緊固件預先熱處理中的正火與退火是兩種最常用的工藝,約占緊固件熱處理的30%。這兩種工藝方法雖在工藝上有著各自不同的特點,但當針對低碳鋼或中碳鋼材料進行有關處理時,則可以達到相同(或相近)的工藝目的。
根據GB/T16923-1997《鋼件的正火與退火》可知,正火與退火工藝方法被具體劃分為多種小類,其中,正火與不完全退火、等溫退火工藝的加工對象、技術要求最為相同(或相近)。
1.功能作用
根據緊固件所采用的低碳鋼或中碳鋼而言,正火是把鋼加熱到Ac3以上 30~70℃,出爐空冷或風冷至常溫;不完全退火或等溫退火是把鋼加熱到Ac1以上30~50℃左右,保溫一定時間后,隨爐冷卻到一定溫度后再空冷到室溫。它們的相同或相近之處,在于都能對中碳鋼、低碳鋼進行處理,處理所得到的金相組織為鐵素體+珠光體,并作為某種情況下的預備熱處理或最終熱處理,從而達到細化組織,改善力學性能和切削加工性能,消除內應力等目的。
2.工藝特點比較
a.正火后的晶粒比退火的細小,得到的珠光體較多,力學性能稍高于退火;
b.正火件常采用到爐裝料,加熱溫度一般稍高于退火,保溫時間短于退火;
c.正火可消除碳化物的網狀組織,退火則不能;
d.含碳量較低的碳素鋼正火處理優于退火,反之,退火優于正火。
3.工藝成本
正火與退火比較則主要存在于資源方面的電能消耗、時間方面的保溫和冷卻上的差異及相應而存在的成本差異上。
能源成本用國內熱處理業評價單耗值計正火0.542Kw.h.Kg,退火則為0.580Kw.h.Kg,將工業用電費按0.70元/Kw.h計算,退火電能平均成本差0.03元/Kg。
人工成本根據國內各地正火加工的最低價格在1元/Kg左右,其中正火工藝的人工成本約為0.32元/Kg,退火工藝的人工成本約為0.35元/Kg,其差值為0.03元/Kg左右。
國內同一地區正火與退火熱處理協作加工的價格差在0.2元/Kg左右。實際上,通過對該價格差具體分析后可知,該價格差仍然是建立在以傳統的加熱方式為主,生產批次較大的基礎上得到的。
4.工藝評價
當制造緊固件對象和加工技術要求基本一致時,正火工藝比退火工藝的綠色程度高,這主要是從能耗和加工工時中體現的。
低溫退火(去應力退火):加熱溫度<Ac1碳素鋼550~650℃,消除鐓鍛及切削加工過程中的內應力,使其達到穩定狀態。
再結晶退火:加熱溫度TR+150~250℃保溫時間0.5~1h空冷,發生恢復再結晶過程,使變形晶粒為細小等軸晶粒,消除冷作硬化效應及內應力。對低碳鋼再結晶退火溫度600~650℃硬度在75~90HRB范圍。
不完全退火:加熱溫度Ac1+30~50℃,碳素鋼一般在700~750℃之間,細化晶粒,降低硬度,提高塑性,去除內應力。
球化退火:加熱溫度略高于Ac1,長時間保溫后緩冷到小于500℃空冷,使碳化物球化,降低硬度可改善冷鐓鍛性能。
正火:低碳、中碳鋼加熱溫度Ac3+(50~70℃),低碳鋼提高硬度,利于切削,中碳鋼細化晶粒,均勻組織去應力。
應用實例:
如:20#鋼三點焊接墊圈,采用850℃×0.5h正火和720℃×3h不完全退火,硬度125~165HBW基本相近,正火比不完全退火節省生產周期,效率高。
SWRM15鋼單面鉚釘,采用840℃×0.5h正火和600℃×4h再結晶退火,前者硬度大于95HRB,后者硬度在78~88HRB符合鉚接性能要求。
45鋼大墊圈,當硬度要求>200HV時,采用870℃×1h正火處理比760℃×2.5h不完全退火效果好,硬度可達到200HV以上,生產率明顯高于退火。
據統計,正火與退火工藝的成本差在0.2元/Kg~0.45元/Kg,若恰當地選擇正火工藝代替退火工藝,可為緊固件企業在實現綠色制造的同時,帶來可觀的經濟效益。
總之,隨著緊固件行業的發展和先進技術的推廣,節能降耗將擺在第一位,正火工藝的綠色特征相對于退火工藝,將會更加明顯和突出。