Technologie na pozadí:
Vysoce pevné spojovací prvkyvyžadují kalení a popouštění dle technických požadavků.Tepelné zpracování kalením a popouštěnímje zlepšit komplexní mechanické vlastnosti spojovacích prvků tak, aby splňovaly specifikovanou pevnost v tahu a poměr kluzu výrobků. Proces tepelného zpracování má zásadní vliv na vnitřní kvalitu vysokopevnostních spojovacích prvků, zejména na jejich vnitřní kvalitu. Během procesu tepelného zpracování kalením a popouštěním se obvykle do pece přivádí určitý oxidační plyn. Oxidační plyn reaguje se šroubem a způsobuje oduhličení na povrchu šroubu. Vzhledem k odlišným povrchovým a vnitřním strukturám má šroub různé koeficienty roztažnosti. Během kalení se mohou vyskytnout povrchové trhliny, které snižují kvalitu výrobku. Tradiční proces tepelného zpracování zahrnuje přímé umístění šroubů do kalicí pece pro kalení za vysokých teplot. Během procesu kalení a popouštění se náchylně vyskytují problémy, jako je nedostatečná tvrdost v kaleném stavu, nerovnoměrná tvrdost v kaleném stavu, nadměrná deformace při kalení a praskání při kalení. Vzhledem k tomu je nutné tradiční proces tepelného zpracování vylepšit.
Prvky technické implementace:
Aby se řešily nedostatky stávající technologie, cílem předkládaného vynálezu je poskytnout proces tepelného zpracování šroubů s lepším kalícím účinkem, zlepšenou kvalitou výrobku a prodlouženou životností výrobku.
Pro dosažení výše uvedených cílů tento vynález využívá následující technické řešení:
Proces tepelného zpracování šroubů zahrnuje následující kroky:
S1. Defosforizace;
S2. Předúprava: Výrobek se umístí do předehřívací pece a do ní se kontinuálně vstřikuje vysokoteplotní plynný dusík. Po 2,5 až 3 hodinách předehřívání se výrobek vyjme a umístí se do cementační pece pro cementační úpravu.
S3. Kalení: Umístěte výrobek do kalicí pece a nepřetržitě do ní vstřikujte dusík. Po 30–40 minutách vstřikování dusíku pomalu zvyšte teplotu kalicí pece na 460–500 °C a udržujte ji 15–20 minut, než budete pokračovat v první fázi kalení; pomalu zvyšte teplotu kalicí pece na 550–700 °C a udržujte ji 20–35 minut, než budete pokračovat ve druhé fázi kalení; pomalu zvyšte teplotu kalicí pece na 750–850 °C a udržujte ji 30–45 minut, než budete pokračovat ve třetí fázi kalení;
S4. Chlazení olejem: Vyjměte kalený produkt a vložte jej do první nádrže s kalicím olejem pro chlazení olejem, míchejte každých 15 minut a udržujte jej v této poloze 20–30 minut; Po vyjmutí jej vložte do druhé nádrže s kalicím olejem pro chlazení olejem, míchejte každých 15 minut, dokud teplota produktu neklesne na 100 ℃;
S5. Odstranění oleje: Vyjměte vychladlý produkt a nechte jej 35–45 minut odstát a poté z povrchu produktu ofoukněte studeným vzduchem kalicí olej;
S6. Popouštění: Vložte odmaštěný výrobek do popouštěcí pece pro popouštění, upravte teplotu popouštění na 110–180 °C a dobu popouštění na 1,5–3 hodiny. Proveďte první fázi popouštění; Zvyšte teplotu na 370–410 °C a popouštějte 3–6 hodin, než budete pokračovat s druhou fází popouštění; Po popouštění nechte výrobek ochladit vzduchem na pokojovou teplotu.
V kroku s1 výše se čisticí roztok s výhodou skládá z následujících hmotnostních složek: 20–36 dílů butylacetátu, 10–13 dílů kyseliny polyglykolové, 16–20 dílů kyseliny aminooctové, 13–22 dílů ethylakrylátu, 5–9 dílů triethanolaminové soli kyseliny olejové, 3–16 dílů ethanolaminu a 18–26 dílů vody, což může účinně odstranit olejové skvrny z povrchu výrobku a zabránit ovlivnění kalení.
Výhodněji je výše uvedená defosforečnací nádrž vybavena defosforečnacími roztoky, které volí roztok hydroxidu draselného s koncentrací 2,2-6,5 g/l nebo roztok hydroxidu sodného s koncentrací 2,8-6,9 g/l.
Výhodněji je ve výše uvedeném kroku s2 vysokoteplotním plynným dusíkem přiváděným do předehřívací pece tentýž plynný dusík z kalicí pece v kroku s3 s průtokem 2,5–3,5 l/h. Předehřátím produktu lze vysušit čisticí roztok na jeho povrchu a náhlé zvýšení teploty v kalicí peci může zabránit ovlivnění kvality produktu.
