探讨节能回火工艺

图1 淬火钢的回火温度及时间对硬度的影响

表1  回火温度和回火时间对75Mn钢力学性能的影响

表1数据说明，提高回火温度，缩短保温时间，不但可以得到相同的硬度，而且力学性能相差无几。采用适当提高回火温度、缩短保温时间 的快速回火方法，可以在保证产品质量的前提下，达到可观的节能效果。例如45钢的轴，要求调质硬度25～30HRC，将回火温度度提高20℃，可使保温时间减少约60%，其表面硬度和截面金相组织均与常规回火相同，但节电20%～25%。二、快速回火快速回火是把已淬过火的工件直接放入加热炉中短时加热后急冷或缓冷，而达到回火目的的一种特殊回火工艺。在变温条件下，回火参量可以根据回火温度与回火时间的瞬时变化关系积累计算。

式中P——回火参量；Pt——相应第i个1/n时间内的回火参量。

表2  40Cr钢调质回火工艺对力学性能的影响回火规范力学性能σb/MPaσs/MPaδ（%）ψ（%）αk/J·cm-2回火后硬度HRC表面中心860℃淬油，610℃×3.h电炉回火后，油冷73468821.259.411324～2721～23860℃淬油，840℃×6.5min盐浴炉回火后油冷79172019.861.312124～2721～23表3  45钢在800℃盐浴中快速回火的工艺参数

从表3可知，对于材料和淬火后刀光剑影工要求完全相同的工件，由于尺寸不同，其加热系数也不一样，有的甚至相差好几倍。因此有些书本上推荐的快速回火的数据并不可靠，最好是自己亲自试验，有些单位经反复试验，得出了结构钢在淬火炉中快速回火的经验公式，可供参考。  T＝K（60－HRC）D    （3）式中 T——加火加热时间，s；K——工件形状尺寸系数；D——工件的有效直径（厚度），mm。45钢在800℃盐浴中快速回火的形状尺寸系数见表4。表4  45钢制工件在800℃盐浴中快速回火形状尺寸系数

值得注意的是，当炉温发生变化时，加热时间也应跟着变，大致的规律是，每变化10℃，加热时间要相应增减8%～10%。图2是两种高速钢高温回火温度和保温时间的关系，供选择回火工艺参考。其中I区内任何一点的回火温度与时间的搭配，均可使工具达到常规回火效果。

（a）W6Mo5Cr4V2（1220℃加热淬火）（b）W6Mo5Cr4V2Co5（1215℃加热淬火）图2  高温回火时间回火温度与保温时间的关系

图 3  弹簧夹头结构示意表5  弹簧夹头高温快速回火时间同硬度的关系回火温度540～560℃回火时间/s柄部硬度HRC头部硬度HRC3052～5558～615048～5158～607044～4757～599042～4457～59上述快速回火工艺，满足了同一工件不同部位不同硬度要求的技术规范，在现实生产中很有经济意义。3.高速钢快速回火工艺高速钢回火应达到最佳的二次碳化物析出，残留奥氏体充分分解和彻底消除残余应力三大目的。通过高速钢（HSS）的回火二次硬化峰值温度在550℃左右，研究发现，二次硬化峰的位置与回火保温时间有一定的关系。图4为回火保温时间的延长，硬化峰的位置向低温方向移动。反之，回火温度的升高，可以缩短保温时间，正是基于这种原因，高温短时节能回火才得以实现。

图4 高速钢回火温度和时间与硬度的关系回火温度与回火保温时间的关系，可以用回火参量来表示，其表达式如下：P＝t（20+lgτ）    （4）式中P——回火参量；t——回火温度；τ——回火时间。尽管回火温度、回火的保温时间有所不同，只要回火参量相同，回火的效果就相当。国内有的工具厂在单件加热或生产自动线上回火时，就采用580℃×20min或600℃×10min快速回火。前苏联曾介绍过一种高速钢热处理新工艺——在淬火过程中回火。这个方法规定：①工具加热到常规的淬火温度。②工具冷却到50～120℃，即低于Ms点。这时，马氏体转变的体积变化比冷却到20℃的普通方法约小3/5。③在50～120℃保持1～3min，加热到600℃（对φ3mm的P6M5钢）和630℃（对于P9M4K8钢）并保持10～30min。④空冷到室温。此快速回火工艺大大缩短刀具生产周期，并能提高钢的性能，还能减少刀具热处理畸变。此工艺方法对于尺寸不大的切削刀具和形状复杂的模具效果最好。红硬性是高速钢刀具重要的性能，以前测量往往要25h以上，现在采用快速回火便捷多了。其方法有两种：①在675℃的盐浴中加热20min，出炉后冷至20℃以下，平磨后测其硬度，硬度越高标明抗回火性越好，则红硬性越高。②625℃×2h后磨平测硬度，经验证明，高性能高速钢按此工艺回火后，硬度不会低于61HRC；通过高速钢或不按工艺操作或冒牌高速钢肯定低于61HRC，也许625℃回火是一块试金石，感兴趣的同仁不仿一试。4.其他方面的应用高温快速回火工艺在不少领域都有应用，比如纺织机械一些调质件的快速回火、一些传动的轴类零件，还有一些要求40～50HRC硬度的结构件等，采用高温快速回火工艺，效果都非常好，节能环保，很有发展潜力。四、结语高温快速回火法有省时、节电的优点，而力学性能与传统常规工艺相当，且高温回火不会产生脆性。碳素钢、低合金钢制件，采用高温快速回火具有明显优势，应大力推广运用。