專利名稱：一種高精度彈性元件的精密化熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及彈性元件的精密化熱處理技術(shù)，特別是涉及一種高精度彈性元件的精 密化熱處理方法。
背景技術(shù)：
高精度彈性元件是航天器結(jié)構(gòu)和機構(gòu)、機械、電子產(chǎn)品的常用零部件，彈性元件在 成型后需要進行熱處理強化，來滿足其硬度、強度及彈性等技術(shù)指標。高精度彈性元件的尺 寸偏差較小，熱處理過程中產(chǎn)生的氧化、熱應(yīng)力、組織應(yīng)力等，易造成彈性元件的尺寸超差； 彈性元件在高應(yīng)力條件使用產(chǎn)生的微屈服變形，影響其力學(xué)性能。高精度彈性元件熱處理中，淬火處理多采用空氣爐或鹽浴爐，熱處理過程在熱應(yīng) 力和組織應(yīng)力作用下導(dǎo)致尺寸精度下降，造成其合格率偏低。彈性元件的淬火較高(多數(shù) 高于800°C )，淬火保溫過程導(dǎo)致表面高溫氧化，氧化皮厚度增加，影響材料的斷裂韌性，而 且后續(xù)的表面處理難度較大。鹽浴爐加熱過程中，加熱鹽揮發(fā)，影響操作人員身體健康；鹽 浴爐處理加熱時間長，操作工作復(fù)雜，存在溶鹽爆炸等危險。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種高精度彈性元件的精密化 熱處理方法，該方法通過采用流態(tài)粒子爐作為淬火設(shè)備，顆粒狀石墨作為加熱介質(zhì)對彈性 元件進行淬火處理，并借助淬火工裝，同時還采用加荷實效工裝對彈性元件進行加荷處理， 解決了彈性元件淬火氧化、精度下降等問題，實現(xiàn)了彈性元件的無氧化淬火和高尺寸精度， 大大提高了彈性元件的可靠性及彈性元件的產(chǎn)品質(zhì)量。本發(fā)明的上述目的是通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的一種高精度彈性元件的熱處理方法，包括如下步驟步驟(一)、將彈性元件裝卡于淬火工裝內(nèi)部，調(diào)節(jié)彈性元件的高度使其處于微壓 縮狀態(tài)，并保證彈性元件端面各點高度一致，所述淬火工裝為可以對彈性元件進行裝卡并 能調(diào)節(jié)彈性元件高度的裝置；步驟(二)、采用流態(tài)粒子爐對彈性元件進行淬火處理，首先將流態(tài)粒子爐加熱升 溫到彈性元件材料的淬火溫度，加熱升溫時采用空氣或氮氣進行充氣攪拌對流，并以顆粒 狀石墨為加熱介質(zhì)，然后將淬火工裝垂直裝入流態(tài)粒子爐內(nèi)，進行保溫，保溫結(jié)束后，將彈 性元件快速冷卻；步驟(三)、對彈性元件進行表面清潔，保證彈性元件表面無油污；步驟(四)、對彈性元件進行回火處理，將回火處理設(shè)備升溫到回火溫度后，將彈 性元件裝入回火處理設(shè)備，當回火處理設(shè)備溫度恢復(fù)回火溫度后，保溫Ih 池，將彈性元 件迅速出爐空冷，所述回火溫度根據(jù)彈性元件材料的回火硬度-溫度對照曲線得到；步驟(五)、對彈性元件進行加荷時效處理，采用加荷時效工裝將彈性元件壓縮到 工作極限尺寸，并將加荷時效工裝裝入鼓風(fēng)干燥箱進行加熱，加熱溫度在50°c 100°C之間，連續(xù)保持20h 60h后，將彈性元件出爐空冷，所述加荷時效工裝為可以對彈性元件進 行裝卡并能調(diào)節(jié)彈性元件高度的裝置。在上述高精度彈性元件的熱處理方法中，步驟(一)中的淬火工裝包括調(diào)節(jié)桿、上 固定板、下固定板和固定螺母，其中調(diào)節(jié)桿位于上固定板與下固定板之間并通過固定螺母 緊固，固定螺母位于上固定板上端，通過調(diào)節(jié)上固定板的位置調(diào)節(jié)彈性元件的高度。在上述高精度彈性元件的熱處理方法中，步驟(一)中處于微壓縮狀態(tài)的彈性元 件的壓縮量為彈性元件原始高度的1 2. 5%。在上述高精度彈性元件的熱處理方法中，步驟(二)中采用空氣或氮氣進行充氣 攪拌對流時，充氣流量為5m3/h 15m3/h。