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锻件余热利用简述

点击量:457更新时间:2017/11/20

余热利用的意义
锻造行业是能源消耗大户,而锻件热处理又是锻件生产中能源消耗大户,约占整个锻件生产总能耗的30%~35%。我国每吨模锻件的能耗约为1.0t标煤,与国外工业发达国家相比,存在很大差距,例如日本每吨模锻件的能耗约为0.515t标煤。锻件能耗约占锻件成本的8%~10%,降低能耗不仅可以降低锻件生产成本,提高企业经济效益,而且能源问题又是关系到一个国家能否可持续发展的重要问题,甚至是关系到人类生存的全球性重大问题。所以充分利用锻造余热进行热处理,在节能降耗、提升效率等方面有着显而易见的优势,既节约能源、缩短工艺流程,又保护环境。
热模锻余热热处理
锻造后利用锻件自身热量直接进行热处理,即锻件的余热热处理省略了锻造后热处理前重新加热锻件的工序,余热热处理一般有以下3种方式。
⑴锻后进行余热均温热处理。锻件成形后直接送入热处理炉,仍按常规的热处理工艺进行,均温后锻件不同部位温度一致,可缩短保温时间,这种方法称为余热均温热处理。对于形状复杂,特别是截面变化大的锻件采用该工艺可以确保锻件质量稳定。
⑵锻后直接余热热处理。锻件成形后利用锻造余热直接进行热处理,把锻造和热处理紧密结合在一起,节省了普通热处理需要重新加热造成的大量能耗浪费。
⑶锻后利用部分余热进行热处理。锻件成形后将锻件冷却到600~650℃左右,然后将锻件再加热到所需要的温度进行热处理。此方法可以细化到晶粒,又节约了把锻件从室温加热到600~650℃的能耗,一般适用于对晶粒度要求高的锻件。
余热热处理常用工艺方法
锻造余热淬火
锻造余热淬火是锻件成形后,当其温度高于Ar3或Ar3~Ar1之间的某一温度时,淬入适当的淬火介质中,获得马氏体或贝氏体组织的工艺方法。
锻件经锻造余热淬火和回火处理后,不仅可以获得较好的综合机械性能,而且可以节省能源,简化工艺流程、缩短生产周期,减少人员和节省淬火加热炉的投资费用。
锻件经锻造余热淬火并高温回火后,其强度与硬度一般均高于普通调质,而塑性与韧性比普通调质稍低(两者回火温度相同时)。若锻造余热淬火后,采用较高回火温度(一般比普通调质的回火温度高出40~80℃)后,其塑性和韧性与普通淬火相当或稍高。锻件经锻造余热淬火后,在保持塑性和韧性的前提下明显地提高了强度和硬度,另外由于其晶粒较普通淬火粗大,可改善材料的切削加工性能。
锻造余热正火(退火)
锻造余热正火(退火)是锻件成形后,当温度高于Ar3(对亚共析钢)时,进入正火炉、冷却箱或退火炉内进行正火或控制冷却,得到正火组织。
由于锻造加热温度高,采用此方法处理后锻件的晶粒较粗,一般用于预备热处理,不适用对于晶粒度有较高要求的锻件。同时,处理后得到的组织为珠光体+铁素体平衡组织,粗晶粒在后续热处理中不存在组织遗传,晶粒可重新细化。
锻造余热等温正火
锻造余热等温正火是锻件成形后,当温度高于Ar3(对亚共析钢)时急速冷却,冷却到等温温度后保温一段时间后空冷至室温。
锻件成形后温度一般在900~1000℃,急冷速度一般控制在30~42℃/min,等温温度一般为550~680℃(具体需根据不同材质确定)。急冷是该工艺的关键工序,可通过调节冷却风量、风速、风温和风向,保证锻件冷却后温度均匀。等温温度根据材料种类和要求的硬度确定,一般选在珠光体转变曲线的鼻部以缩短等温保温时间。锻造余热等温正火多用于渗碳齿轮钢,例如SCM420H、SCM822H、SAE8620H和20CrMnTiH等。
余热热处理工艺的控制要点
余热淬火
⑴稳定可控的加热系统。坯料的加热系统为中频感应加热、红外测温仪和三通道温度分选系统,可方便的控制加热温度和分选加热温度不合格的坯料。
⑵确定合适的淬火温度,并能有效加以控制。合适的锻造余热淬火温度需根据试验确定,实际操作中可通过控制锻造加热温度、锻后停留时间来实现,锻后停留时间推荐碳钢不大于60s、合金钢在20~60s之间。
配置红外测温仪和温度分选系统,将低于淬火温度的锻件分选出去;当锻造加热温度稳定、锻造过程也稳定时可配置工序时间测量和报警系统,通过控制工序时间达到控制淬火温度的目的。
⑶良好的淬火系统。在保证淬火效果的前提下选择冷却能力较慢的淬火剂,以防止严重淬火变形和开裂。由于锻造余热淬火温度比普通淬火温度高,因此锻件淬透性好,故碳钢和合金钢一般选用油或PAG淬火剂。
淬火槽应有足够的容积,冷却时间可控,另外还要配置淬火介质循环、冷却系统和加热装置,淬火介质温度自动控制,还应配置抽风装置。加强对淬火介质的维护,定期检测淬火介质的冷却性能,清理液槽及循环系统中的氧化皮等杂质,保持淬火介质的清洁。
⑷淬火后的回火和回火炉的配置位置。锻件淬火后其内部存在较大应力,导致放置过程中产生较大变形甚至开裂。为防止淬火后零件变形和开裂,淬火后锻件应及时回火。锻件淬火后可搁置时间与锻件材料、形状和环境温度有关,需根据试验确定。为节约能源和提高回火炉的利用率,降低保温能耗,采用余热淬火的锻件一般在热处理车间集中回火。