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绿色制造是使机械制造业实现可持续发展的一项重要的策略。紧固件预先热处理中的正火与退火是两种最常用的工艺,约占紧固件热处理的30%。这两种工艺方法虽在工艺上有着各自不同的特点,但当针对低碳钢或中碳钢材料进行有关处理时,则可以达到相同(或相近)的工艺目的。
# _* W0 e' x7 T& D 根据GB/T16923-1997《钢件的正火与退火》可知,正火与退火工艺方法被具体划分为多种小类,其中,正火与不完全退火、等温退火工艺的加工对象、技术要求最为相同(或相近)。 ( u/ e( C' R; q# C2 z* ^3 _3 s1 M
1.功能作用
" A0 X6 ^% |3 F- h) J 根据紧固件所采用的低碳钢或中碳钢而言,正火是把钢加热到Ac3以上30~70℃,出炉空冷或风冷至常温;不完全退火或等温退火是把钢加热到Ac1以上30~50℃左右,保温一定时间后,随炉冷却到一定温度后再空冷到室温。它们的相同或相近之处,在于都能对中碳钢、低碳钢进行处理,处理所得到的金相组织为铁素体+珠光体,并作为某种情况下的预备热处理或最终热处理,从而达到细化组织,改善力学性能和切削加工性能,消除内应力等目的。
7 Z) @" q) j7 b, Q: `, S 2.工艺特点比较 / g) B; u' f* k; F! |6 n
a. 正火后的晶粒比退火的细小,得到的珠光体较多,力学性能稍高于退火;
/ l0 t. Q( w W' M3 E% G b. 正火件常采用到炉装料,加热温度一般稍高于退火,保温时间短于退火; ! X ~) q! _( M( g8 ?7 z
c. 正火可消除碳化物的网状组织,退火则不能; - `8 Q. Y" d. H. L
d. 含碳量较低的碳素钢正火处理优于退火,反之,退火优于正火。 , ~$ U- O+ O( Y. M0 I0 b& s% Q
3.工艺成本 1 q( B* V V5 t. X
正火与退火比较则主要存在于资源方面的电能消耗、时间方面的保温和冷却上的差异及相应而存在的成本差异上。
6 k2 y. b' m. L: p4 f3 l- b$ {7 E 能源成本 用国内热处理业评价单耗值计正火0.542Kw.h.Kg,退火则为0.580Kw.h.Kg,将工业用电费按0.70元/Kw.h计算,退火电能平均成本差0.03元/Kg。 - L: X* F, Y! `$ H
人工成本 根据国内各地正火加工的最低价格在1元/Kg左右,其中正火工艺的人工成本约为0.32元/Kg,退火工艺的人工成本约为0.35元/Kg,其差值为0.03元/Kg左右。
! n3 M" S+ p8 E+ k9 P5 G 国内同一地区正火与退火热处理协作加工的价格差在0.2元/Kg左右。实际上,通过对该价格差具体分析后可知,该价格差仍然是建立在以传统的加热方式为主,生产批次较大的基础上得到的。 ! `# z; I/ v3 y0 M4 o% s0 t
4. 工艺评价 5 @& q4 k4 h+ D$ ?6 c
当制造紧固件对象和加工技术要求基本一致时,正火工艺比退火工艺的绿色程度高,这主要是从能耗和加工工时中体现的。
4 X7 Z2 R; J, \ ?/ v/ N 低温退火(去应力退火):加热温度<Ac1碳素钢550~650℃,消除镦锻及切削加工过程中的内应力,使其达到稳定状态。
! i/ e$ k1 y4 i( V& W3 i 再结晶退火:加热温度TR+150~250℃保温时间0.5~1h空冷,发生恢复再结晶过程,使变形晶粒为细小等轴晶粒,消除冷作硬化效应及内应力。对低碳钢再结晶退火温度600~650℃硬度在75~90HRB范围。 ~' I$ G3 X3 b& G3 `! d7 H
不完全退火:加热温度Ac1+30~50℃,碳素钢一般在700~750℃之间,细化晶粒,降低硬度,提高塑性,去除内应力。 3 |! D; n; O. b* ~4 T
球化退火:加热温度略高于Ac1,长时间保温后缓冷到小于500℃空冷,使碳化物球化,降低硬度可改善冷镦锻性能。 $ f+ V, m' p- X- M- R
正火:低碳、中碳钢加热温度Ac3+(50~70℃),低碳钢提高硬度,利于切削,中碳钢细化晶粒,均匀组织去应力。 , _) Q* I& m5 D1 u$ B
应用实例:
/ K \. `! y: v 如:20#钢三点焊接垫圈,采用850℃×0.5h正火和720℃×3h不完全退火,硬度125~165HBW基本相近,正火比不完全退火节省生产周期,效率高。 9 e( D j" [; m2 H3 G
SWRM15钢单面铆钉,采用840℃×0.5h正火和600℃×4h再结晶退火,前者硬度大于95HRB,后者硬度在78~88HRB符合铆接性能要求。
( w+ U: @! A% K9 k1 W 45钢大垫圈,当硬度要求>200HV时,采用870℃×1h正火处理比760℃×2.5h不完全退火效果好,硬度可达到200HV以上,生产率明显高于退火。
" J( Q$ ]$ P! Q+ A 据统计,正火与退火工艺的成本差在0.2元/Kg~0.45元/Kg,若恰当地选择正火工艺代替退火工艺,可为紧固件企业在实现绿色制造的同时,带来可观的经济效益。
# @' x1 @) z+ F) T7 C 总之,随着紧固件行业的发展和先进技术的推广,节能降耗将摆在第一位,正火工艺的绿色特征相对于退火工艺,将会更加明显和突出。 |
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