寫在前：綜述作者及國內(nèi)同行執(zhí)行的低溫退火、水爆退火快速軟化、等溫球化退火等多種節(jié)能退火工藝，和傳統(tǒng)的高溫長(zhǎng)時(shí)間退火工藝相比，新工藝退火節(jié)能30%以上。
高速鋼制件只要經(jīng)過熱加工發(fā)生相變，一般均要經(jīng)退火處理，方能進(jìn)行切削加工和為最終熱處理做好組織準(zhǔn)備。此外，經(jīng)過淬火回火后的高速鋼工模具返修品，也必須經(jīng)過退火方可再進(jìn)行最終的熱處理，否則，極有可能造成萘斷口而報(bào)廢。
高速鋼常規(guī)退火工藝周期比較長(zhǎng)，一般要36h（從進(jìn)爐到出爐）以上，效率低，能耗高，而且碳化物分布的均勻也不是很理想。圖1為W18鋼鍛件在箱式電爐中裝箱退火的典型工藝曲線。退火后硬度應(yīng)≤255HBW。
為了改變傳統(tǒng)退火工藝的弊端，國內(nèi)工具行業(yè)做了不少試驗(yàn)，大膽改革創(chuàng)新，為節(jié)能減排傳遞正能量。以下簡(jiǎn)介幾種節(jié)能退火工藝。
1.低溫快速急冷退火工藝
低溫快速急冷退火 是將工件加熱到Ac1以下20~30℃，保溫一定的時(shí)間（鹽浴爐1.5~2h，電爐3~4h），完成球狀珠光體的轉(zhuǎn)變，然后快速油冷，獲得32~36HRC的低硬度，便于切削加工。20世紀(jì)70~80年代，廣西桂林一些工具廠曾用此法，收到明顯的節(jié)能效果。
此法適合于高速鋼小刀具的返工退火，應(yīng)切記加熱溫度不能過高，不可超越Ac1線，否則會(huì)引起部分奧氏體相變致使退火后硬度偏高。同傳統(tǒng)的工藝相比，新工藝節(jié)電2倍多，節(jié)時(shí)3倍，降低成本1.5倍。
2.快速軟化新工藝——水退火
水淬火是碳鋼熱處理常用硬化方法，廣為人知，而水退火則不多見。水退火是不完全退火的一種特殊形式。在急于進(jìn)行作業(yè)或軟化達(dá)到切削加工為目的時(shí)它是快速便捷的軟化工藝。
水退火是在水中急冷而軟化，關(guān)鍵點(diǎn)是退火加熱溫度比相變點(diǎn)Ac1低約100℃，保溫10min以上（鹽浴中），然后投入水中急冷1~2min，都能使硬度下降至30HRC以下（即使原來硬度≥60HRC）。此工藝非常適用于單位小批量生產(chǎn)，加熱爐宜用鹽浴爐，采用流動(dòng)的自來水冷卻。
3.快速循環(huán)退火
將欲退火之高速鋼工件在鹽浴爐中加熱至Ac1以下20~30℃，保溫10~15min，然后迅速轉(zhuǎn)移到另一臺(tái)溫度為Ar1-（20~30）℃的浴爐中，也保溫10~15min，反復(fù)進(jìn)行3~4次，需總時(shí)6~7h。每一次循環(huán)后空冷，能獲較低的硬度和球化效果。
根據(jù)試驗(yàn)，循環(huán)1次后，硬度由原60HRC以上降至36~42HRC，循環(huán)兩次后降到30~35HRC，循環(huán)3次，硬度降到28~32HRC。循環(huán)次數(shù)越多，下降硬度幅度越大。當(dāng)循環(huán)到5次時(shí)，硬度就降到25HRC以下，完全滿足切削加工要求，沒有必要再循環(huán)下去。
實(shí)踐證明退火硬度的下降與鋼的成分和預(yù)先處理工藝有關(guān)。如淬火加熱之工件，過熱愈嚴(yán)重，退火愈難。表1為M2鋼快速循環(huán)退火后硬度及循環(huán)次數(shù)與原淬火加熱溫度的關(guān)系。
注：每組3件試樣取算術(shù)平均數(shù)為示值。
快速循環(huán)退火工藝高速鋼刀具、模具等工具返修退火，與傳統(tǒng)的退火工藝相比，節(jié)電90%~100%，提高工效2倍，特別適用單件、急件和小批量生產(chǎn)。
4.快速球化退火