在上述高精度彈性元件的熱處理方法中，步驟(二)中以顆粒狀石墨為加熱介質(zhì)， 顆粒石墨的顆粒直徑為30 μ m 50 μ m。在上述高精度彈性元件的熱處理方法中，步驟(二)中淬火工裝在流態(tài)粒子爐內(nèi) 的保溫時間=彈性元件直徑RX保溫系數(shù)。在上述高精度彈性元件的熱處理方法中，步驟(二)中保溫結(jié)束后首先快速清理 彈性元件表面附著的石墨顆粒，再對彈性元件進行快速冷卻，冷卻包括油冷、水冷或空冷處理。在上述高精度彈性元件的熱處理方法中，步驟(三)中采用去污劑或汽油對彈性 零件進行表面清潔。在上述高精度彈性元件的熱處理方法中，步驟(四)中回火處理設(shè)備為真空爐、保 護性氣氛爐或空氣爐。在上述高精度彈性元件的熱處理方法中，步驟(五)中加荷時效工裝包括固定軸、 緊固螺母和墊片，其中固定軸由端頭和軸體組成，緊固螺母與墊片套在軸體上，加荷實效處 理時，將彈性元件套裝在固定軸的軸體上，一端緊貼固定軸的端頭，另一端緊貼墊片，通過 調(diào)整緊固螺母的位置對彈性元件進行壓縮。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(1)本發(fā)明采用流態(tài)粒子爐對彈性元件淬火處理，顆粒狀石墨作為加熱介質(zhì)。流態(tài) 粒子爐在充氣加熱條件下，爐內(nèi)的石墨顆粒充分攪拌流動，消耗了爐內(nèi)中的O2，并產(chǎn)生了一 定量的(X)2和CO等還原性氣氛，保護了高溫條件的彈性元件，實現(xiàn)了無氧化處理；(2)本發(fā)明通過大量工藝試驗得出在淬火處理過程中，控制石墨顆粒直徑為 30 μ m 50 μ m，充氣流量為5m3/h 15m3/h，流態(tài)離子爐內(nèi)加熱環(huán)境最佳，淬火效果最好， 此時爐內(nèi)石墨充分對流，保證了爐內(nèi)的溫度均勻性；(3)本發(fā)明在高精度彈性元件淬火時，采用尺寸精度控制的淬火工裝上下調(diào)節(jié)彈 性元件的整體高度，彈性元件可實現(xiàn)多點裝卡，淬火處理前調(diào)整彈性元件高度，產(chǎn)生一定量 尺寸的預(yù)變形，使得彈性元件在加熱條件下不發(fā)生上下竄動，降低彈性元件的淬火熱變形， 保證了尺寸外形，克服了現(xiàn)有技術(shù)中彈性元件不進行尺寸控制，在高溫條件下發(fā)生高溫形 變和組織形變，其外形產(chǎn)生變形甚至扭曲，導(dǎo)致不合格產(chǎn)品出現(xiàn)的缺陷；(4)本發(fā)明針對高精度彈性元件增加了加荷時效處理，利用彈性元件壓縮、高溫、 長時間保持使得彈性元件產(chǎn)生極限載荷內(nèi)的微屈服，保證了彈性元件力學(xué)性能穩(wěn)定，使用 條件下不產(chǎn)生塑性變形，使用性能提高，有效解決了高精度彈性元件在使用過程中，易發(fā)生
5受載變形，彈性元件發(fā)生屈服縮變，長度或高度不能恢復(fù)原尺寸，會導(dǎo)致高精密結(jié)構(gòu)機構(gòu)產(chǎn) 品失效等問題；(5)本發(fā)明采用流態(tài)粒子爐對彈性元件進行熱處理，操作工程簡單、安全，可實現(xiàn) 其無氧化熱處理，同時采用淬火工裝和加荷時效工裝對彈性元件處理，可實現(xiàn)其尺寸的精 確控制，保證了熱處理質(zhì)量。


圖1為本發(fā)明高精度彈性元件熱處理工藝流程圖；圖2為本發(fā)明高精度彈性元件示意圖；圖3為本發(fā)明淬火工裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明高精度彈性元件-淬火工裝裝卡示意圖；圖5為本發(fā)明加荷時效工裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明高精度彈性元件-加荷時效工裝裝卡示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述如圖1所示為本發(fā)明高精度彈性元件熱處理工藝流程圖，包括工裝裝卡、淬火處 理、表面清潔、回火處理和加荷時效處理，具體如下(一 )對彈性元件1進行工裝裝卡，如圖3所示為本發(fā)明淬火工裝結(jié)構(gòu)示意圖，淬 火工裝包括調(diào)節(jié)桿5、上固定板3、下固定板4和固定螺母2，其中調(diào)節(jié)桿5位于上固定板3 與下固定板4之間并通過固定螺母2緊固，固定螺母2位于上固定板3上端，調(diào)節(jié)固定螺母 2可以上下調(diào)節(jié)彈性元件1的整體高度，彈性元件1可實現(xiàn)多點裝卡。