余热控温淬火的研发与应用

人们 在锻 造 余 热 淬 火 的 工 艺原 理 和控 制 途 径 方 面 的研 究深 入 而 透 彻 ，却 往 往 忽 略 了锻 造 工 艺 稳 定 性 、终锻 后锻 件 温 度 均 匀 性 对 余 热 工 艺 稳 定 性 和 余
热淬 火 工件 冶 金 质 量 的影 响 。 由此 造 成 的质 量 问题 包括 晶粒 粗 大 ，严 重 混 晶 ，淬 火 开 裂 、变形 ， 以及 淬 火组 织或 硬度 严重 不均 等 。
工艺 。
加热 锻造 吹风 再加 淬火 预 冷 热
（ ）建立适 合企 业规 模生 产 的控 温淬 火生 产线 。 ２
图 ２ 余热控温淬火
２ ．本 项 目的 研 究 内容
（ ） 大型 复杂锻 件控 温淬 火控温 曲线 的研究 。 １
控 温淬 火就 是 锻 件 锻 造 后 将其 温度 迅 速冷 却 到 珠 光体转 变 温度 以下 ，然 后逐 步升 温 到 ８ ０ 保 温一 ６
比４ ５、５ ０钢 前轴综 合成 本增 加 了 １ ％ 左右 。 ０ 消除这 一成 本 劣 势 的 途 径 有 两 个 ：其 一 ，降 低 材 料成 本 和价 格 ，到 目前 为 止 ，因 为技 术 和 市 场 原 因 ，两 种材 料 的价 格 差 异 仍 然 很 大 ；其 二 ，开 发 应
层 ＋耐火 层组 成 ，炉 底部 为非 标定 型抽 出式 加 热 板 ， 非标 砖 与之 配 合 ；炉 内侧 墙 、后 炉 门设 有 高 铝 瓷 件
固定 电阻带 。
用 了传 统淬 火 工 艺 的成 熟 经 验 ，改 进 了其 不 足 的地
方 ，这将 在很 大程 度上 减 少 了再 加 热 的能 源 及人 力 、 物 力上 的资 源 浪 费 ，节 约 生 产成 本 ，提 高 了产 品力
３ ．完成 大 型 复 杂锻 件 防止 变 形 淬 火 升 降 台 的 设 计 和 生产
锻 坯冷 却 到室 温 后 ，再 加 热 淬 火 ，锻 坯 晶 粒 得
以细 化 的原 因在 于 增 加 了过 冷 奥 氏 体转 变 和再 加 热
奥 氏体化 两 次 重 结 晶过 程 。实 际 上 ，过 冷 奥 氏体 转
锻造 余 热 淬 火 是 锻 造 余 热 热 处 理 工 艺 的 一 种 ，
化 、温 度均 匀 、工 艺 稳 定 的质 量 效 果 ，从 而 实现 了 “ 能降耗 、提 高质量 ” 的双 重 目标 。 节 控 温淬 火工 艺 应 用 在 锻造 行 业 锻 件 热 处 理 上 的 目的是 提高 锻 件 热 处 理 后 的 力 学性 能 ，使 锻 件 能够 达到汽 车公 司更 高标 准 的要 求 ；节 约企 业 电能 消 耗 ， 降低生 产成 本 ；能够 更 快 速 地 为 客 户 提 供 产 品 ，缩
金相组织 （ ） 级 （ Ｂ Ｔ１３ ０ Ｇ ／ ３２ ）
２
～
４
晶粒 度 （ ） 级
（ Ｂ Ｔ６ ９ ） Ｇ ／ ３４
５
～
８
５～８
≥５
在转 运 和储存 的过 程 中也 极 大 地 浪费 了人 力 和 物 力 ，
延 长 了交 货期 ，其 结果往 往是 不能 保证产 品 的质量 。
属 于形变 热 处 理 的范 畴 。该 工 艺 的应 用 ，可 以利 用 热锻 工艺 后 毛 坯 的余 温 ，省 略 一 次 加 热 过 程 ，因 而 具有 节能 环保 特性 ，因此 受 到人们 的重 视 。
变控 制在 Ａ ｒ以下 很 高温 度就 可 以 完成 ，而再 加 热 奥 氏体 化温 度则更 高 ，在 ｃ 以上 。所 以若 仅 以细 化 晶 粒 为 目的 ，冷 料 再 加 热 淬 火 工 艺 中 ，热 锻 毛坯 在 冷 却到 Ａ ｒ以下 完 成 过 冷 奥 氏体 转 变 为 “ 素 体一 光 铁 珠
（ ） 大型 复杂 锻 件 高 温控 温 技 术 以及 淬火 炉 的 ２
