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經(jīng)驗(yàn)分享：齒輪鍛件退火熱處理工藝

發(fā)布時(shí)間：2020年08月17日瀏覽量：1689

滲碳鋼20CrMnTi鍛件鍛造后空冷至室溫，得到鐵素體、珠光體、魏氏體及貝氏體組成的混合組織時(shí)，加熱到930℃滲碳后冷卻到850℃淬火時(shí)仍出現(xiàn)粗大奧氏體晶粒，呈明顯的組織遺傳性。若鍛造后經(jīng)過熱處理，得到鐵素體和珠光體的混合組織，經(jīng)滲碳淬火后，組織明顯細(xì)化，不再出現(xiàn)組織遺傳性，這就是鍛造后熱處理的意義。小型齒輪鍛件熱處理的目的主要有：

①消除鍛造應(yīng)力。

②得到較均勻的金相組織，改善切削性能。

③減小齒輪滲碳、淬火后的變形量。

1.等溫退火

鍛件材質(zhì)為20CrMnTi，設(shè)備為等溫退火連續(xù)爐（見圖1），由高溫區(qū)、快冷區(qū)和等溫區(qū)組成。

圖1? 等溫退火生產(chǎn)線示意

等溫退火工序?yàn)殄懠冗M(jìn)高溫加熱區(qū)，由室溫加熱至940℃，并保溫一段時(shí)間，使其充分奧氏體化，然后進(jìn)入快冷區(qū)，在5~10min內(nèi)從950℃快冷至650℃，使鍛件快速進(jìn)入正確相變區(qū)間，再經(jīng)650℃保溫，使鍛件充分相變至鐵素體珠光體組織，送出爐外空冷至室溫。工藝曲線如圖2所示。

圖2? 等溫退火工藝曲線

需要注意的是，由于鍛件的尺寸不同，等溫退火工藝曲線應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。原則是保證鍛件金相組織1~3級，表面硬度控制在160~210HBW為宜。經(jīng)過試驗(yàn)，此生產(chǎn)工藝同樣適用于小型軸類鍛件的退火，設(shè)備生產(chǎn)能力為600kg/h。

2.余熱退火

鍛件材質(zhì)為20CrMnTi，設(shè)備為網(wǎng)帶式余熱退火爐（見圖3），由加熱爐和快冷室組成。預(yù)熱退火工序是鍛件成形后直接送入加熱爐內(nèi)，650℃保溫45min，然后進(jìn)入快冷室，20min內(nèi)冷卻至70℃以下。工藝曲線如圖4所示。

圖3? 余熱退火生產(chǎn)線示意

圖4? 等溫退火工藝曲線

在利用鍛件余熱退火時(shí)，重點(diǎn)是要把握鍛件入爐溫度和爐內(nèi)保溫時(shí)間，經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)一般鍛件入爐溫度應(yīng)控制在800℃以上，此時(shí)退火后的金相及硬度最為合適；而800℃以下的鍛件利用余熱退火后很可能出現(xiàn)組織、硬度不合格的現(xiàn)象，應(yīng)加以嚴(yán)格注意。保溫時(shí)間和溫度也不能一概而論，應(yīng)根據(jù)鍛件的大小和薄厚程度適當(dāng)調(diào)整。另外，余熱退火出爐后也可以空冷至室溫，我公司采用風(fēng)冷主要是考慮到退火后鍛件直接由員工裝入拋丸機(jī)清理氧化皮，這樣就不需要設(shè)置中間貨店了。此設(shè)備生產(chǎn)能力為600kg/h，退火后鍛件金相組織1~3級，表面硬度控制在160~210HBW。

3.等溫退火和余熱退火的比較

等溫退火和余熱退火的優(yōu)缺點(diǎn)：

（1）等溫退火工藝

優(yōu)點(diǎn)：

①工藝穩(wěn)定性較高，鍛件硬度的離散度可控制在20HBW/批以內(nèi)。整個(gè)退火過程容易控制，退火后的鍛件不論是金相組織還是表面硬度均能達(dá)到要求，也是目前使用最廣泛的鍛件熱處理方式。

②由于它獨(dú)立在鍛造生產(chǎn)線之外，和其他鍛造設(shè)備可動(dòng)率不相互影響，既不會(huì)因?yàn)槟骋辉O(shè)備的故障而停爐，也不會(huì)因?yàn)榈葴赝嘶鹁€的不正常使鍛造生產(chǎn)線停止。

缺點(diǎn)：

①要待鍛件完全冷卻后再重新將其加熱到940℃左右，會(huì)造成能源浪費(fèi)。

②等溫退火線無法并入鍛造生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)“一個(gè)流”式的鍛造生產(chǎn)方式。

因此需要專門設(shè)立待正火貨店，等鍛件量滿足等溫退火設(shè)備生產(chǎn)能力后統(tǒng)一入爐，這樣的中間貨店會(huì)大量占用場地資源以及流動(dòng)資產(chǎn)，不符合豐田生產(chǎn)方式中“0”中間在庫的思想。

（2）余熱退火工藝

優(yōu)點(diǎn)：

①節(jié)能環(huán)保，與我們國家現(xiàn)在所提倡的低碳經(jīng)濟(jì)相符合，它利用鍛件的余熱，省去了加熱環(huán)節(jié)，其能耗可降至一般等溫退火的50%。

②與鍛造生產(chǎn)線結(jié)合在一起，節(jié)省了中間在庫所占用的場地資源以及流動(dòng)資金。

缺點(diǎn)：

①雖然余熱退火工藝已經(jīng)被證明是可靠的，在生產(chǎn)中也得到了廣泛應(yīng)用，但由于鍛造設(shè)備的不同，以及鍛造作業(yè)者操作速度不同等問題，其入爐溫度相對比較難控制，容易造成組織硬度的不合格。

②它必須緊跟在每條鍛造生產(chǎn)線之后，與其他鍛造設(shè)備的可動(dòng)率相互影響，也就是說余熱退火爐或者這條鍛造生產(chǎn)線的任何一個(gè)設(shè)備發(fā)生故障，將直接導(dǎo)致整條生產(chǎn)線全部停產(chǎn)。

③由于退火爐升溫、降溫過程耗時(shí)耗電，所以余熱退火所匹配的鍛造生產(chǎn)線最好是三班運(yùn)轉(zhuǎn)的飽和生產(chǎn)線，至少也要保證兩班制產(chǎn)能，不然生產(chǎn)8h，空爐運(yùn)轉(zhuǎn)16h是得不償失的。

4.結(jié)語

以上就是筆者對小型齒輪鍛件退火熱處理工藝的點(diǎn)滴認(rèn)識(shí)，大部分是來自生產(chǎn)實(shí)踐之中，可能會(huì)和某些參考資料有出入。但筆者認(rèn)為這是正常的現(xiàn)象，現(xiàn)實(shí)中很難找到放之四海而皆準(zhǔn)的一套生產(chǎn)工藝。沒有最好的，只有最適合的。大家可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的質(zhì)量、成本、交貨期、場地等各方面因素綜合到一起加以衡量，選擇適合的鍛件退火工藝。希望這篇論文能夠給讀者在工藝選擇時(shí)提供一定的參考和幫助。

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