淬火工裝的材料可選 用不銹鋼或低碳合金鋼。如圖2所示為本發(fā)明高精度彈性元件示意圖，將彈性元件1裝卡于淬火工裝內(nèi)部， 調(diào)節(jié)彈性元件1的高度使其處于微壓縮狀態(tài)，處于微壓縮狀態(tài)的彈性元件的壓縮量為彈性 元件ι原始高度的ι 2. 5%，使得彈性元件在加熱條件下不發(fā)生上下竄動，降低彈性元件 的淬火熱變形，并保證彈性元件1端面各點高度一致，如圖4所示為本發(fā)明高精度彈性元 件-淬火工裝裝卡示意圖。( 二)采用流態(tài)粒子爐進行淬火處理，以顆粒狀石墨為加熱介質(zhì)，其顆粒尺寸為 30 μ m 50 μ m，加熱時采用空氣或氮氣進行充氣攪拌對流，充氣流量應(yīng)保證在5m3/h 15m3/h，氣體流量可適當調(diào)整，使得石墨在爐腔內(nèi)充分攪拌流動，并不溢出爐頂部，在高溫 條件下獲得ω2和CO等還原性氣氛。首先將流態(tài)粒子爐加熱升溫到彈性元件材料的淬火溫度，儀表顯示溫度達到淬火 溫度后，將淬火工裝垂直裝入爐膛內(nèi)，保溫開始計時，保溫結(jié)束后，應(yīng)快速清理彈性元件表 面附著的石墨顆粒，再油冷、水冷或空冷處理。在流態(tài)粒子爐內(nèi)的保溫時間=彈性元件直徑 RX保溫系數(shù)，保溫系數(shù)為1. 5min/mm。采用顆粒狀石墨為加熱介質(zhì)的流態(tài)粒子爐，在高溫條件下消耗了爐內(nèi)的氧氣，獲 得低還原性氣氛。流態(tài)粒子爐的淬火溫度與空氣爐基本一致，保溫時間一般為空氣爐保溫 時間的2/3，例如彈性元件的材料為50CrVA，彈性原件的鋼絲直徑為5mm，空氣爐的淬火溫度和保溫時間分別為850°C、15min ；采用流態(tài)粒子爐的淬火溫度不變?nèi)詾?50°C，保溫時間 =5mmX 1. 5min/mm = 7. 5min,由于考慮到工裝吸熱，所以一般保溫時間選為lOmin，基本上 為空氣爐保溫時間的2/3。(三)采用去污劑或汽油對彈性零件1進行表面清潔。(四)對彈性元件1進行回火處理，回火處理設(shè)備可選用真空爐、保護性氣氛爐 或空氣爐，將回火處理設(shè)備升溫到回火溫度后，將彈性元件1放入料筐中，裝入回火處理設(shè) 備，當回火處理設(shè)備溫度恢復(fù)回火溫度后，保溫Ih 池，將彈性元件1迅速出爐空冷，回火 溫度根據(jù)彈性元件1材料的回火硬度-溫度對照曲線得到。(五)對彈性元件1進行加荷時效處理，如圖5所示為本發(fā)明加荷時效工裝結(jié)構(gòu)示 意圖，加荷時效工裝包括固定軸、緊固螺母7和墊片8，其中固定軸由端頭6和軸體9組成， 緊固螺母7與墊片8套在軸體9上，加荷實效處理時，將彈性元件1套裝在固定軸的軸體9 上，一端緊貼固定軸的端頭6，另一端緊貼墊片，通過調(diào)整緊固螺母7的位置對彈性元件1進 行壓縮，實現(xiàn)彈性元件1的高度調(diào)節(jié)，如圖6所示為本發(fā)明高精度彈性元件-加荷時效工裝 裝卡示意圖。首先采用加荷時效工裝將彈性元件1壓縮到工作極限尺寸，并將加荷時效工裝裝 入鼓風(fēng)干燥箱進行加熱，加熱時效須嚴格控制工藝參數(shù)，加熱溫度在50°C 100°C之間，連 續(xù)保持20h 60h后，將彈性元件1出爐空冷，完成整個熱處理過程。彈性元件完成淬火回火后，將彈性元件壓縮到工作的極限尺寸，在一定溫度條件 下保持一段時間，進行加荷時效處理，加荷時效處理使得材料組織趨于穩(wěn)定，在高載荷條件 下產(chǎn)生微屈服效應(yīng)，使得力學(xué)性能穩(wěn)定，提高了彈性元件的抗應(yīng)力松弛能力，降低了繞制過 程中的應(yīng)力，使用條件下不產(chǎn)生塑性變形，彈性元件的使用性能提高。