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行業(yè)新聞
鍛件余熱利用簡(jiǎn)述
鍛造行業(yè)是能源消耗大戶,而鍛件熱處理又是鍛件生產(chǎn)中能源消耗大戶,約占整個(gè)鍛件生產(chǎn)總能耗的30%~35%。我國(guó)每噸模鍛件的能耗約為1.0t標(biāo)煤,與國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比,存在很大差距,例如日本每噸模鍛件的能耗約為0.515t標(biāo)煤。鍛件能耗約占鍛件成本的8%~10%,降低能耗不僅可以降低鍛件生產(chǎn)成本,提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益,而且能源問(wèn)題又是關(guān)系到一個(gè)國(guó)家能否可持續(xù)發(fā)展的重要問(wèn)題,甚至是關(guān)系到人類生存的全球性重大問(wèn)題。所以充分利用鍛造余熱進(jìn)行熱處理,在節(jié)能降耗、提升效率等方面有著顯而易見的優(yōu)勢(shì),既節(jié)約能源、縮短工藝流程,又保護(hù)環(huán)境。
熱模鍛余熱熱處理
鍛造后利用鍛件自身熱量直接進(jìn)行熱處理,即鍛件的余熱熱處理省略了鍛造后熱處理前重新加熱鍛件的工序,余熱熱處理一般有以下3種方式。
⑴鍛后進(jìn)行余熱均溫?zé)崽幚怼e懠尚魏笾苯铀腿霟崽幚頎t,仍按常規(guī)的熱處理工藝進(jìn)行,均溫后鍛件不同部位溫度一致,可縮短保溫時(shí)間,這種方法稱為余熱均溫?zé)崽幚?。?duì)于形狀復(fù)雜,特別是截面變化大的鍛件采用該工藝可以確保鍛件質(zhì)量穩(wěn)定。
⑵鍛后直接余熱熱處理。鍛件成形后利用鍛造余熱直接進(jìn)行熱處理,把鍛造和熱處理緊密結(jié)合在一起,節(jié)省了普通熱處理需要重新加熱造成的大量能耗浪費(fèi)。
⑶鍛后利用部分余熱進(jìn)行熱處理。鍛件成形后將鍛件冷卻到600~650℃左右,然后將鍛件再加熱到所需要的溫度進(jìn)行熱處理。此方法可以細(xì)化到晶粒,又節(jié)約了把鍛件從室溫加熱到600~650℃的能耗,一般適用于對(duì)晶粒度要求高的鍛件。
余熱熱處理常用工藝方法
鍛造余熱淬火
鍛造余熱淬火是鍛件成形后,當(dāng)其溫度高于Ar3或Ar3~Ar1之間的某一溫度時(shí),淬入適當(dāng)?shù)拇慊鸾橘|(zhì)中,獲得馬氏體或貝氏體組織的工藝方法。
鍛件經(jīng)鍛造余熱淬火和回火處理后,不僅可以獲得較好的綜合機(jī)械性能,而且可以節(jié)省能源,簡(jiǎn)化工藝流程、縮短生產(chǎn)周期,減少人員和節(jié)省淬火加熱爐的投資費(fèi)用。
鍛件經(jīng)鍛造余熱淬火并高溫回火后,其強(qiáng)度與硬度一般均高于普通調(diào)質(zhì),而塑性與韌性比普通調(diào)質(zhì)稍低(兩者回火溫度相同時(shí))。若鍛造余熱淬火后,采用較高回火溫度(一般比普通調(diào)質(zhì)的回火溫度高出40~80℃)后,其塑性和韌性與普通淬火相當(dāng)或稍高。鍛件經(jīng)鍛造余熱淬火后,在保持塑性和韌性的前提下明顯地提高了強(qiáng)度和硬度,另外由于其晶粒較普通淬火粗大,可改善材料的切削加工性能。
鍛造余熱正火(退火)
鍛造余熱正火(退火)是鍛件成形后,當(dāng)溫度高于Ar3(對(duì)亞共析鋼)時(shí),進(jìn)入正火爐、冷卻箱或退火爐內(nèi)進(jìn)行正火或控制冷卻,得到正火組織。
