锻造余热淬火工艺
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车轮锻件余热热处理怎样的工艺方法更有效?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。
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。
1.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。
2.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。
3.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。
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)。
如何利用锻造风机轴锻件时产生的余热?
为了使风机轴锻件的锻造余热得到利用,在锻后利用风机轴锻件自身热量直接进行热处理,即风机轴锻件的锻造余热热处理,省略重新加热工序,对于中小型风机轴锻件一般有三种。
锻造余热热处理
风机轴锻件锻后利用余热直接进行热处理,把锻造和热处理紧密结合到一起,节省普通热处理需要重新加热的大量能耗。
例如风机轴锻件锻后利用余热直接进行淬火,这种锻造余热淬火又称高温形变热处理,可使风机轴锻件获得良好综合力学性能。
为此,世界各国均大量采用锻造余热热处理。
其种类有:
锻造余热淬火:风机轴锻件锻后直接在淬火介质中快冷获得淬火组织,以取代原来的重新加热淬火工艺。
锻造余热退火:风机轴锻件锻后缓冷以取代原来的重新加热退火。
锻造余热正火:风机轴锻件锻后空冷以取代原来的重新加热正火。
锻造余热等温正火:风机轴锻件锻后急速冷却到等温温度后保温,取代重新加热等温正火。
锻造余热均温热处理
风机轴锻件锻后直接送入均温热处理炉,仍按常规的风机轴锻件热处理工艺执行,风机轴锻件均温后,确保风机轴锻件在淬火、正火和等温正火时的温度一致,这种方法称余热均温热处理。
对于形状复杂,特别是截面变化大的风机轴锻件采用该工艺可以确保风机轴锻件热处理质量稳定。
锻后利用部分余热的热处理
锻造余热淬火、锻造余热均温淬火、锻造余热正火和锻造余热等温正火,其风机轴锻件晶粒度都较常规热处理工艺粗大。
为细化晶粒可将风机轴锻件冷却到600℃~650℃,然后再将风机轴锻件加热到淬火(正火)所需要的温度进行淬火(正火),这样可以细化晶粒,又降低了把风机轴锻件从室温加热到600℃~650℃的能耗,一般用于对晶粒度要求高的风机轴锻件。
锻造余热处理
核心提示:锻造余热处理锻造余热热处理属于高温形变后的热处理。
即将工件胚料放到加热炉中加热到锻造温度,经过保温,工件胚料发生奥氏体化
锻造余热处理锻造余热热处理属于高温形变后的热处理。
即将工件胚料放到加热炉中加热到锻造温度,经过保温,工件胚料发生奥氏体化转变,然后在锻造过程中产生形变,终锻结束后,根据不同的材质预冷或等温到我们所需的温度,依据不同工艺需求选择相应冷却方法,获得我们所需的组织和机械性,锻造余热热处理可以缩短生产周期,提高生产效率、降低生产成本。
1. 锻造余热淬火锻造过程中产生形变,终锻结束,根据不同的材质预冷或等温到我们所需的温度后的冷却方式采用水或油快速冷却,得到淬火马氏体为主的组织,是余热淬火。
2. 锻件余热调质将工件胚料放到加热炉中加热到锻造温度,保温后进行锻造,终锻结束后,根据不同的材质预冷或等温到我们所需的淬火温度,选择相应的淬火介质进行淬火冷却,得到以淬火马氏体为主的组织。
