縮短淬火加熱保溫時間可行性試驗(yàn)研究

鄭偉，郭成淼

煙臺東星集團(tuán)有限公司 山東煙臺 264006

1 序言

45鋼作為一種調(diào)質(zhì)鋼，在生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用，然而其淬火階段的加熱時間，往往是一個不太受重視的參數(shù)。由于傳統(tǒng)加熱時間規(guī)范十分粗略，從而大大浪費(fèi)了能源。因此，在保證質(zhì)量的前提下，盡量縮短淬火階段的加熱、保溫時間，減少能源消耗，具有重要的意義。

2 加熱保溫時間的探討

在熱處理生產(chǎn)過程中，加熱保溫時間大都是從工件裝爐后爐溫到達(dá)設(shè)定溫度時來計(jì)算的。目前，大多數(shù)生產(chǎn)單位淬火加熱保溫時間[1]多采用以下計(jì)算方法：

式中α——加熱系數(shù)（min/mm）[2]；

k——工件裝爐修正系數(shù)[2]；

D——工件有效厚度（mm）。

k和D的計(jì)算，各資料介紹的都比較接近，但加熱系數(shù)α相差較大，最大和最小值相差一倍，因此加熱時間差別較大。

以我公司為例，主要生產(chǎn)軸類工件，有效厚度均以工件直徑計(jì)算。按照傳統(tǒng)工藝計(jì)算加熱保溫時間時，直徑為100mm以下的工件加熱系數(shù)α選擇1.5min/mm；直徑為100mm以上的工件計(jì)算淬火加熱保溫時間時，加熱系數(shù)α采用1.2min/mm。因此，在直徑不同的情況下加熱保溫時間有較大差異。加熱保溫時間主要是保證工件心部達(dá)到設(shè)定溫度，并完成組織轉(zhuǎn)變。因?yàn)殇摬牡脑冀M織轉(zhuǎn)變到奧氏體的時間較短，所以工件心部到溫就可以淬火，這就給縮短加熱保溫時間提供了理論上的依據(jù)。

3 試驗(yàn)過程和結(jié)果分析

試驗(yàn)設(shè)備選用R J2-150-9井式加熱爐、R J2-150-6井式回火爐、TH300洛氏硬度計(jì)。材料選45鋼圓柱形試樣，分別選取直徑為80mm、100mm、140mm各兩根，試樣長度均為300mm。試驗(yàn)溫度為850℃，淬火冷卻介質(zhì)為8%的鹽水。

根據(jù)加熱系數(shù)制定試驗(yàn)方案，見表1。

表1 試驗(yàn)方案

按照上述方法，將原工藝試樣與新工藝試樣所需保溫時間見表2。

表2 兩種工藝加熱保溫時間對比

用TH-300型洛氏硬度計(jì)檢測試樣淬火后硬度值見表3。

表3 兩種工藝淬火硬度對比

將原工藝加熱試樣和新工藝試樣經(jīng)過530℃回火后，檢測心部（距表面R/4處）硬度值，見表4。兩種工藝試樣均做了金相檢驗(yàn)分析，金相組織如圖1所示。從圖1可以看出，無論是原工藝加熱試樣還是新工藝試樣調(diào)質(zhì)后的金相組織均為細(xì)小的索氏體織，并且金相組織等級無較大差別。

表4 兩種工藝回火硬度對比

圖1 金相組織

將直徑為80mm的兩種工藝試樣在R/4處取樣，做力學(xué)性能試驗(yàn)，結(jié)果對照見表5。

表5 φ80mm試樣兩種工藝力學(xué)性能對照

按照上述試驗(yàn)方法，將我公司其他材料進(jìn)行了同樣的試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，在縮短淬火加熱保溫時間的條件下產(chǎn)品淬火后表面硬度、回火后心部硬度、力學(xué)性能指標(biāo)與傳統(tǒng)加熱方法工件相比沒有太大區(qū)別。因此，將淬火保溫加熱系數(shù)改為1min/mm適用于我公司生產(chǎn)的所有軸類產(chǎn)品。

4 結(jié)束語

根據(jù)本企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)情況，將軸類產(chǎn)品淬火保溫加熱系數(shù)改為1min/mm，產(chǎn)品質(zhì)量與原工藝比較基本沒有差別。縮短軸類產(chǎn)品淬火加熱保溫時間，在保證質(zhì)量的前提下，不但提高了生產(chǎn)效率，而且降低了能源消耗。

降低成本計(jì)算：新工藝生產(chǎn)時平均每爐比原工藝加熱保溫時間縮短了30min。連續(xù)生產(chǎn)時每臺井式爐每24h可以生產(chǎn)4爐工件，井式爐保溫功率為60kW。

節(jié)省用電量=60kW×0.5h×4=120kW·h

每天節(jié)省電量=120kW·h×4=480kW·h

每月節(jié)省電量=480kW·h×30=14400kW·h

每年節(jié)省電量=14400kW·h×12=172800kW·h

按照平均電價(jià)0.75元/kW·h，每年可以為公司節(jié)省12.96萬元的電費(fèi)。