大型鍛件鍛造行業是能源消耗大戶,而鍛件熱處理又是鍛件生產中能源消耗大戶,約占整個鍛件生產總能耗的30%~35%。我國每噸模鍛件的能耗約為1.0t標煤,與國外工業發達國家相比,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成本,提高企業經濟效益,而且能源問題又是關系到一個國家能否可持續發展的重要問題,甚至是關系到人類生存的全球性重大問題。所以充分利用鍛造余熱進行熱處理,在節能降耗、提升效率等方面有著顯而易見的優勢,既節約能源、縮短工藝流程,又保護環境。
熱模鍛余熱熱處理
鍛造后利用鍛件自身熱量直接進行熱處理,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。
1.鍛后進行余熱均溫熱處理。鍛件成形后直接送入熱處理爐,仍按常規的熱處理工藝進行,均溫后鍛件不同部位溫度一致,可縮短保溫時間,這種方法稱為余熱均溫熱處理。對于形狀復雜,特別是截面變化大的鍛件采用該工藝可以確保鍛件質量穩定。
2.鍛后直接余熱熱處理。鍛件成形后利用鍛造余熱直接進行熱處理,把鍛造和熱處理緊密結合在一起,節省了普通熱處理需要重新加熱造成的大量能耗浪費。
3.鍛后利用部分余熱進行熱處理。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行熱處理。此方法可以細化到晶粒,又節約了把鍛件從室溫加熱到600~650℃的能耗,一般適用于對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,當其溫度高于Ar3或Ar3~Ar1之間的某一溫度時,淬入適當的淬火介質中,獲得馬氏體或貝氏體組織的工藝方法。
鍛件經鍛造余熱淬火和回火處理后,不僅可以獲得較好的綜合機械性能,而且可以節省能源,簡化工藝流程、縮短生產周期,減少人員和節省淬火加熱爐的投資費用。
鍛件經鍛造余熱淬火并高溫回火后,其強度與硬度一般均高于普通調質,而塑性與韌性比普通調質稍低(兩者回火溫度相同時)。若鍛造余熱淬火后,采用較高回火溫度(一般比普通調質的回火溫度高出40~80℃)后,其塑性和韌性與普通淬火相當或稍高。鍛件經鍛造余熱淬火后,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,當溫度高于Ar3(對亞共析鋁)時,進入正火爐、冷卻箱或退火爐內進行正火或控制冷卻,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,一般用于預備熱處理,不適用對于晶粒度有較高要求的鍛件。同時,處理后得到的組織為珠光體+鐵素體平衡組織,粗晶粒在后續熱處理中不存在組織遺傳,晶粒可重新細化。
鍛造余熱等溫正火
鍛造余熱等溫正火是鍛件成形后,當溫度高于Ar3(對亞共析鋁)時急速冷卻,冷卻到等溫溫度后保溫一段時間后空冷至室溫。
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℃(具體需根據不同材質確定)。急冷是該工藝的關鍵工序,可通過調節冷卻風量、風速、風溫和風向,保證鍛件冷卻后溫度均勻。等溫溫度根據材料種類和要求的硬度確定,一般選在珠光體轉變曲線的鼻部以縮短等溫保溫時間。鍛造余熱等溫正火多用于滲碳齒輪鋁。
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