改变或取消预备热处理及其应用优化建议

1.预备热处理

一般预备热处理有以下几种：

（1）正火、正火+回火处理 通常其后进行的是化学热处理（渗碳+淬火）或者调质热处理，其作为预备热处理的目的就是细化晶粒、消除机加应力、均匀不平衡组织、降低硬度等，为后续的热处理奠定良好的组织基础，也便于机械加工。

（2）单纯退火和回火 通常其后最终热处理是调质处理，其作为预备热处理的目的就是为了消除应力以及降低硬度。

（3）调质处理 通常其后要进行表面淬火处理，其作为预备热处理的目的是为了得到强韧性结合优良的心部性能，降低使用过程中的心部疲劳开裂倾向。

2.可改变或取消预备热处理的情形

1）对结构钢零件来说，由于正火后晶粒比较细小，当心部性能要求不高时，用正火代替调质处理，不仅减少工序，而且节省能源，例如在高频感应淬火后，同样可以获得较高的强韧性。

2）对碳含量＜0.45%（质量分数）的中低碳钢，用正火代替完全退火，同样也可以达到细化晶粒、改善切削加工性能和消除内应力的目的。正火与退火相比，工艺周期较短，具有高效节能的特点。

3）对多数中碳钢或中碳低合金钢小型锻件来说，只要锻造工艺和组织正常，完全可以取消调质前的正火（退火）预备热处理工序。例如，45钢在锻造+调质与锻造+正火+调质之后的两组力学性能相差无几。40Cr钢锻造轴取消调质前的正火预备热处理，并没有降低其综合力学性能，金相组织也与经正火预备热处理的完全相同，同为均匀的回火索氏体组织。

4）对于某些大型的碳素结构钢零件（或毛坯），采用调质并不比正火显示出更多的优越性。例如，ϕ200mm左右的45钢，调质后的抗拉强度R_m与正火后的比较仅相差30～50MPa。在这种情况下，从节能的角度考虑采用正火就更合理一些。

5）用高温回火代替调质处理。根据工件的材料、技术要求及工作条件，以高温回火代替调质处理，不仅可使其力学性能达到与调质相近的要求，而且还可以减少大量能源消耗。

3.改变或取消预备热处理应用实例

例如在碳素钢高中压阀门中，阀杆选用马氏体不锈耐热钢20Cr13钢制作，采用高温回火代替调质，处理后各项力学性能均达到与调质相同的要求，并且节省了大量能源，降低了成本。

（1）工件的材质和性能要求 20Cr13耐热不锈钢力学性能见表2-104。(www.xing528.com)

表2-104 20Cr13钢力学性能要求（GB/T1220—2007）

（2）原热处理工艺及问题 原采用调质处理，即720℃预热，920～980℃加热淬火，600～750℃高温回火。调质处理周期长，能耗大。

（3）节能热处理工艺 采用高温回火代替调质，其高温回火工艺如图2-25所示。

高温回火采用高温台车式炉或井式电阻炉，根据阀杆材料碳含量选取加热温度为720～740℃，空炉加热到温后装炉。根据工件有效断面尺寸，保温时间按3～4min/mm计算，阀杆直径或工件厚度大的取下限；反之取上限。出炉油冷（夏季风冷）。

由于20Cr13钢阀杆已经过1100℃高温锻打，高温下合金元素已经扩散溶解，铬的碳化物基本溶于奥氏体，因此一般情况下（只要锻造温度不过热）高温回火均可代替调质处理。此外，在强度和硬度相同情况下，油冷比空冷有更佳的塑性和韧性。

（4）检验结果 20Cr13钢阀杆高温回火后，其力学性能测试结果和金相组织见表2-105。

图2-25 20Cr13钢阀杆高温回火工艺

表2-105 20Cr13钢的力学性能和金相组织

由表2-105可见，经高温回火处理后，20Cr13钢的力学性能均符合GB/T1220—2007规定的要求，晶粒度评定为5级，可以正常使用。

（5）节能效果 20Cr13钢阀杆采用高温回火代替调质处理，不仅可以满足其力学性能及金相组织要求，而且因简化工序，可节约50%左右的热处理费用。