热处理具有很大的节能潜力。如何采取措施加强节能是每个热处理工人面前的一个重要课题。以下是热处理工艺节能的简要讨论。
降低加热温度
一般亚分析碳钢的淬火加热温度在Ac3以上30~50℃,碳钢淬火加热温度的分析和过分析Ac1以上30~50℃。但近年来的研究证实,亚共析钢略低于Ac3的α+γ加热淬火(即亚温淬火)可提高钢的韧性,降低脆性转换温度,消除回火脆性。淬火的加热温度可降低40℃。
对高碳钢采用低温快速短时加热淬火,可减少奥氏体碳含量,有利于获得良好强韧配合的板条马氏体,不仅可提高其韧度,而且还缩短了加热时间。
对于某些传动齿轮,碳氮共渗代替渗碳,耐磨性提高40%~60%,疲劳强度提高50%~80%,但共渗温度(850℃)比渗碳温度(920℃)低70℃,还可减少热处理变形。
缩短加热时间
生产实践表明,根据工件的有效厚度确定的传统加热时间是保守的,因此需要加热保温时间公式τ=α·K·D中加热系数α修正。根据传统处理工艺参数,在空气炉中加热至800~900℃时,α值推荐为1.0~1.8min/mm,这显然是保守的。如果可以的话。α如果值降低,加热时间可以大大缩短。加热时间应根据钢工件的尺寸和装载量通过实验确定。一旦确定优化的工艺参数,应认真执行,以获得显著的经济效益。
取消回火或减少回火次数
20年取消渗碳钢回火Cr与回火相比,钢装载机双面渗碳活塞销取消回火的疲劳极限可提高16%;取消低碳马氏体钢的回火,将推土机销轴套简化为20钢淬火(低碳马氏体),硬度稳定在45HRC产品强度和耐磨性显著提高,质量稳定;高速钢减少回火次数,如W18Cr4V钢机用锯条回火(560℃×1h)代替传统的560℃×1h三次回火,使用寿命提高40%。
用低温回火代替高温回火
用中碳或中碳合金结构钢代替高温回火,可获得更高的多冲抗力。W6Mo5Cr4V2钢制Φ8mm淬火后钻头350℃×1h+560℃×1h与560相比,二次回火℃×1h钻头三次回火切削寿命提高40。
合理降低渗层深度
化学热处理周期长,耗电量大。如果能降低渗层深度,缩短时间,是节能的重要手段。用应力测量必要的硬化层深度,说明目前的硬化层太深,只需要传统硬化层深度的70%。研究表明,碳氮共渗比渗碳可以降低30%~40%的层深。同时,如果渗层深度控制在实际生产中的技术要求下限,也可以节约能源 20%,缩短时间,减少变形。
高温和真空化学热处理
高温化学热处理是指设备使用温度允许,渗钢种奥氏体晶粒不生长狭窄,提高化学热处理温度,大大加快渗碳速度。将渗碳温度从930开始℃提高到1000℃,渗碳速度可提高2倍以上。但由于存在诸多问题,未来发展有限。
真空化学热处理是在负压的气相介质中进行。由于在真空状态下工件表面净化,以及采用较高的温度,因而大大提高了渗速。1333.3×(10-1~10-2)Pa铝、铬的渗透率可提高10倍以上。
离子化学热处理
它是一种化学热处理工艺,在含有欲渗元素的气相介质中,利用工件(阴极)和阳极产生光放电,同时渗入欲渗元素。如离子氮渗透、离子碳渗透、离子硫渗透等,具有渗透速度快、质量好、节能等优点。
利用感应自行回火
利用感应自行回火代替炉中回火,由于是利用感应加热将热量传到淬火层以外,淬火冷却时未全部带走残留下来的热量而实现短时间回火,因而具有高效节能,并在许多情况下(如对高碳钢及高碳高合金钢)可避免淬火开裂,同时一经确定各工艺参数可大批量生产等优点,经济效益显着。
锻后预热淬火
锻后预热淬火不仅能降低热处理能耗,简化生产工艺,还能提高产品性能。
锻后余热淬火+高温回火作为预处理,可消除锻后余热淬火作为最终热处理颗粒粗、冲击韧性差的缺点,比球化退火或一般退火时间短,生产率高,高温回火温度低于退火和政治工作,可大大降低能耗,设备简单,操作方便。
与普通正火相比,锻后余热正火不仅能提高钢的强度,还能提高塑韧性,降低冷脆转化温度和缺口敏感性,如20CrMnTi钢锻后在730~630℃以20℃/h冷速冷却取得了良好的效果。
用表面淬火代替渗碳淬火
对含碳量在0.6%~0.8%中高碳钢高频淬火性能(如静强度、疲劳强度、多冲击抗力、残余内应力)的系统研究表明,完全有可能用感应淬火部分代替渗碳淬火。我们用40Cr钢高频淬火制造变速箱齿轮,取代原20CrMnTi钢渗碳淬火齿轮成功。
局部加热取代整体加热
对于一些局部和技术要求的零件(如耐磨齿轴直径、辊直径等),可采用浴炉加热、感应加热、脉冲加热、火焰加热等局部加热,可实现各部件摩擦咬合部件之间的适当配合,提高部件使用寿命,由于局部加热,可显著降低淬火变形,降低能耗。
我们深刻认识到,企业能够合理利用能源,利用有限的能源获得最大的经济效益,涉及能源设备效率、工艺技术路线是否合理、管理是否科学等因素。这就要求我们从系统的角度综合考虑,每个环节都不能忽视,同时,在制定过程中,也要有整体概念,紧密结合企业的经济效益,不能制定过程,在当今市场经济的快速发展中,这一点尤为重要。