形、氧化和部分元素?zé)龘p等現(xiàn)象，而且取得了顯著節(jié)能減排效果。
文檔編號(hào)C21D1/04GK102676748SQ20121017047
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月29日
發(fā)明者華林, 宋燕利 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)