Dále je výhodné, aby v kroku s3 výše byl průtok dusíku 4-5 l/h, což může odstranit vzduch z předehřívací pece, zabránit oxidační reakci mezi kyslíkem a produktem a zabránit oduhličení, které může způsobit selhání závitových spojů a zkrátit životnost produktu.
Konkrétně v kroku s3 výše je rychlost ohřevu kalicí pece během období ohřevu na 460-500 °C 30-40 °C/min, rychlost ohřevu během období ohřevu na 550-700 °C je 50-60 °C/min a rychlost ohřevu během období ohřevu na 750-850 °C je 70-90 °C/min. Postupné ohřevné kalení může zlepšit kalicí účinek produktu a zlepšit jeho kvalitu.
V kroku s4 je teplota kalicího oleje v první nádrži kalicího oleje s výhodou 250–300 °C a teplota kalicího oleje v druhé nádrži kalicího oleje s výhodou 50–70 °C.
Výhodněji je v kroku s5 výše teplota studeného vzduchu 30–35 °C a rychlost větru 20–25 m/s.
Výhody předkládaného vynálezu spočívají v tom, že proces tepelného zpracování šroubu je jednoduchý, snadno se ovládá a má dobrý kalicí účinek. Předehřátím produktu lze vysušit čisticí roztok na jeho povrchu a náhlé zvýšení teploty v kalicí peci může zabránit ovlivnění kvality produktu; Vysokoteplotní dusík používaný v předehřívací peci pochází z kalicí pece, čímž se eliminuje topné zařízení v předehřívací peci, což může ušetřit spotřebu energie a snížit výrobní náklady; Vstřikování dusíku do předehřívací a kalicí pece může odstranit vzduch uvnitř, čímž se zabrání oxidačním reakcím mezi kyslíkem a produktem, čímž se zabrání oduhličení a poškození závitových spojů a prodlouží se životnost produktu; Postupné kalení ohřevem může zlepšit kalicí účinek produktu a zlepšit jeho kvalitu; Postupné chlazení olejem může účinně chladit vysokoteplotní produkty bez poškození jejich kvality.
Specifická metoda implementace
Následuje konkrétní úvod do předkládaného vynálezu ve spojení s konkrétními provedeními.
Příklad 1
Proces tepelného zpracování šroubů zahrnuje následující kroky:
S1. Defosforizace;
Čisticí roztok se skládá z následujících hmotnostních složek: 20 dílů butylacetátu, 10 dílů kyseliny polyglykolové, 16 dílů kyseliny aminooctové, 13 dílů ethylakrylátu, 5 dílů triethanolaminové soli kyseliny olejové, 3 díly ethanolaminu a 18 dílů vody; Defosforečnací nádrž je vybavena defosforečnacím roztokem, který používá roztok hydroxidu draselného o koncentraci 2,2 g/l;
S2. Předúprava: Výrobek se umístí do předehřívací pece a do ní se kontinuálně vstřikuje vysokoteplotní plynný dusík. Po 2,5 hodinách předehřívání se výrobek vyjme a umístí do cementační pece pro cementační úpravu.
S3. Kalení: Vložte výrobek do kalicí pece a kontinuálně do kalicí pece vstřikujte plynný dusík. Průtok plynného dusíku je 4 l/h a po 30 minutách vstřikování plynného dusíku pomalu zvyšte teplotu kalicí pece na 460 °C s rychlostí ohřevu 30 °C/min a udržujte ji 15 minut před zahájením první fáze kalení; pomalu zvyšte teplotu kalicí pece na 550 °C s rychlostí ohřevu 50 °C/min a udržujte ji 20 minut před zahájením druhé fáze kalení; pomalu zvyšte teplotu kalicí pece na 750 °C s rychlostí ohřevu 70 °C/min a udržujte ji 30 minut před zahájením třetí fáze kalení;
S4. Chlazení olejem: Vyjměte kalený produkt a vložte jej do první nádrže s kalicím olejem pro chlazení olejem. Teplota kalicího oleje je 250 °C a míchejte jej každých 15 minut po dobu 20 minut. Po vyjmutí jej vložte do druhé nádrže s kalicím olejem pro chlazení olejem s teplotou kalicího oleje 50 °C a míchejte jej každých 15 minut, dokud teplota produktu neklesne na 100 °C.