研制 。
段 时 间后 再 进 行 淬 火 。这 种 改 进 的 控 温淬 火 工 艺 的
关 键是可 在 淬 火 之 前 优 化 锻 件 的 内部 晶粒 组 织 ，提
（ ）大 型复 杂 锻 件 防变 形 淬 火 技 术 以及 淬 火 升 ３
冷料再加热 、
链 板 提 升 式 淬 火 槽
２～４ ≤４
后 进行 集 中 热处 理 ，也 有 极 少 数 企 业 进 行 简 单 的 余
热 淬 火 ，但 是 综合 观 察 发现 ，这 两 种 传 统 工艺 都 存 在 很大 的缺 陷 。 由于锻后 集 中淬 火 工 艺 要重 新 把 锻 件 加 热 到 一 定 温度再 淬 火 ，这 个 过 程 浪 费 了双 倍 的 热 能 ，而 且
！燕
锯 铸 套磊 。 造 … 工 热 工 … ‘ 一 ’ ‘ …
避 理
Ｔｒ ａ ｍ ｅ ｅ ｔ ｎｔ
火两 种工艺 的 优 缺 点 ，兴 利 除 弊 ，就 容 易 得 到 本 项 目所 谓 的 “ 造 余 热 控 温 淬火 ” 新 工 艺—— 将 热 锻 锻 后毛 坯控冷 到 ４ ｒ 以下某 一 较 高温 度 区间 ，完 成 “ 铁 素体 一 光体 ” 相 变后 ，不 再 继续 冷 却 ，及时 再 次 升 珠 温奥 氏体 化 ，并 炉 内均 温 ，然 后 淬 火 。这 样 尽 管 只 利用 了 室温 至 Ａ ． 之 间 的余 温 ，却 达 到 了 晶粒 细 ｒ一
再 加热淬 火 丁 艺 上 却 非 常 容 易避 免 。这 也 是普 通 冷 料 再加 热工 艺 虽 然 能 耗 明 显 高 得 多 ，却 依 然 比锻 造
余 热淬 火有 着 更 广 泛 应 用 的 原 因。基 于此 ，能 否 将 冷 料再 加热 淬火 工艺 ，嫁 接 到锻 造 余 热淬 火 工 艺上 ，
汽 车前轴 在疲 劳性 能 （ 强度 ） 、安 全性 能 （ 细化
晶粒 、塑韧性 ） 、尺 寸精 度 （ 轴 总 成 对 于 内倾 角 、 前
度 自然 就会均 匀一 致 。 综 上分 析 ，针对 锻造 余 热 淬 火 和 冷 料 再 加 热 淬
ｗｗｗ ｍ ｅ ａ ｗｏ Ｍｎ １ ５ ．ｏ ． ｔ ｌ ｒ ￣ ９ ０ｃ ｍ
脱 碳 层 深度 ／ ｍ ａ ｒ
（ Ｂ Ｔ２ ４ Ｇ ／ ２ ）
０
．
２—０ ４ ．
０． ～０ ４ ２ ．
≤０ ６ ．
返修率 （ ） ％ 废品率 （ ０ ） １
Ｏ４ ． ２ ９
４８ ． ５ ０
简单 的余 热 淬 火 工 艺是 锻件 锻 造 完 后 直 接 放 进 淬 火槽 中淬 火 ，这 种 工 艺 生 产 出来 的锻 件 往 往 是 晶 粒 度粗大 ，锻 件 变形 严 重 ，力 学 性 能 也 很 差 ，而 且
降 台 的研 制 。
高其 淬 火后 的力学 性能 。我 们 通 过长 期 的试 验 统计 ，
得 出 的数 据 和传统 淬火 比较 如表 ｌ 示 。 所
表 １ ４ 、５ 前 轴 锻 造 余 热 控 温 淬 火 质 量 记 录 ５ ０钢
生 产 线 锻造 余 热控 温 调 质 热 处 理 淬 火 生 产 线 生 产 线 热 处 理 质 量 要 求
我公 司 的前轴 材 料 ，在采 用 非 调 质钢 １ Ｍｎ Ｖ ２ ２ Ｂ成 功
锻造 余热 淬 火具 有 明显 的 节 能效 果 ，但 是 其 缺
点 也很 明显 ， 主要 表 现 为 因 为终 锻 温 度 高 ，导 致 晶 粒粗 大 ；因为 终 锻 温 度 不稳 定 、不 均 匀 ，导 致 淬 火
＼
赠
Ｄ
加热 锻造 转移 淬火
短交货周 期 。控 温 淬 火 工 艺 的 实施 将 在 很 大 程 度 上 提 高企业 的市 场 竞 争 力 ，为 企 业 发展 提 供 强 有 力 的
保障。
网 Ｉ 传统淬火
二 、攻关 目标 和 内容
１ 项 目 的攻 关 目标 ．本 （ ）通 过研 究 实现 大 型 复 杂锻 件 控 温 淬 火 的新 １