由于鍛造加熱溫度高,采用此方法處理后鍛件的晶粒較粗,一般用于預(yù)備熱處理,不適用對(duì)于晶粒度有較高要求的鍛件。同時(shí),處理后得到的組織為珠光體+鐵素體平衡組織,粗晶粒在后續(xù)熱處理中不存在組織遺傳,晶粒可重新細(xì)化。
鍛造余熱等溫正火
鍛造余熱等溫正火是鍛件成形后,當(dāng)溫度高于Ar3(對(duì)亞共析鋼)時(shí)急速冷卻,冷卻到等溫溫度后保溫一段時(shí)間后空冷至室溫。
鍛件成形后溫度一般在900~1000℃,急冷速度一般控制在30~42℃/min,等溫溫度一般為550~680℃(具體需根據(jù)不同材質(zhì)確定)。急冷是該工藝的關(guān)鍵工序,可通過(guò)調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)量、風(fēng)速、風(fēng)溫和風(fēng)向,保證鍛件冷卻后溫度均勻。等溫溫度根據(jù)材料種類和要求的硬度確定,一般選在珠光體轉(zhuǎn)變曲線的鼻部以縮短等溫保溫時(shí)間。鍛造余熱等溫正火多用于滲碳齒輪鋼,例如SCM420H、SCM822H、SAE8620H和20CrMnTiH等。
余熱熱處理工藝的控制要點(diǎn)
余熱淬火
⑴穩(wěn)定可控的加熱系統(tǒng)。坯料的加熱系統(tǒng)為中頻感應(yīng)加熱、紅外測(cè)溫儀和三通道溫度分選系統(tǒng),可方便的控制加熱溫度和分選加熱溫度不合格的坯料。
⑵確定合適的淬火溫度,并能有效加以控制。合適的鍛造余熱淬火溫度需根據(jù)試驗(yàn)確定,實(shí)際操作中可通過(guò)控制鍛造加熱溫度、鍛后停留時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn),鍛后停留時(shí)間推薦碳鋼不大于60s、合金鋼在20~60s之間。
配置紅外測(cè)溫儀和溫度分選系統(tǒng),將低于淬火溫度的鍛件分選出去;當(dāng)鍛造加熱溫度穩(wěn)定、鍛造過(guò)程也穩(wěn)定時(shí)可配置工序時(shí)間測(cè)量和報(bào)警系統(tǒng),通過(guò)控制工序時(shí)間達(dá)到控制淬火溫度的目的。
⑶良好的淬火系統(tǒng)。在保證淬火效果的前提下選擇冷卻能力較慢的淬火劑,以防止嚴(yán)重淬火變形和開裂。由于鍛造余熱淬火溫度比普通淬火溫度高,因此鍛件淬透性好,故碳鋼和合金鋼一般選用油或PAG淬火劑。
淬火槽應(yīng)有足夠的容積,冷卻時(shí)間可控,另外還要配置淬火介質(zhì)循環(huán)、冷卻系統(tǒng)和加熱裝置,淬火介質(zhì)溫度自動(dòng)控制,還應(yīng)配置抽風(fēng)裝置。加強(qiáng)對(duì)淬火介質(zhì)的維護(hù),定期檢測(cè)淬火介質(zhì)的冷卻性能,清理液槽及循環(huán)系統(tǒng)中的氧化皮等雜質(zhì),保持淬火介質(zhì)的清潔。
⑷淬火后的回火和回火爐的配置位置。鍛件淬火后其內(nèi)部存在較大應(yīng)力,導(dǎo)致放置過(guò)程中產(chǎn)生較大變形甚至開裂。為防止淬火后零件變形和開裂,淬火后鍛件應(yīng)及時(shí)回火。鍛件淬火后可擱置時(shí)間與鍛件材料、形狀和環(huán)境溫度有關(guān),需根據(jù)試驗(yàn)確定。為節(jié)約能源和提高回火爐的利用率,降低保溫能耗,采用余熱淬火的鍛件一般在熱處理車間集中回火。