S5. Odstranění oleje: Vyjměte vychladlý produkt a nechte jej 35 minut stát. Z povrchu produktu odstraňte kalicí olej foukáním studeného vzduchu o teplotě 30 °C a rychlosti větru 20 m/s;
S6. Popouštění: Vložte odmaštěný výrobek do popouštěcí pece pro popouštění, upravte teplotu popouštění na 110 °C a dobu popouštění na 1,5 hodiny. Proveďte první fázi popouštění; Zvyšte teplotu na 370 °C, popouštějte 3 hodiny a pokračujte druhou fází popouštění; Po popouštění nechte výrobek ochladit vzduchem na pokojovou teplotu.
Vysokoteplotní plynný dusík přiváděný do předehřívací pece v kroku s2 tohoto provedení je plynný dusík z kalicí pece v kroku s3 a průtok vysokoteplotního plynného dusíku je 2,5 l/h.
Příklad 2
Postupy procesu v tomto provedení jsou stejné jako v příkladu 1, s výjimkou specifických postupových podmínek, které zahrnují následující kroky:
S1. Defosforizace: Vložte produkt do čisticího stroje a nalévejte čisticí roztok, dokud není produkt zcela ponořen do čisticího roztoku. Nastavte teplotu čištění na 50 °C a míchejte každých 15 minut. Po 3 hodinách čištění vyjměte produkt a vložte jej do defosforační nádrže k defosforizaci;
Čisticí roztok se skládá z následujících hmotnostních složek: 36 dílů butylacetátu, 13 dílů kyseliny polyglykolové, 20 dílů kyseliny aminooctové, 22 dílů ethylakrylátu, 9 dílů triethanolaminové soli kyseliny olejové, 16 dílů ethanolaminu a 26 dílů vody; Odfosforečnací nádrž je vybavena odfosforečnacím roztokem, který je zvolen jako roztok hydroxidu draselného s koncentrací 6,5 g/l nebo roztok hydroxidu sodného s koncentrací 6,9 g/l;
S2. Předúprava: Výrobek se umístí do předehřívací pece a do ní se kontinuálně vstřikuje vysokoteplotní dusík. Po 3 hodinách předehřívání se výrobek vyjme a umístí do cementační pece k cementačnímu zpracování.
S3. Kalení: Vložte výrobek do kalicí pece a kontinuálně do kalicí pece vstřikujte plynný dusík. Průtok plynného dusíku je 5 l/h a po 40minutovém vstřikování plynného dusíku pomalu zvyšte teplotu kalicí pece na 500 °C s rychlostí ohřevu 40 °C/min a udržujte ji 20 minut před zahájením první fáze kalení; pomalu zvyšte teplotu kalicí pece na 700 °C s rychlostí ohřevu 60 °C/min a udržujte ji 35 minut před zahájením druhé fáze kalení; pomalu zvyšte teplotu kalicí pece na 850 °C s rychlostí ohřevu 90 °C/min a udržujte ji 45 minut před zahájením třetí fáze kalení;
S4. Chlazení olejem: Vyjměte kalený produkt a vložte jej do první nádrže s kalicím olejem pro chlazení olejem. Teplota kalicího oleje je 300 °C a míchejte jej každých 15 minut po dobu 30 minut. Po vyjmutí jej vložte do druhé nádrže s kalicím olejem pro chlazení olejem s teplotou kalicího oleje 70 °C a míchejte jej každých 15 minut, dokud teplota produktu neklesne na 100 °C.
S5. Odstranění oleje: Vyjměte vychladlý produkt a nechte jej 45 minut stát. Z povrchu produktu odstraňte kalicí olej foukáním studeného vzduchu o teplotě 35 °C a rychlosti větru 25 m/s;
S6. Popouštění: Odmaštěný výrobek vložte do popouštěcí pece pro popouštění, upravte teplotu popouštění na 180 °C a dobu popouštění na 3 hodiny. Proveďte první fázi popouštění; Zvyšte teplotu na 410 °C, popouštějte 6 hodin a pokračujte druhou fází popouštění; Po popouštění nechte výrobek ochladit vzduchem na pokojovou teplotu.
Vysokoteplotní plynný dusík přiváděný do předehřívací pece v kroku s2 tohoto provedení je plynný dusík z kalicí pece v kroku s3 s průtokem 3,5 l/h pro vysokoteplotní plynný dusík.
Příklad 3
Postupy procesu v tomto provedení jsou stejné jako v příkladu 1, s výjimkou specifických postupových podmínek, které zahrnují následující kroky:
S1. Defosforizace;
Čisticí roztok se skládá z následujících hmotnostních složek: 28 dílů butylacetátu, 12 dílů kyseliny polyglykolové, 18 dílů kyseliny aminooctové, 18 dílů ethylakrylátu, 7 dílů triethanolaminové soli kyseliny olejové, 10 dílů ethanolaminu a 22 dílů vody; Defosforečnací nádrž je vybavena defosforečnacím roztokem, který je zvolen jako roztok hydroxidu sodného o koncentraci 4,5 g/l;
S2. Předúprava: Výrobek umístěte do předehřívací pece a do ní kontinuálně vstřikujte vysokoteplotní plynný dusík. Po 2,7 hodinách předehřívání jej vyjměte a umístěte do cementační pece pro cementační úpravu.
