環(huán)形鍛件熱處理的目的

消除鍛造應(yīng)力：均勻組織，為后續(xù)加工做準(zhǔn)備。

細(xì)化晶粒：改善鍛造過(guò)程中形成的粗大或不均勻組織，提高綜合力學(xué)性能。

調(diào)整硬度：便于后續(xù)的機(jī)械切削加工。

獲得最終使用性能：賦予環(huán)件設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度、硬度、韌性、塑性及疲勞性能。

主要熱處理工藝類型及應(yīng)用

環(huán)形鍛件的熱處理主要包括預(yù)備熱處理和最終熱處理。

1. 預(yù)備熱處理 (Pre-Treatment Heat Treatment)

通常在鍛造后、粗加工前進(jìn)行，主要為后續(xù)工序做準(zhǔn)備。

退火 (Annealing)

目的：主要用于軟化高碳鋼、高合金鋼，降低硬度，消除內(nèi)應(yīng)力，消除成分偏析。

工藝：將工件加熱到Ac?或Ac?以上某一溫度，保溫后隨爐緩慢冷卻。

應(yīng)用：常用于模具鋼、軸承鋼等合金鋼環(huán)件。

正火 (Normalizing)

目的：消除帶狀組織，細(xì)化過(guò)熱晶粒，調(diào)整硬度，為最終熱處理做組織準(zhǔn)備。

工藝：加熱到Ac?或Accm以上30-50℃，保溫后在空氣中冷卻。

應(yīng)用：碳鋼和低合金鋼環(huán)形鍛件最常用的預(yù)備熱處理工藝。對(duì)于性能要求不高的環(huán)件，正火也可作為最終熱處理。

去氫退火 (Hydrogen Removal Annealing)

目的：防止大型合金鋼鍛件產(chǎn)生“白點(diǎn)”缺陷（氫致裂紋）。

工藝：鍛后立即在600-650℃長(zhǎng)時(shí)間保溫（通常20-40小時(shí)），使氫原子擴(kuò)散逸出。

應(yīng)用：大型電站用合金鋼轉(zhuǎn)子、筒體等關(guān)鍵鍛件。

2. 最終熱處理 (Final Heat Treatment)

在粗加工后進(jìn)行，以獲得產(chǎn)品最終要求的力學(xué)性能。

調(diào)質(zhì) (Quenching and Tempering)

目的：獲得高強(qiáng)度與高韌性良好配合的綜合力學(xué)性能（回火索氏體組織）。

工藝：

淬火 (Quenching)：加熱到奧氏體化溫度（Ac?以上30-50℃），保溫后快速冷卻（水淬、油淬或聚合物淬火）。

回火 (Tempering)：重新加熱到Ac?以下的某一溫度（通常500-650℃），保溫后冷卻，以消除淬火應(yīng)力、穩(wěn)定組織。

應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于要求高強(qiáng)度、高韌性的低合金高強(qiáng)度鋼環(huán)形鍛件，如風(fēng)電法蘭（S355NL/42CrMo4）、壓力容器等。

淬火+低溫回火 (Quenching + Low Temperature Tempering)

目的：獲得高硬度、高耐磨性和一定的韌性。

工藝：淬火后通常在150-250℃回火，得到回火馬氏體組織。

應(yīng)用：軸承環(huán)（GCr15）、齒輪環(huán)等。

固溶處理+時(shí)效 (Solution Treatment + Aging)

目的：對(duì)于奧氏體不銹鋼或高溫合金，使其獲得單相奧氏體組織，然后通過(guò)時(shí)效析出強(qiáng)化相，提高強(qiáng)度和硬度。

工藝：

固溶處理：加熱到高溫（如1040-1100℃），使碳化物溶解，然后快速水冷（淬火）。

時(shí)效：在較低溫度（如500-800℃）保溫，使強(qiáng)化相彌散析出。

應(yīng)用：不銹鋼（如304、316）環(huán)件、高溫合金環(huán)件。

環(huán)形鍛件熱處理的關(guān)鍵控制點(diǎn)與挑戰(zhàn)

由于環(huán)形鍛件（尤其是大型環(huán)件）形狀特殊、截面厚重，熱處理難度遠(yuǎn)大于小零件。

加熱均勻性 (Heating Uniformity)

挑戰(zhàn)：大型環(huán)件在爐內(nèi)易受重力影響，且爐溫本身存在波動(dòng)，導(dǎo)致各部分溫差大。

控制：

使用計(jì)算機(jī)控溫的臺(tái)車(chē)式電阻爐或燃?xì)鉅t，多點(diǎn)熱電偶監(jiān)測(cè)。

規(guī)定加熱速度和保溫時(shí)間（通常按壁厚計(jì)算，如1.2-1.5 min/mm），確保心部透熱。

大型環(huán)件豎放在墊鐵上，確保熱空氣流通。

冷卻均勻性 (Cooling Uniformity) - 最大挑戰(zhàn)

挑戰(zhàn)：冷卻不均會(huì)導(dǎo)致橢圓變形、翹曲、硬度不均，甚至淬裂。

控制：

淬火介質(zhì)選擇：水淬冷卻能力強(qiáng)，但風(fēng)險(xiǎn)高；油淬溫和；聚合物淬火液可調(diào)節(jié)冷卻速度，應(yīng)用廣泛。

噴淋淬火 (Spray Quenching)：對(duì)于大型環(huán)件是最佳方式。通過(guò)上下、內(nèi)外多組噴嘴對(duì)環(huán)件進(jìn)行均勻、可控的噴淋冷卻，能極大減少變形和內(nèi)應(yīng)力。

攪拌循環(huán)：確保淬火槽內(nèi)介質(zhì)溫度和流速均勻。

變形控制 (Deformation Control)

措施：

矯形工裝：熱處理時(shí)使用矯形圈或?qū)⒍鄠€(gè)環(huán)件疊放，利用自重抑制變形。

壓淬 (Press Quenching)：對(duì)于精密軸承環(huán)，在模具中加壓淬火，將變形控制在極小范圍內(nèi)。

矯直：熱處理后對(duì)變形的環(huán)件進(jìn)行熱矯或冷矯。

性能均勻性 (Property Uniformity)

措施：在環(huán)件上多處取樣（通常在180°對(duì)稱位置），進(jìn)行拉伸、沖擊、硬度測(cè)試，確保性能在整個(gè)圓周方向上均勻一致。

典型環(huán)形鍛件熱處理工藝路線舉例

產(chǎn)品：風(fēng)電塔筒法蘭 (材料: S355NL / 42CrMo4)

鍛造后：正火 → 細(xì)化晶粒，消除鍛造應(yīng)力，為粗加工和調(diào)質(zhì)做準(zhǔn)備。

粗加工后：調(diào)質(zhì) (Quenching + Tempering) →

淬火：加熱至850±10℃，保溫后出爐，進(jìn)行噴淋淬火。

回火：加熱至560±10℃，保溫后空冷。

性能檢驗(yàn)：在法蘭延長(zhǎng)端取樣，測(cè)試-20℃或-