应用 。
开发 应用 非调 质 钢 的 目的在 于 通 过 省 略热 处 理 Ｔ 序 ，改 善材 料 切 削 加 工 性 能 ，缩 短 生 产 周期 等 途 径 ，实现 节 能 降 耗 ，降 低 成 本 。但 是 ，如 果非 调 质
钢在 价格 或生 产成 本 上显 著 高 于 相 同使 用 性 能 的 调 质钢 ，必将 导 致 采 用 非 调 质 钢代 替 调 质钢 生产 零 件 的汽 车等 行业 的生 产成 本 高 企 。正 是 因为 这 一原 冈 ，
（ ）大 型复 杂 锻件 淬 火 快 速冷 却 技 术 以及 冷 却 ４
循环 系统 的研 制 。 目前 ，我 国锻 造 生 产 过 程 中 大 型 复 杂 锻 件 的 淬 火 工 艺一 直不 是 很 完 善 ，传 统 的淬 火 工 艺 都 是 锻 造
余热控 温、
工 艺 特 征 升 降 台式 淬火 槽
体 ” 以后 ，继续 冷却 到室 温是 完全 不必要 的 。
余热 淬 火中 锻 坯 温 度 不 均匀 的 原 因在 于 锻坯 各
部位 的尺寸 效 应 导 致 其 散 热 速 度 不 同 ，如 果 像 冷 料
炉 中再加 热 均 匀 段 那 样 ，给 锻 坯 提 供 一 个 均 匀 的 温 度 环境 ，锻 件 与 周 围不 再 有 热 传 递 损 失 时 ，锻 件 温
创 造一 种新 的工 艺 方 法 ，既 能达 到节 能效 果 ，又 能 保证 热处 理工艺 质量 呢？
用 前轴 锻 造 余 热 淬火 工 艺 ，使 公 司 也 能采 用 价 格 便
宜的４ ５、５ Ｏ钢 生产 前轴 毛 坯 ，同时取 得 低 于 竞 争 对 手 的成本 优势 。这就 是启 动本 项 目的 背景 和原 因。
① 返修原因 ，热处理变形超差 ，需要回火后 冷校正。
② 报废原因 ，淬火开裂或变形过大 ，无法校 正到合格 尺寸 。
ｏ
热 加
热 雩罄 处
２ 墨 塑 Ｏ ：
处 理
Ｔｒ ａ ｍ ｅ ｅ ｔ ｎｔ
从 表 １ 据 可 以看 出 控 温淬 火 锻件 的 力 学 性 能 数 比传统 淬火 的锻 件 性 能 更 加 优 化 。控 温 淬 火 工 艺 利
生产 过程 中废 品率相 当高 。 鉴于 目前 竞 争 激 烈 的 市 场 对 成 本 、产 品质 量 、 交货 期等 越来 越 高 的要 求 ，我 公 司 决 定 开 发 大 型 复
杂锻件 控 温淬 火 的新 工 艺 ，其 初 步 预期 的控 温 曲线
如图 １和 图 ２所示 。
ｐ
展。
无 疑将 造 成 巨 大 的质 量 风 险 。 【此 ，本 项 目的 研 究 天 Ｉ 内容 包括 ： 造工 艺 对锻 造 余 热 淬 火 工 艺 的 稳 定 性 锻 影响 因素 的研 究 ；改 善锻 造 余 热 淬 火 Ｔ 件 冶 金 质 量
措 施 和途 径 的 研 究 ；前轴 锻 造 余 热 生 产 线 的 开 发 与
温度 难 以稳定 控制 。
取代 ４ ５钢 、５ 等 调 质 钢 后 ，从 ２０ ０钢 ０ ３年 开 始 ， 冈
为钒 铁价 格 高 企 、连 铸 大 范 围取 代 模 铸 等 市 场 和 生
锻造 余热 淬 火 的 上 述 两 大 缺 点 ，在 普 通 的 冷 料
产 条件 等 因素 的改 变 ，导 致 １Ｍ ２ Ｂ前 轴 综合 成 本 ２ ｎＶ
Ｈ
１
余热控温淬火的研发与应用
湖北神 力锻造有 限责任公司 （ 丹江 口 ４ ２ ０ ） ４ ７ ０ 刘中阳
前 束角 等方 面 的严 格 要 求 ） 和质 量 稳 定 性 等 方 面 都
一
、
项 目背 景 与思 路
有 较高要 求 。如果 直接 将 锻造 余 热 淬火 应 用 于前 轴 ， 成 本竞 争 、节 能 环 保 促 成 了 本 பைடு நூலகம் 目的提 出和 开