然后进行高温回火,得到我们所需的机械性能。
锻件余热调质比常规调质可提高抗拉强度、屈服强度、冲击疲劳抗力、塑性、断裂韧性,还能减轻合金结构钢回火脆性、降低成本。
3. 锻造余热正火锻造过程中产生形变,终锻结束,根据不同的材质预冷或等温到我们所需的温度后选择在空气中冷却,得到索氏体为主的组织,是余热正火。
4. 锻造余热退火锻造过程中产生形变,终锻结束,根据不同的材质预冷或等温到我们所需的温度后选择在炉中或缓冷坑中冷却,得到在铁素体基体上分布的片状或球状碳化物为主的组织,是余热退火。
锻热淬⽕⼯艺16个实例详解,看完秒懂(1)镗⼑锻后淬⽕镗床⽤镗⼑⼑⾝直径4mm,⼑头直径6mm,总长40mm,锻后⽴即淬⽕,及时回⽕,结果使切削寿命较常规处理提⾼30%以上。
(2)车⼑锻后淬⽕国内某机床电器⼚⽣产的⾃⽤M2钢车⼑,锻后⽴即淬油,550℃回⽕,使⽤寿命较市售车⼑提⾼1倍多。
嘉龙公司⽤9341钢制12⽅⾃⽤车⼑,⾃由锻造后油冷,使⽤寿命⽐较⾼。
(3)粉碎机锤头锻热淬⽕65Mn钢制355mm×98mm×33mm粉碎机锤头锻后余热淬⽕:始锻温度1050℃,终锻温度840~860℃,终锻后在空⽓中停留2~3s,淬⼊流动的⾃来⽔,180~200℃回⽕,表层10mm向内硬度可达50~55HRC,使⽤寿命较常规热处理提⾼50%以上。
(4)套筒扳⼿锻热淬⽕国内某五⾦⼯具⼚⽤40Cr钢制套筒扳⼿,锻热淬⽕代替原盐浴淬⽕,不仅节能环保,⽽且质量上乘。
(5)錾⼦锻热淬⽕55MnSi钢制錾⼦在2500N空⽓锤和专⽤的模⼦上锻造成形,⾼温形变温度为920~950℃,形变量为75%左右,终锻温度⼤约900℃,形变后30s内(视⼯件表⾯⽕⾊)迅速⽔淬油冷,220~270℃回⽕。
形变热处理后的錾⼦硬度⾼、韧性好,使⽤寿命⼤⼤提⾼。
(6)螺纹环规的锻热淬⽕将230mm×120m质量约40kg的CrMn钢⽑坯锻打成90mm×90mm×600mm⽅条,再根据环规尺⼨下料。
将坯料加热到1050~1150℃,适当保温在⾼温形变区内快速镦拔成形,其形变量为35%~40%,终锻温度920~900℃,⽴即投⼊到40~70℃油冷却,在油中冷40~60s,约100℃出油空冷,及时回⽕。
环规表⾯硬度均≥62HRC。
(7)45钢制链轮锻热淬⽕始锻温度1070~1150℃,终锻温度为850℃,形变量为35%~75%,回⽕温度200~350℃,较盐浴⽕箱式炉加热淬⽕,强度提⾼约30%,耐磨性提⾼26%~30%。
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选择合适的螺母材料,通常为中碳钢或合金钢。
8620H齿轮锻件锻造余热正火工艺正火是齿轮锻件毛坯常用的一种预备热处理工艺,锻件通过正火可以获得要求的硬度以及较稳定的金相组织,为后续机械加工做好准备。
锻件的正火经历了普通箱式炉正火到连续炉等温正火的过程,目前等温正火已在国内大中型齿轮企业广泛应用。
而随着热处理工艺和设备的不断发展以及人们对节约能源的要求,锻造余热正火则成为一种新的锻件正火发展方向。
8620H齿轮锻件的正火技术要求硬度要求160~197HB;金相组织按照“GB/T13320-1991钢质模锻件金相组织评定图及评定方法”,合格级别应为1~3级;参照国外某公司TES-019标准:正火后不能含有大于30%的断离珠光体组织以及不可以接受的带状组织。
由于毛坯在1000℃左右停锻,此时锻件仍处于奥氏体状态,通过控制冷却,使锻件停锻后在可控的温度范围内通过传送装置进入等温炉中保温,发生组织转变。
从而获得要求的硬度和良好的组织状态。
