本发明属于钢材热处理技术领域，具体涉及一种直接切削用非调质钢去应力退火工艺。
背景技术：
非调质钢是不经过调质处理可达到性能要求的机械结构钢，采用此类钢制造零件，可省去调质热处理工序和装备，同时，避免了热处理过程中的所产生的废品，减少了污染，降低了能耗，这种钢属节能型钢材。非调质钢是伴随着20世纪70年的石油危机，导致国际上能源短缺而快速发展起来的一种高效节能钢，由于其具有节省能源、材料、减少淬火变形开裂、工艺简单等优点，目前受世界各国的关注。目前，国外汽车上许多锻件已广泛采用非调质钢制造；国内汽车厂也在开发应用非调质钢或引进国外非调质钢制造技术。与调质钢相比较而言，传统热锻用非调质钢的强度较好，但韧性不足且不易切削，限制了它的广泛应用，因此，易切削非调质钢的发展重点是在保证强度的基础上来提高韧性并赋予其优良易切削性。
为了使钢材具备理想的性能，除合理选用材料和成型工艺外，热处理工艺往往是必不可少的步骤；需进行退火改善硬度及组织均匀性；它不仅改变钢材的外形，通过热处理工艺能充分发挥钢材的潜力，并赋予钢材所需的各种特殊性能，延长使用寿命；其中，去应力退火工艺能够改善构件的组织和性能，消除加工过程中的残余应力，提高构件的力学性能和几何尺寸的稳定性，已广泛应用于机械和材料加工制造行业。
但是，现有的退火工艺辊速慢、生产周期较长，耗费能源，生产成本高；而且，退火的加热温度是影响退火程度完全与否的关键因素，冷却速度直接影响着碳化物颗粒的大小和均匀性，冷却太快，碳化物颗粒太细，并没有形成片状碳化物的可能，使硬度偏高，冷却过慢时碳化物颗粒又过于粗大，对钢材进行退火处理最关键的部分在于对退火炉内温度及温度升降速率的控制。
技术实现要素：
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于克服现有技术中存在的技术缺陷；为了解决传统退火工艺的不足，提供一种直接切削用非调质钢去应力退火工艺。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种直接切削用非调质钢去应力退火工艺，包括以下步骤：
(1)钢材放置：将非调质钢置于退火炉中，向炉内充入保护气体；
(2)退火第一阶段：将退火炉内的温度升至650℃～680℃，在650℃～680℃的温度下进行第一次保温，保温时间30～90min；
(3)退火第二阶段：将退火炉内的温度冷却至580℃～610℃，在580℃～610℃的温度下进行第二次保温，保温时间30～60min；
(4)退火第三阶段：将退火炉内的温度冷却至480℃～550℃，在480℃～550℃的温度下进行第三次保温，保温时间180～240min；
(5)退火第四阶段：将退火炉内的温度冷却至400℃～450℃，在400℃～450℃的温度下进行第四次保温，保温时间30～60min；
(6)终端冷却：退火第四阶段完成后，先随炉缓冷，随炉冷却至小于200℃时，出炉空冷到室温。
优选的，步骤(1)中所述保护气体为氮气。
优选的，步骤(2)中所述退火第一阶段的升温速度为150～180℃/h。
优选的，步骤(2)中所述将退火炉内的温度升至680℃，保温时间60min。
优选的，步骤(3)中所述退火第二阶段冷却的冷却速度为30～40℃/h。
优选的，步骤(3)中所述将退火炉内的温度冷却至610℃，保温时间45min。
优选的，步骤(4)中所述退火第三阶段冷却的冷却速度为50～60℃/h。
优选的，步骤(4)中所述将退火炉内的温度冷却至500℃，保温时间210min。
优选的，步骤(5)中所述退火第四阶段冷却的冷却速度为80～100℃/h。
本发明的优点和技术效果是：
(1)保温时间是去应力退火工艺的一个重要参数，较短的保温时间使残余应力得不到松弛和释放，没有达到消除残余应力的效果和目的；较长的保温时间不仅设备的利用率降低，同时是对能源的极大浪费，提高了加工成本；本发明通过优化退火阶段，合理分配温度与保温时间，从而实现了硬度、组织及其均匀性要求，又可以大幅降低能耗降、降低生产成本、有利于生产组织。
(2)本发明克服了传统退火工艺的缺点，与现有技术相比，该退火工艺的退火时间缩短了5个小时以上，显著缩短了生产周期。
(3)本发明退火工艺在工作过程中，通过调整四个阶段的退火工艺，能够改善非调质钢的组织和性能，消除加工过程中的残余应力，提高构件的力学性能和几何尺寸的稳定性；同时该工艺流程简单，对设备要求不高，生产效率高，成本较低。
具体实施方式
下面结合具体实施实例对本发明做进一步说明；本发明具体实施例和对比例中所采用的钢材为sg4201。
实施例1：
(1)钢材放置：将非调质钢置于退火炉中，向炉内充入保护气体；
(2)退火第一阶段：将退火炉内的温度升至680℃，第一阶段的升温速度为150℃/h，在680℃的温度下进行第一次保温，保温时间60min；
(3)退火第二阶段：将退火炉内的温度冷却至610℃，冷却速度为40℃/h，在610℃的温度下进行第二次保温，保温时间45min；
(4)退火第三阶段：将退火炉内的温度冷却至500℃，冷却速度为60℃/h，在500℃的温度下进行第三次保温，保温时间210min；
