中碳低合金结构钢强磁场快速完全退火工艺方法 所属技术领域
本发明涉及中碳低合金结构钢的预备热处理工艺方法，具体讲是涉及中碳低合金结构钢在磁场条件下快速完全退火工艺方法。
背景技术
中碳低合金结构钢，多用于制造高负荷下工作的重要结构件，如齿轮、曲轴、连杆、紧固件等。这些零件大多采用锻造方法制坯，而锻造后的材料组织中会出现魏氏组织、晶粒粗大等组织缺陷，而且材料硬度较高。因此，在切削加工之前通常采用完全退火的方法，改善材料内部的组织、消除应力、降低硬度以提高材料的切削加工性能，为后续热处理过程准备良好的组织条件。对于中碳低合金结构钢最佳的切削硬度范围为HB160～230；预备热处理后要求晶粒尺寸在20μm以下。现今的已有对中碳低合金结构钢的完全退火技术是将材料加热，奥氏体化后在炉内缓慢冷却至550℃以下出炉，炉冷的冷却速度约为1℃/min，一般炉内的冷却时间为5hr左右，生产周期较长。
另外，如果材料的供应状态为热轧态，那么这种材料由于在热轧过程中产生不均匀变形和成分偏析，完全退火后则非常容易产生带状组织。为此，需要采用正火消除带状组织，再利用高温回火降低硬度，改善切削加工性能。这种工艺繁杂，生产炉次多。
【发明内容】
本发明的目的是克服上述已知技术中的缺陷，提供一种磁场快速完全退火工艺方法，可以使中碳低合金结构钢地组织细小、均匀，硬度适中，改善材料组织和切削加工工艺性能；同时达到极大地缩短占炉时间，提高生产率。
本发明的技术解决方案是：首先将所选材料在热处理炉内加热到热处理温度后，开始施加强度为10～14特斯拉的恒磁场，在该磁场条件下保温、冷却，保温时间以材料厚度为基准计算，冷却速度为40～50℃/min，当冷却至650～550℃时降磁场，磁场为零后材料出炉。
上述的材料热处理温度为Ac3+50～110℃；强磁场由环状超导强磁体产生，热处理炉被置于强磁场之中，热处理材料被置于强磁场的中心位置；磁场条件下的保温时间按以下公式计算：2～10min/mm。
本发明与已知技术相比，其显著的优点和效果是：
1、本方法采用的冷却速度40～45℃/min是传统方法冷却速度1℃/min的40～50倍，因此可显著缩短占炉时间，提高生产率；
2、本方法处理后的材料内部组织明显细化，其组织为均匀分布的铁素体和珠光体，铁素体的平均晶粒尺寸小于15μm，而传统的完全退火组织的铁素体晶粒尺寸约为25μm。
3、本方法处理后的材料内部组织均匀，避免了热轧原料完全退火后出现带状组织等组织缺陷。
4、经本方法处理的中碳低合金结构钢硬度为HB167～210，在最佳切削硬度范围内。
【具体实施方式】
例1，选取42CrMo热轧材料，在热处理炉中加热，当热处理温度达到880±5℃时，开始施加强度为14特斯拉的恒磁场，并保温半小时，然后冷却，冷却速度为46/min，当冷却至550℃时降磁场，磁场为零后，将工件出炉空冷。经过本方法处理后的材料显微组织仍然由铁素体与珠光体组成，其中铁素体和珠光体均为等轴状且均匀分布，铁素体的平均晶粒尺寸为10um，面积百分数为23.1％；该组织的硬度为HB192～210，处于最佳切削硬度范围内。
例2，选取30GMnTi热轧材料，在热处理炉中加热，当热处理温度达到885±5℃时，开始施加强度为12特斯拉的恒磁场，并保温25min，然后完全退火冷却，冷却速度为43℃/min，当冷却至600℃时降磁场，磁场为零后，将工件出炉空冷。经过本方法处理后的材料显微组织仍然由铁素体与珠光体组成，其中铁素体和珠光体均为等轴状且均匀分布，铁素体的平均晶粒尺寸为7.6μm，面积百分数为43.22％；该组织的硬度为HB167～187，处于最佳切削硬度范围内。