S3. Kalení: Vložte výrobek do kalicí pece a kontinuálně do ní vstřikujte plynný dusík. Průtok plynného dusíku je 4,5 l/h a po 35 minutách vstřikování plynného dusíku pomalu zvyšte teplotu kalicí pece na 480 °C s rychlostí ohřevu 35 °C/min a udržujte ji 18 minut před zahájením první fáze kalení; pomalu zvyšte teplotu kalicí pece na 575 °C s rychlostí ohřevu 55 °C/min a udržujte ji 27 minut před zahájením druhé fáze kalení; pomalu zvyšte teplotu kalicí pece na 800 °C s rychlostí ohřevu 80 °C/min a udržujte ji 38 minut před zahájením třetí fáze kalení;
S4. Chlazení olejem: Vyjměte kalený produkt a vložte jej do první nádrže s kalicím olejem pro chlazení olejem. Teplota kalicího oleje je 275 °C a míchejte jej každých 15 minut po dobu 25 minut. Po vyjmutí jej vložte do druhé nádrže s kalicím olejem pro chlazení olejem s teplotou kalicího oleje 60 °C a míchejte jej každých 15 minut, dokud teplota produktu neklesne na 100 °C.
S5. Odstranění oleje: Vyjměte vychladlý produkt a nechte jej 40 minut stát. Olej z kalicího systému z povrchu produktu ofoukněte studeným vzduchem o teplotě 33 °C a rychlosti větru 22 m/s;
S6. Popouštění: Vložte odmaštěný výrobek do popouštěcí pece pro popouštění, upravte teplotu popouštění na 145 °C a dobu popouštění na 2,2 hodiny. Proveďte první fázi popouštění; Zvyšte teplotu na 390 °C, popouštějte 4,5 hodiny a pokračujte druhou fází popouštění; Po popouštění nechte výrobek ochladit vzduchem na pokojovou teplotu.
Vysokoteplotní dusík přiváděný do předehřívací pece v kroku s2 tohoto provedení je dusík v kalicí peci v kroku s3 s průtokem 3 l/h.
Zkoušky mechanického výkonu
Z výsledků testů vyplývá, že úroveň pevnosti šroubů ošetřených procesem tepelného zpracování podle předkládaného vynálezu je vyšší než 10,5, což splňuje požadavky na kvalitu.
Proces tepelného zpracování šroubu podle předkládaného vynálezu je jednoduchý, snadno se ovládá a má dobrý kalicí účinek. Předehřátím produktu lze vysušit čisticí roztok na jeho povrchu a náhlé zvýšení teploty v kalicí peci může zabránit ovlivnění kvality produktu. Vysokoteplotní dusík používaný v předehřívací peci pochází z kalicí pece, čímž se eliminuje topné zařízení v předehřívací peci, což může ušetřit spotřebu energie a snížit výrobní náklady. Vstřikování dusíku do předehřívací a kalicí pece může odstranit vzduch uvnitř, čímž se zabrání oxidačním reakcím mezi kyslíkem a produktem, čímž se zabrání oduhličení a poškození závitových spojů a prodlouží se životnost produktu. Postupné kalení ohřevem může zlepšit kalicí účinek produktu a zlepšit jeho kvalitu. Postupné chlazení olejem může účinně chladit vysokoteplotní produkty bez poškození jejich kvality.
V popisu této specifikace odkaz na termíny jako „jedno provedení“, „některá provedení“, „příklady“, „specifické příklady“ nebo „některé příklady“ znamená, že specifické znaky, struktury, materiály nebo znaky popsané ve spojení s provedením nebo příkladem jsou zahrnuty v alespoň jednom provedení nebo příkladu předkládaného vynálezu. V této specifikaci se schematické vyjádření výše uvedených termínů nemusí nutně vztahovat ke stejným provedením nebo příkladům. Specifické popsané znaky, struktury, materiály nebo znaky lze navíc vhodným způsobem kombinovat v jednom nebo více provedeních nebo příkladech.
Výše uvedené ukazuje a popisuje základní principy, hlavní rysy a výhody předkládaného vynálezu. Technici v tomto odvětví by měli chápat, že výše uvedená provedení nijak neomezují předkládaný vynález a že jakákoli technická řešení získaná ekvivalentní náhradou nebo ekvivalentní transformací spadají do rozsahu ochrany předkládaného vynálezu.
Čas zveřejnění: 4. dubna 2023