高速鋼改鍛后一般單位均采用緩冷后再重新加熱退火的工藝，退火方法有兩種：普通退火和等溫退火（見圖1）。有些單位采用快速球化的形變熱處理，即將鍛造和熱處理有機(jī)結(jié)合，工藝曲線如圖二所示，新工藝簡(jiǎn)化了工序，縮短了生產(chǎn)周期，節(jié)電70%~90%，降低成本，改善了勞動(dòng)條件，提高了鍛件質(zhì)量，并有利于機(jī)械化操作。
經(jīng)過軋制、模鍛等溫加工的高速鋼工件，不必使用常規(guī)退火工藝，亦可采用圖2所示的a、b、c三種工藝。上述工藝周期短，只需5~6h，僅為常規(guī)工藝方法的1/4~1/5，節(jié)能效果顯著。
5.高速工具鋼盤條退火爆水
將正常退火處理后的高速鋼盤條加熱至Ac1以下的某一溫度，保溫一段時(shí)間后快速爆水冷卻至室溫，有研究報(bào)道，高速鋼經(jīng)正常退火后增加爆水之舉，可明顯改善盤條的冷拉塑性，有利于拉拔的順利進(jìn)行。國內(nèi)某鋼廠施行的工藝為：M2鋼盤條880℃×2h→爐冷760℃×5h→爆水。試驗(yàn)表明：經(jīng)爆水處理過的盤條，其抗拉強(qiáng)度、硬度和常規(guī)等溫球化退火相當(dāng)，但塑性有較大提高，其中斷面收縮率提高了37%。
6.高速鋼低溫退火工藝
用于制造麻花鉆、中心鉆、機(jī)用絲錐等桿式刀具一般都用高速鋼線材沖制，鋼板制銑刀坯也用沖制法。沖后去應(yīng)力不宜高溫，應(yīng)采用低溫退火工藝：650~680℃×4~5h爐冷至300℃以下出爐空冷，節(jié)明、節(jié)電、質(zhì)量穩(wěn)定。
7.改善高速鏟削性能新工藝——沸水淬火
高速鋼均以退火狀態(tài)交貨，其硬度大多在207~255HBW，這么低的硬度在鏟削加工時(shí)，齒面難以達(dá)到Ra≤3.2μm的表面粗糙度值。為了改善鏟削性能，國內(nèi)大多工具廠采用不完全淬火+高溫回火的調(diào)質(zhì)工藝，工藝曲線如圖3所示，調(diào)質(zhì)后硬度為36~42HRC。實(shí)施這一工藝有點(diǎn)難度：一是硬度不均勻，粘在工件上的殘鹽影響冷卻效果而產(chǎn)生軟點(diǎn)；二是很難將硬度控制在工藝范圍內(nèi)；三是清洗費(fèi)時(shí)生產(chǎn)成本高。我們經(jīng)試驗(yàn)證明，沸水淬火速度快、成本低、質(zhì)量穩(wěn)定，完全可以取代原來費(fèi)時(shí)費(fèi)電的調(diào)質(zhì)工藝。水爆工藝如圖4所示。
實(shí)施水爆工藝，要求坯料最好是同爐號(hào)，嚴(yán)格控制加熱溫度和水爆時(shí)間。同爐號(hào)料成分一致、相變相同，水爆后硬度基本相同；加熱溫度高溶入奧氏體的碳化物就多，水爆后硬度就高，加熱溫度低水爆后硬度不足；水爆時(shí)間以2~4s為宜。水爆時(shí)間越長(zhǎng)，硬度越高。表2為W18、M2鋼不同尺寸水爆時(shí)間同硬度的關(guān)系。
從表2可知，要想得到理想的硬度值，水爆時(shí)間不能超過4s。
沸水淬火節(jié)能環(huán)保，水溫恒定在100℃，各處冷卻速度相同，水爆后表面硬度一致；因?yàn)榉兴睦鋮s速度比油還慢，所以不必?fù)?dān)心淬裂；水瀑后利用本身的余熱自回火，無須再回火。和傳統(tǒng)調(diào)質(zhì)、低溫退火工藝相比，沸水淬火很優(yōu)越。
高速鋼退火費(fèi)時(shí)費(fèi)電，不能隨意，必須改革創(chuàng)新，工藝節(jié)能大有作為。
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作者：趙步青
單位：安徽嘉龍鋒鋼刀具有限公司
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