下面列舉一個具體的實施例如圖2為本實施例的一種高精度彈性元件，其材料為50CrVA合金鋼絲，鋼絲直徑 為5. Omm，熱處理狀態(tài)為退火態(tài)。完成繞制、并頭、磨端面等成型工序后，需要進行淬火強化 處理，其硬度要求為HRC45 50。最終得到的彈性原件高度為89. 5mm,由于熱處理完后的 彈性元件要經(jīng)過磨削等工藝處理，因此彈性元件最初高度選為91. 5mm。具體熱處理過程步驟如下步驟(一)、將調(diào)節(jié)桿5安裝于下固定板4的安裝孔內(nèi)，整體平放于工作臺上，再將 彈性元件1放置于下固定板4上，根據(jù)安裝孔和調(diào)節(jié)桿5位置安裝上固定板3。用扳手緊固 固定螺母2，控制彈性元件1的高度到90. 5mm，使其處于微壓縮狀態(tài)，且彈性元件端面高度一致。步驟(二)、對流態(tài)粒子爐進行升溫，加熱介質(zhì)為30 μ m 50 μ m的顆粒狀石墨，充 氣流量為5m3/h 15m3/h。設(shè)備顯示儀表溫度為850°C后，將已裝卡彈性元件的淬火工裝垂 直吊裝入爐膛中間位置，保溫10min(計算值7.5min，考慮工裝吸熱，定為IOmin)。之后用 火鉗或吊鉤迅速吊出工裝，并晃動使工裝表面石墨顆粒脫落，然后快速進入淬火油中冷卻。步驟(三)、拆除工裝，取下彈性元件1，用汽油浸泡彈性元件3min，用棕刷清除零 件表面，保證表面無油污。步驟(四)、對回火處理爐加熱升溫到380°C后，彈性元件1放入料筐中，裝入回火 處理設(shè)備，設(shè)備重新升溫，保溫1. 5h后，迅速出爐空冷。
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步驟(五)、彈性元件1兩端面經(jīng)磨床磨平端面，將彈性元件1安裝到加荷時效工 裝內(nèi)，扳手擰緊緊固螺母7將彈性元件1壓縮到其極限尺寸68. 5mm。將裝卡好的工裝放入 鼓風(fēng)干燥箱，加熱時效70°C，連續(xù)保持4 后，空冷出爐。以上所述，僅為本發(fā)明最佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種高精度彈性元件的熱處理方法，其特征在于包括如下步驟步驟(一)、將彈性元件(1)裝卡于淬火工裝內(nèi)部，調(diào)節(jié)彈性元件(1)的高度使其處于 微壓縮狀態(tài)，并保證彈性元件(1)端面各點高度一致，所述淬火工裝為可以對彈性元件進 行裝卡并能調(diào)節(jié)彈性元件高度的裝置；步驟(二)、采用流態(tài)粒子爐對彈性元件(1)進行淬火處理，首先將流態(tài)粒子爐加熱升 溫到彈性元件(1)材料的淬火溫度，加熱升溫時采用空氣或氮氣進行充氣攪拌對流，并以 顆粒狀石墨為加熱介質(zhì)，然后將淬火工裝垂直裝入流態(tài)粒子爐內(nèi)，進行保溫，保溫結(jié)束后， 將彈性元件(1)快速冷卻；步驟(三)、對彈性元件(1)進行表面清潔，保證彈性元件(1)表面無油污； 步驟(四)、對彈性元件(1)進行回火處理，將回火處理設(shè)備升溫到回火溫度后，將彈性 元件(1)裝入回火處理設(shè)備，當回火處理設(shè)備溫度恢復(fù)回火溫度后，保溫Ih 池，將彈性元 件(1)迅速出爐空冷，所述回火溫度根據(jù)彈性元件(1)材料的回火硬度-溫度對照曲線得 到；步驟(五)、對彈性元件(1)進行加荷時效處理，采用加荷時效工裝將彈性元件(1) 壓縮到工作極限尺寸，并將加荷時效工裝裝入鼓風(fēng)干燥箱進行加熱，加熱溫度在50°c 100°C之間，連續(xù)保持20h 60h后，將彈性元件⑴出爐空冷，所述加荷時效工裝為可以對 彈性元件進行裝卡并能調(diào)節(jié)彈性元件高度的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度彈性元件的熱處理方法，其特征在于所述步驟 (一)中的淬火工裝包括調(diào)節(jié)桿(5)、上固定板(3)、下固定板(4)和固定螺母0)，其中調(diào) 節(jié)桿(5)位于上固定板(3)與下固定板(4)之間并通過固定螺母(2)緊固，固定螺母(2) 位于上固定板C3)上端，通過調(diào)節(jié)上固定板(3)的位置調(diào)節(jié)彈性元件(1)的高度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度彈性元件的熱處理方法，其特征在于所述步驟(一)中處于微壓縮狀態(tài)的彈性元件(1)的壓縮量為彈性元件(1)原始高度的1 2.5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度彈性元件的熱處理方法，其特征在于所述步驟(二)中采用空氣或氮氣進行充氣攪拌對流時，充氣流量為5m3/h 15m3/h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度彈性元件的熱處理方法，其特征在于所述步驟 (二)中以顆粒狀石墨為加熱介質(zhì)，顆粒石墨的顆粒直徑為30 μ m 50 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度彈性元件的熱處理方法，其特征在于所述步驟 (二)中淬火工裝在流態(tài)粒子爐內(nèi)的保溫時間=彈性元件直徑RX保溫系數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度彈性元件的熱處理方法，其特征在于所述步驟(二)中保溫結(jié)束后首先快速清理彈性元件⑴表面附著的石墨顆粒，再對彈性元件⑴進 行快速冷卻，冷卻包括油冷、水冷或空冷處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度彈性元件的熱處理方法，其特征在于所述步驟(三)中采用去污劑或汽油對彈性零件(1)進行表面清潔。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度彈性元件的熱處理方法，其特征在于所述步驟(四)中回火處理設(shè)備為真空爐、保護性氣氛爐或空氣爐。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度彈性元件的熱處理方法，其特征在于所述步驟(五)中加荷時效工裝包括固定軸、緊固螺母(7)和墊片(8)，其中固定軸由端頭(6)和軸 體(9)組成，緊固螺母(7)與墊片(8)套在軸體(9)上，加荷實效處理時，將彈性元件(1)套裝在固定軸的軸體(9)上，一端緊貼固定軸的端頭(6)，另一端緊貼墊片，通過調(diào)整緊固 螺母(7)的位置對彈性元件(1)進行壓縮。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高精度彈性元件的精密化熱處理方法，通過采用一種特殊保護的流態(tài)粒子爐和彈性元件淬火處理工裝進行淬火處理，其中石墨粒子作為加熱介質(zhì)，并對淬火的溫度、保溫時間及冷卻方式進行優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)了高精度彈性元件的無氧化淬火處理，提高了高精度彈性元件的表面質(zhì)量和尺寸精度；根據(jù)高精度彈性元件的淬火硬度，選用合適的工藝參數(shù)進行回火處理；采用彈性元件加荷處理工裝對元件進行加荷時效處理，提高了彈性元件的抗應(yīng)力松弛能力，降低了繞制過程中的應(yīng)力，微屈服強度有效提高；本發(fā)明通過上述熱處理方法，高精度彈性元件淬火后表面無氧化、尺寸無變形、力學(xué)性能穩(wěn)定，提高了高精度彈性元件熱處理的可靠性和質(zhì)量。
文檔編號C21D8/00GK102134633SQ20111002295
公開日2011年7月27日 申請日期2011年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月20日
發(fā)明者于芳, 張立功, 楊鑫, 苗偉 申請人:北京衛(wèi)星制造廠