金相组织均匀，适合齿轮锻件的退火工艺

                                               

作者：田凯，唐山爱信齿轮有限公司

   

唐山职业技术学院李娜

   

来源:金属加工(热加工)杂志

   

渗碳钢20CrMnTi锻件锻造后空冷至室温，得到铁素体、珠光体、魏氏体及贝氏体组成的混合组织时，加热到930℃碳化后冷却850℃淬火过程中仍有粗大的奥氏体晶粒，具有明显的组织遗传性。如果铁素体和珠光体的混合组织在锻造后经过热处理，经过碳淬火后，组织明显细化，组织不再遗传，这就是锻造后热处理的意义。小型齿轮锻件热处理的主要目的是：

   

①消除锻造应力。

   

②获得更均匀的金相组织，提高切削性能。

   

③降低齿轮渗碳和淬火后的变形。

   

1.等温退火

   

锻件材质为20CrMnTi，由高温区、快冷区和等温区组成的等温退火连续炉(见图1)。

   

图1

   

等温退火工艺是锻件先进的高温加热区，由室温加热到940℃，保温一段时间，使其完全奥氏体化，然后进入快速冷却区5~10min内从950℃快冷至650℃，使锻件快速进入正确的相变区间，然后通过650℃保温，使锻件完全相变为铁素体 珠光体组织，将炉外空冷至室温。工艺曲线如图2所示。

   

   

图2

   

需要注意的是，由于锻件尺寸不同，应根据生产现场的实际情况调整等温退火工艺曲线。原则是确保锻件金相组织1~3等级，表面硬度控制在160~210HBW这是合适的。经试验，该生产工艺也适用于小型轴锻件的退火，设备的生产能力为600kg/h。

   

2.余热退火

   

锻件材质为20CrMnTi，该设备为网带式余热退火炉(见图3)，由加热炉和快速冷却室组成。预热退火工艺是锻件成型后直接送入加热炉，650℃保温45min，然后进入快冷室，20min内冷却至70℃下面。工艺曲线如图4所示。

   

图3

   

   

图4

   

利用锻件余热退火时，重点是掌握锻件入炉温度和炉内保温时间。现场试验发现，一般锻件入炉温度应控制在800℃以上，退火后的金相和硬度最合适；800℃以下锻件利用余热退火后可能出现组织硬度不合格的现象，应严格注意。绝缘时间和温度不能一概而论，应根据锻件的大小和厚度进行适当调整。此外，余热退火也可以冷却到室温。我公司采用风冷，主要考虑退火后锻件由员工直接装入抛丸机清洗氧化皮，无需设置中间商店。该设备的生产能力为600kg/h，退火后锻件金相组织1~3等级，表面硬度控制在160~210HBW。

   

3.等温退火与余热退火的比较

   

等温退火和余热退火的优缺点：

   

(1)等温退火工艺

   

优点：

   

①工艺稳定性高，锻件硬度的离散度可控制在20HBW/批以内。整个退火过程易于控制。退火锻件可满足金相组织和表面硬度的要求，也是目前应用最广泛的锻件热处理方法。

   

②由于它独立于锻造生产线外，与其他锻造设备的可动性没有相互影响，不会因设备故障或等温退火线异常而停止。

   

缺点：

   

①锻件完全冷却后再加热940℃左右，会造成能源浪费。

   

②等温退火线不能纳入锻造生产线，实现一流锻造生产模式。

   

因此，有必要专门设立待正火货店。锻件量满足等温退火设备生产能力后，统一入炉。这样的中间货店会占用大量的场地资源和流动资产，不符合丰田生产模式中0中间仓库的理念。

   

(2)余热退火工艺

   

优点：

   

①节能环保符合我国目前倡导的低碳经济。它利用锻件的余热节省了加热环节，其能耗可降低到等温退火的50%。

   

②结合锻造生产线，节省了仓库中间占用的场地资源和营运资金。

   

缺点：

   

①虽然余热退火工艺已被证明是可靠的，并在生产中得到了广泛的应用，但由于锻造设备锻造操作人员操作速度不同，炉温相对难以控制，容易导致组织硬度不合格。

   

②每条锻造生产线后，必须与其他锻造设备的可动性相互影响，即余热退火炉或锻造生产线的任何设备故障，将直接导致整个生产线停产。

   

③由于退火炉加热和冷却过程耗时耗电，与余热退火相匹配的锻造生产线最好为三班饱和生产线，至少保证两班生产能力，否则生产8h，空炉运转16h得不偿失。

   

4.结语

   

以上就是笔者对小型齿轮锻件退火热处理工艺的点滴认识，大部分是来自生产实践之中，可能会和某些参考资料有出入。但笔者认为这是正常的现象，现实中很难找到放之四海而皆准的一套生产工艺。没有最好的，只有最适合的。大家可以根据实际生产的质量、成本、交货期、场地等各方面因素综合到一起加以衡量，选择适合的锻件退火工艺。希望这篇论文能够给读者在工艺选择时提供一定的参考和帮助。

   

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