余热热处理方法

作者：金荣植

单位：哈尔滨汇隆汽车箱桥有限公司

来源：《金属加工（热加工）》杂志

充分利用铸、锻（轧）工序的余热进行热处理，节省重新奥氏体化时所需的高额热量，对大批量生产的标准件、汽车零件、工具等，节能效果是十分巨大的。

常用锻造余热热处理有余热等温退火、余热正火、余热淬火及余热调质等，为了保证锻造余热热处理质量，需要严格控制锻件的始锻和终锻温度及终冷过程控制。在生产中采用锻造余热热处理能够使毛坯热处理能耗降低50%~70%。

1.锻造余热淬火

应用实例：42CrMo钢重载汽车平衡轴锻造余热淬火

斯太尔重型汽车用平衡轴，材料为42CrMo钢，要求调质处理后：硬度27~34HRC，表面与心部的金相组织分别为1~2级和1~5级，距离表面15mm处抗拉强度为900~1050MPa。

（1）原工艺流程

下料→中频加热→滚锻→成型→切边→热校正→调质→喷丸→探伤→喷漆。

原调质工艺为：（850±30）℃×2.5~3h加热淬火，水冷至150~200℃提出液面；（600±10）℃×3.5~4h回火。平衡轴经原工艺处理后问题较多，且产量低，成本较高。

（2）新的工艺流程

下料→中频加热→滚锻→成型→切边→热校正→余热淬火→抽检硬度→回火→100%硬度检查→金相与力学性能检查→喷丸→100%探伤→喷漆。

（3）平衡轴锻造余热淬火工艺

锻坯在1100℃加热后，进行锻造处理，将锻造成形后至淬火冷却的转移时间控制在40s以内，用红外测温仪测量工件入淬火液（即质量分数为10%的PAG-Ⅰ型淬火冷却介质）淬火前的温度为800~820℃；控制淬火液温在≤45℃，工件入淬火液后1min内采用大的搅拌烈度，然后缓慢搅拌，大约6~8min后将工件提出淬火液面入炉回火。平衡轴锻件锻造余热淬火工艺见图1。

（4）应用效果

平衡轴锻热淬火与常规热处理对比，不仅显著提高了产品的热处理质量和使用性能，生产效率提高了50%以上，而且每件成本降低15元，全年共节约70万元以上。

2.锻造余热正火

利用锻造余热，通过合理控制冷却速度等工艺参数，对锻件进行正火处理，可以获得显著的节能效果。

应用实例：对低碳合金钢，如15Cr、20Cr、20CrMnB，终锻后，以一定的速度冷却到500~600℃，立即加热到Ac3以上，进行正火处理，其工艺如图2所示。各种钢的锻造预热正火温度如表1所示。

表1 低碳合金钢锻造余热正火温度

钢号	余热正火温度/℃	硬度HBW
15Cr、20Cr	880~900	144~198
20CrMnB	950~970	150~207

3.锻造余热调质工艺

采用锻造余热调质工艺进行生产，不仅可以获得显著的节能效果，而且还可以提高产品的力学性能，减少工序环节，缩短生产周期，因而得到广泛应用。

应用实例：重庆歇马机械曲轴有限公司在摩托车发动机曲柄生产中采用锻造余热调质工艺，取得显著效果。将45和40Cr圆钢经中频感应加热锻造成形后进行余热恒温调质处理，其热处理工艺如图3所示，精锻后部件外形尺寸为φ115.7mm（大端外径）/φ22.3mm（小端外径）×148.5mm（长度）。

根据不同材料、零件的几何形状，采用新型自动化恒温设备，可对终锻后的工件立即进行短时850℃恒温处理，通过精确控制炉温，保证工件温度均匀，采用浓度约为10%（质量分数）的KR7280水溶性淬火冷却介质。为了与锻后余热调质工件的组织与性能进行对比，将精锻后的工件空冷至室温，然后用箱式炉加热奥氏体化后重复上述淬火、回火过程，即常规调质处理。

节能效果：①45和40Cr钢曲柄经锻造余热调质处理能够显著提高淬透性，组织和硬度分布均匀，力学性能优于常规调质后的工件；②常规调质工件平均耗电量为0.5kW·h/kg，而锻造余热调质工件平均耗电量只有0.3kW·h/kg，节能40%左右。