紧固件预先热处理正火与退火工艺的比较

孟海林

绿色制造是使机械制造业实现可持续发展的一项重要的策略。紧固件预先热处理中的正火与退火是两种最常用的工艺，约占紧固件热处理的30%。这两种工艺方法虽在工艺上有着各自不同的特点，但当针对低碳钢或中碳钢材料进行有关处理时，则可以达到相同（或相近）的工艺目的。
5 Q0 w1 H; }1 A" s6 T9 U根据GB/T16923-1997《钢件的正火与退火》可知，正火与退火工艺方法被具体划分为多种小类，其中，正火与不完全退火、等温退火工艺的加工对象、技术要求最为相同（或相近）。
1.功能作用
根据紧固件所采用的低碳钢或中碳钢而言，正火是把钢加热到Ac3以上30～70℃，出炉空冷或风冷至常温；不完全退火或等温退火是把钢加热到Ac1以上30～50℃左右，保温一定时间后，随炉冷却到一定温度后再空冷到室温。它们的相同或相近之处，在于都能对中碳钢、低碳钢进行处理，处理所得到的金相组织为铁素体＋珠光体，并作为某种情况下的预备热处理或最终热处理，从而达到细化组织，改善力学性能和切削加工性能，消除内应力等目的。
- L9 V" }% b2 q# Q. S9 n2.工艺特点比较
' g4 D$ c1 B2 X! \' p) V; q6 oa． 正火后的晶粒比退火的细小，得到的珠光体较多，力学性能稍高于退火；
/ N: R8 `9 s! I# p2 wb． 正火件常采用到炉装料，加热温度一般稍高于退火，保温时间短于退火；
c． 正火可消除碳化物的网状组织，退火则不能；
d． 含碳量较低的碳素钢正火处理优于退火，反之，退火优于正火。
: j5 K! G1 X  t8 F2 m/ v3.工艺成本
) f5 v2 J5 w; t7 o正火与退火比较则主要存在于资源方面的电能消耗、时间方面的保温和冷却上的差异及相应而存在的成本差异上。
5 k8 h  p/ [  F9 a能源成本 　用国内热处理业评价单耗值计正火0.542Kw.h.Kg，退火则为0.580Kw.h.Kg，将工业用电费按0.70元／Kw.h计算，退火电能平均成本差0.03元／Kg。
7 M  |2 T! v4 S1 G7 q& l人工成本 　根据国内各地正火加工的最低价格在1元／Kg左右，其中正火工艺的人工成本约为0.32元／Kg，退火工艺的人工成本约为0.35元／Kg，其差值为0.03元／Kg左右。
; ?: j  l9 z3 n2 a国内同一地区正火与退火热处理协作加工的价格差在0.2元／Kg左右。实际上，通过对该价格差具体分析后可知，该价格差仍然是建立在以传统的加热方式为主，生产批次较大的基础上得到的。
& @6 ?/ d9 K9 r# c) R# o* W$ O4. 工艺评价
7 y  e' x" I5 n$ p当制造紧固件对象和加工技术要求基本一致时，正火工艺比退火工艺的绿色程度高，这主要是从能耗和加工工时中体现的。
* L( B4 w9 {! N0 v, Y3 T) o低温退火（去应力退火）：加热温度＜Ac1碳素钢550～650℃，消除镦锻及切削加工过程中的内应力，使其达到稳定状态。
- Q& N" l1 k% Y" E4 Q% Q+ G3 p) S再结晶退火：加热温度TR+150～250℃保温时间0.5～1h空冷，发生恢复再结晶过程，使变形晶粒为细小等轴晶粒，消除冷作硬化效应及内应力。对低碳钢再结晶退火温度600～650℃硬度在75～90HRB范围。
4 [( a9 k' {5 ]. Y$ I4 N; _2 b; n9 w不完全退火：加热温度Ac1＋30～50℃，碳素钢一般在700～750℃之间，细化晶粒，降低硬度，提高塑性，去除内应力。
球化退火：加热温度略高于Ac1,长时间保温后缓冷到小于500℃空冷，使碳化物球化，降低硬度可改善冷镦锻性能。
+ P) Y4 }  S. g; H正火：低碳、中碳钢加热温度Ac3＋（50～70℃），低碳钢提高硬度，利于切削，中碳钢细化晶粒，均匀组织去应力。
应用实例：
如：20＃钢三点焊接垫圈，采用850℃×0.5h正火和720℃×3h不完全退火，硬度125～165HBW基本相近，正火比不完全退火节省生产周期，效率高。
SWRM15钢单面铆钉，采用840℃×0.5h正火和600℃×4h再结晶退火，前者硬度大于95HRB，后者硬度在78～88HRB符合铆接性能要求。
+ x7 S, B( H) j! |1 v/ i$ H$ }45钢大垫圈，当硬度要求＞200HV时，采用870℃×1h正火处理比760℃×2.5h不完全退火效果好，硬度可达到200HV以上，生产率明显高于退火。
0 q; ^$ d/ P) V: R/ l, n; k0 N* B据统计，正火与退火工艺的成本差在0.2元／Kg～0.45元／Kg，若恰当地选择正火工艺代替退火工艺，可为紧固件企业在实现绿色制造的同时，带来可观的经济效益。
0 Y4 p9 M+ r* `+ H' y& i' N* C总之，随着紧固件行业的发展和先进技术的推广，节能降耗将摆在第一位，正火工艺的绿色特征相对于退火工艺，将会更加明显和突出。
文章关键词： 紧固件