由于余热正火没有对锻件进行重新加热奥氏体化,而停锻后锻件奥氏体晶粒比正常重新加热的晶粒显著增大,而且这种粗大晶粒的特性会在后续的渗碳加热时发生组织遗传,使最终的零件性能恶化,因此必须很好地控制锻件在终锻后的冷却和等温转变,使其产生均匀的铁素体和珠光体组织。
工艺参数主要有锻件进入等温炉的温度即入炉温度、等温炉温度和保温时间等,而锻件的入炉温度则是控制锻件余热正火质量的关键工艺参数。
将等温温度设定在珠光体转变温度范围内(630℃左右),要求锻件终锻后在传送装置上不能重叠,通过调整传送带转速来控制锻件的入炉温度,保温时间为90min。
合理地控制锻件的入炉温度(650~700℃)就可以得到均匀的平衡组织,而且将锻件硬度控制在156~170HB,部分品种锻件甚至在160~168HB,极大减少了锻件的硬度散差;当锻件入炉温度高于700℃,硬度偏低;当锻件入炉温度低于630℃就有可能产生断离珠光体组织。
由于等温正火重新对锻件进行奥氏体化加热,在一定程度上细化了晶粒,因此硬度接近的经余热正火和等温正火处理的锻件,在相同放大倍数下余热正火组织晶粒要大于等温正火,但组织级别仍在要求范围之内。
锻造余热淬火工艺
锻造余热淬火可以略去正火和调质的奥氏体化重新加热过程,是一项重要的热处理节能措施。
即在1050-1250℃加热锻制后利用锻件自身的热量直接淬火,使锻件余热得到利用,同时改善了综合机械性能。
研究表明:与普通热处理相比,工件锻造余热淬火后大幅度提高力学性能:硬度提高10%、抗拉强度提高3%-10%、伸长率提高10%-40%、冲击韧性提高20%-30%。
此外,经锻造余热淬火后,工件具有很高的回火抗力,强化效果可保持到600℃以上。
锻造余热淬火工艺参数对其强化效果有很大影响,其中尤以锻造温度和锻造后淬火前的停留时间影响最大。
锻造加热温度较低时,淬火后获得的冲击韧性较高,所以从获得最佳强韧化效果出发,希望锻造温度不宜过高,对于中碳低合金结构钢,锻造加热温度应控制在1220℃内,以避免工艺过程中奥氏体的后续动态再结晶的发生。
锻造后淬火前的停留时间,是现场作业的重要工艺参数,随停留时间的延长,钢的硬度、强度和冲击韧性同时降低,所以,锻后应立即淬火。
如操作上有困难,对碳钢可有3-5s的停留,合金钢停留时间可稍长。
一般认为,终锻后至淬火前的停留时间不应超过60s。
另外,形变量对提高锻造余热淬火的硬度、强度是有利的,形变量越大,强化效果越好,对多元低合金钢尤其是这样。
亚共析钢锻造余热淬火加工工艺为:锻造成形——余热淬火——高温回火——粗加工——精加工。
过共析钢锻造余热淬火加工工艺为:锻造成形——余热淬火——高温回火——粗加工——淬火——低温回火——精加工。
锻造余热淬火处理除了基本的简化工艺及提高性能外,还有以下优点:
1、节约能源:由于省略了调质淬火加热工序,每吨锻件可节电约
400KW.h。
一般调质件在调质淬火前往往还需要进行一次正火,将正火加热工序考虑进去,每吨锻件可节电850KW.h。
2、节约钢材:锻造余热淬火在保证足够塑性的前提下可以提高钢材的强度,从而减轻零件的质量、节约钢材。
如美国福特汽车公司生产的汽车板簧,改用锻造余热淬火生产后,由原来的14片(77kg)减至7片(52kg),节约钢材32%。
3、缩短生产周期:由于简化了工序,省去了原工艺中的正火及调质,故可显著节约工时。
常规一般从投料经锻造、热处理入库有3-6天,采用锻造余热淬火后可减少到1-2天,生产效率提高3倍,显著缩短了生产周期。
锻造余热淬火既适于少批量生产,又适于大批量生产,简化工艺后、减轻劳动强度,同时获得了显著的经济效益,在国内锻造行业是一项尚待推广使用的技术,值得投入。