鍛造行業是能源消耗大戶,而鍛件熱處理能耗約占整個鍛件生產總能耗30%~35%(其數量和鍛件的鍛造余熱利用及非調質鋼應用多少有關),我國每噸模鍛件能耗約為0.8t~1t標煤,與國外工業發達國家相比,存在很大差距,例如日本每噸鍛件綜合能耗約為0.515t標煤,降低能耗不僅可以降低鍛件生產成本,提高企業經濟效益,鍛件能耗約占鍛件成本8%~12%(這和能源價格有關),而且能源問題又是關系到一個國家能否可持續發煨的重要問題,甚至是關系到人類生存的全球性重大問題。
熱處理是一種能源消耗巨大的工藝過程,因此也存在著巨大節能潛力。還有二廢(廢氣、廢水、廢渣)排放,污染環境,所以對鍛件熱處理工藝、工藝材料和熱處理設備的改進,都是鍛造企業節能減排的重要途徑。
充分利用鍛件的鍛造余熱進行熱處埋,不僅在節能降耗、提升效率等方面有著顯而易見的優勢,而且又減少三廢排放,既節能又環保。我國2007年鍛件總產里約為410萬t,其中模鍛件產里為293萬t,意義重大。
軸類鍛件按坯料在加工時的溫度,可分為冷鍛溫鍛和熱鍛。冷鍛一般是在室溫下加工,熱鍛是在高于金屬坯料的再結晶溫度下加工。
先是加熱計算,無限長圓柱體鍛件均勻加熱時,若加熱前鍛件無溫差,則加熱過程截面上各點的溫度t是r的函數,一般認為長度三倍于直徑的鍛件,可看作是無限長的圓柱體。
冷卻計算,鍛件冷卻時,最重要的問題是要預先能知道不同直徑的鍛件在不同的淬火介質中的冷卻情況,其中包括:鍛件中心冷卻到某一溫度時需要的冷卻時間;適用于不同淬火溫度的不同直徑鍛件中心的冷卻曲線;鍛件中心的冷卻速度;鍛件任一部位的冷卻時間與鍛件直徑的關系。
鍛件中心冷卻到某一溫度時需要的冷卻時間。由于鍛件根據心部的溫度來確定終冷時間,因此,要求有較為可靠的冷卻時間與鍛件直徑的關系曲線。又由于同一直徑鍛件冷到某一溫度的冷卻時間還與淬火溫度有關,所以要不同淬火溫度時的一系列冷卻曲線。
適用于不同淬火溫度的不同直徑鍛件中心得冷卻曲線。根據現有的實測數據和傳熱學理論導出的適用于不同淬火溫度的不超過2m,直徑的鍛件在水、油及空氣中冷卻時中心的冷卻曲線。
軸類鍛件中心的冷卻速度。通常用700℃時的冷卻速度來確定鋼的淬透性,這就要求求出冷速與直徑的關系曲線。
軸類鍛件任一部位的冷卻時間與鍛件直徑的關系。鍛件通常距表面1/3R處取樣進行力學性能檢驗,有的特別重要的部件還要套取心部和表面試樣,因此必須了解鍛件不同部位的冷卻情況與鍛件直徑的關系。
最后是鍛件終冷時間的計算,生產中往往用每毫米冷卻多少時間來計算冷卻時間,特別是對于冷卻能力較強的淬火介質會出現小件心部溫度過低,大件終冷不足的弊病。
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