(5)退火第四阶段：将退火炉内的温度冷却至400℃，冷却速度为100℃/h，在400℃的温度下进行第四次保温，保温时间30min；
(6)终端冷却：退火第三阶段完成后，先随炉缓冷，随炉冷却至小于200℃时，出炉空冷到室温。
实施例2：
(1)钢材放置：将非调质钢置于退火炉中，向炉内充入保护气体；
(2)退火第一阶段：将退火炉内的温度升至660℃，第一阶段的升温速度为180℃/h，在660℃的温度下进行第一次保温，保温时间30min；
(3)退火第二阶段：将退火炉内的温度冷却至580℃，冷却速度为40℃/h，在620℃的温度下进行第二次保温，保温时间30min；
(4)退火第三阶段：将退火炉内的温度冷却至480℃，冷却速度为50℃/h，在480℃的温度下进行第三次保温，保温时间240min；
(5)退火第四阶段：将退火炉内的温度冷却至400℃，冷却速度为80℃/h，在400℃的温度下进行第四次保温，保温时间60min；
(6)终端冷却：退火第四阶段完成后，先随炉缓冷，随炉冷却至小于200℃时，出炉空冷到室温。
实施例3：
(1)钢材放置：将非调质钢置于退火炉中，向炉内充入保护气体；
(2)退火第一阶段：将退火炉内的温度升至650℃，第一阶段的升温速度为150℃/h，在650℃的温度下进行第一次保温，保温时间90min；
(3)退火第二阶段：将退火炉内的温度冷却至600℃，冷却速度为30℃/h，在600℃的温度下进行第二次保温，保温时间30min；
(4)退火第三阶段：将退火炉内的温度冷却至550℃，冷却速度为50℃/h，在550℃的温度下进行第三次保温，保温时间180min；
(5)退火第四阶段：将退火炉内的温度冷却至450℃，冷却速度为100℃/h，在450℃的温度下进行第四次保温，保温时间30min；
(6)终端冷却：退火第四阶段完成后，先随炉缓冷，随炉冷却至小于200℃时，出炉空冷到室温。
对比例1：
(1)钢材放置：将非调质钢置于退火炉中，向炉内充入保护气体；
(2)将退火炉内的温度升至680℃，升温速度为150℃/h，在680℃的温度下进行保温，保温时间345min；
(3)终端冷却：退火完成后，先随炉缓冷，随炉冷却至小于200℃时，出炉空冷到室温。
对比例2：
(1)钢材放置：将非调质钢置于退火炉中，向炉内充入保护气体；
(2)将退火炉内的温度升至660℃，升温速度为180℃/h，在660℃的温度下进行保温，保温时间330min；
(3)终端冷却：退火完成后，先随炉缓冷，随炉冷却至小于200℃时，出炉空冷到室温。
通过x射线测定法测定残余应力，残余应力的计算结果如下。
通过残余应力的测试结果可以看出，本发明通过调整四个阶段的退火工艺，能够改显著消除加工过程中的残余应力；实施例1相比于对照组1的残余应力降低了近8倍。本发明有效消除加工过程中的残余应力，同时改善了非调质钢的组织和性能，进一步改善了非调质钢的切削性能。
说明：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。
1.一种直接切削用非调质钢去应力退火工艺，其特征在于，步骤如下：
(1)钢材放置：将非调质钢置于退火炉中，向炉内充入保护气体；
(2)退火第一阶段：将退火炉内的温度升至650℃～680℃，在650℃～680℃的温度下进行第一次保温，保温时间30～90min；
(3)退火第二阶段：将退火炉内的温度冷却至580℃～610℃，在580℃～610℃的温度下进行第二次保温，保温时间30～60min；
(4)退火第三阶段：将退火炉内的温度冷却至480℃～550℃，在480℃～550℃的温度下进行第三次保温，保温时间180～240min；
(5)退火第四阶段：将退火炉内的温度冷却至400℃～450℃，在400℃～450℃的温度下进行第四次保温，保温时间30～60min；
(6)终端冷却：退火第三阶段完成后，先随炉缓冷，随炉冷却至小于200℃时，出炉空冷到室温。
2.根据权利要求1所述的直接切削用非调质钢去应力退火工艺，其特征在于，步骤(1)中所述保护气体为氮气。
3.根据权利要求1所述的直接切削用非调质钢去应力退火工艺，其特征在于，步骤(2)中所述退火第一阶段的升温速度为150～180℃/h。
4.根据权利要求1所述的直接切削用非调质钢去应力退火工艺，其特征在于，步骤(2)中所述将退火炉内的温度升至680℃，保温时间60min。
5.根据权利要求1所述的直接切削用非调质钢去应力退火工艺，其特征在于，步骤(3)中所述退火第二阶段冷却的冷却速度为30～40℃/h。
6.根据权利要求1所述的直接切削用非调质钢去应力退火工艺，其特征在于，步骤(3)中所述将退火炉内的温度冷却至610℃，保温时间45min。
7.根据权利要求1所述的直接切削用非调质钢去应力退火工艺，其特征在于，步骤(4)中所述退火第三阶段冷却的冷却速度为50～60℃/h。
8.根据权利要求1所述的直接切削用非调质钢去应力退火工艺，其特征在于，步骤(4)中所述将退火炉内的温度冷却至500℃，保温时间210min。
9.根据权利要求1所述的直接切削用非调质钢去应力退火工艺，其特征在于，步骤(5)中所述退火第四阶段冷却的冷却速度为80～100℃/h。
技术总结