重载齿轮热处理节能增效的一些工艺

节能增效是齿轮热处理领域的重要课题，结合具体案例说明工艺优化是热处理节能降耗的有效手段之一，在满足技术要求的前提下，通过挖掘热处理工艺方面的节能潜力、缩短生产周期、降低能源消耗来实现经济效益。 重载齿轮领域，中硬齿面以及硬齿面齿轮应用广泛，调质以及渗碳淬火是最常用的两种热处理工艺方法。热处理是传统的制造行业，是提高齿轮强度以及韧性的必要工序，生产中需要大量的能源来改善齿轮表面以及内部的组织结构，以获取使用性能。我国机械行业产品消费的能源，一般为全国能源消耗的65%，其中热处理行业占机械行业能源消耗的20%～30%。由于历史原因，我国热处理整体生产效率相对低下，是美国的1/26，而能耗比美国高40%。现代制造技术重视制造的可持续发展，尤其热处理领域，如何降低能耗，实现节能增效，是机械制造领域的重要课题。 热处理就是将零件加热至一定温度，保温一段时间，然后采取不同冷却速度以获得不同组织结构的工艺方法，热处理仅改变零件的内部组织，不改变零件的形状。热处理节能增效的方法就是在保证内在性能的前提下，通过改变加热温度、保温时间、冷却方式等参数来缩短生产周期，节能降耗。作为传统行业，热处理是能耗大户，主要体现在电能方面的消耗，在重载齿轮制造领域，尤其渗碳淬火热处理，通常硬化层深要求大于2mm，渗碳时间长达20h以上，电能节约是最直观的节能方向。节能可以通过不同的措施来实现，例如采用先进耗能小的热处理设备、连续化生产、制定合理的热处理工艺、做好设备的维护保养等。在众多节能手段中，工艺优化是不需要投入大量资金而实现节能增效的有效手段之一。下文将阐述几种重载齿轮热处理生产的工艺节能方法。 盐浴淬火后盐浴回火的应用 风电重载齿轮渗碳件，主流采用18CrNiMo7-6材质，淬火后必须进行170～200℃去应力，以减小内应力，提高齿轮的强度和塑性。对于50%KNO3+50%NaNO2配方的低温盐浴淬火介质而言，国内外常规低温回火均采用电炉加热，采用空气进行传热，在电炉内传热以对流为主；工件在盐浴介质中加热时，以热传导为主，兼有辐射传热及对流传热。电炉加热，以空气作为热传导介质，风电重载齿轮的回火时间按照每毫米直径或厚度2.4min计算，即100mm直径或厚度保温4h，最短保温时间不小于2h。 对于50%KNO3+50%NaNO2配方的盐浴介质，其熔点140℃，使用温度在150～550℃，由于盐浴传导系数远大于空气介质，采用盐浴回火的保温时间大大缩短，按照JB/T6048-2004《金属制件在盐浴中的加热与冷却》，回火保温时间为100mm直径或厚度保温约2h。 盐浴回火优点： 1)盐浴回火均匀性优于电炉的，单件的表面硬度偏差由电炉的±1HRC提高至±0.5HRC。 2)由于盐浴介质传热系数远大于空气，相同齿轮零件，盐浴回火时间仅为电炉回火的50%，生产周期以及加热成本降低50%。 3)图3为电炉加热与盐浴加热回火后的渗碳件表层残余应力分布曲线，图4、5为电炉与盐浴加热回火后的渗层组织，两者的残奥、马氏体级别相同，可见盐浴回火的残余应力以及组织性能检测结果可以达到电炉回火效果。 4)盐浴淬火介质，不能结块，必须永久保温处理，盐浴淬火后再利用该闲置热源回火可以节能增效。 (来源：热处理)