[发明专利]一种金属材料软化退火处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料冷加工前的软化退火工艺。

背景技术

金属材料在再结晶温度以下发生塑性变形时，由于位错的密度不断增大，位错运动时的相互交割加剧，产生位错塞积群、割阶、缠结网等障碍，阻碍位错的进一步运动，引起变形抗力的增加，使得金属的强度和硬度升高，塑性和韧性降低，以致丧失继续变形的能力，这种现象称加工硬化（或冷作硬化）。实际生产中，在对材料进一步冷加工前，须采用软化退火工艺消除这种加工硬化现象。

然而，常规的软化退火和冷却工艺要求十分严格。比如利用球化退火来消除加工硬化时，温度过高或者保温时间过大，将使球化核心减少，球化不完全；冷却速度过快或等温温度低则易形成片状碳化物，使硬度偏高。更重要的是，常规软化退火温度较高（例如，一般钢材的再结晶退火温度大约在650～750℃之间），除带来变形大、氧化和合金元素烧损等一系列不利影响外，还消耗大量能源，不利于节约能源和环境保护。

利用磁场改变铁磁性材料的微观组织形态和机械性能是近年来发展起来的一种材料加工处理方法。研究表明，周期性变化的磁场可以引起磁致塑性形变现象，改变材料硬度，并在一定程度上降低残余应力。

当在常规金属材料退火工艺基础上辅以周期性变化的磁场时，在300～550℃左右就可以发生再结晶。这是因为，大小或方向成周期性变化的外磁场将在金属晶体内部产生电磁场，其能量以某种形式在金属晶体内部存储，可以加快晶内位错的消失，降低位错-障碍之间的结合能，推动位错的滑移和攀升，从而有利于再结晶的形核及长大。此时，在外界磁场的基础上，仅以较小的能量便可促使再结晶的发生和位错的重新分布，从而显著降低软化退火温度，缩短退火时间，既达到降低硬度、改善切削加工性能以便继续进行冷变形的目的，同时又使得材料因常规退火工艺温度太高造成的变形、氧化和元素烧损等现象大大减少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属材料软化退火处理方法，该方法可以降低软化退火温度、缩短退火时间。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：金属材料软化退火处理方法，其特征在于它包括如下步骤：

1）首先在陶瓷加热炉外设置磁场发生装置，将待加工的金属材料放置于陶瓷加热炉中加热，加热至300～550℃，并保温30～60min；

2）然后启动磁场发生装置对金属材料进行处理；所述的磁场发生装置的磁工艺参数的选择范围为：磁感应强度为1.8～2.2T，磁场频率为0.1～20Hz，磁处理时间为2～600s；最后再炉冷或空冷至室温。

步骤1）加热温度为400～500℃，保温时间30～60min。

所述的磁感应强度为1.8～2.2T，磁场频率为10～20Hz，磁处理时间为30～60s。

所述的陶瓷加热炉由耐高温陶瓷制作，高温陶瓷外面覆以不锈钢；炉中置有N～K分度的热电偶，热电偶与数显温度控制器相连。

所述的金属材料为铁磁性金属材料（GCr15棒料、T8钢块、8MnSi钢块）。

与常规的软化退火工艺相比，本发明具有以下优点：

1、本发明在常规退火工艺基础上辅以周期性变化的磁场，可以促进再结晶的形核及长大，有效降低硬度。

2、通过周期性变化磁场的激发位错、促进再结晶形核作用，显著降低材料的软化退火温度，缩短退火时间。

3、由于退火温度较低，不仅避免了温度过高引起的变形、氧化和部分元素烧损等现象，而且取得了显著节能减排效果。

附图说明

图1为本发明陶瓷加热炉、磁场发生装置的布置示意图。

图中：1-励磁线圈，2-垫块，3-待加工的金属材料（工件），4-陶瓷加热炉，5-三相变频调压装置，6-交流电源。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合具体的实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。即大凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

实施例1：

金属材料软化退火处理方法（在常规软化退火工艺的基础上耦合周期性变化的磁场，并对轴承钢GCr15棒料进行软化处理），它包括如下步骤：

1）首先在陶瓷加热炉外设置磁场发生装置（陶瓷加热炉放置于磁场发生装置的励磁线圈内），将尺寸为50mm×Ф30mm的GCr15棒料放置于陶瓷加热炉中加热（待加工的金属材料置于位于陶瓷加热炉4中的垫块2上），加热至450～500℃，并保温45min；