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真空和鹽浴淬火費用明細對比,工模具行業應選何種熱處理方式

來源:成都新德南光機械設備有限公司 | 發布時間:2018-03-19

在1980年以前,世界各國包括很發達的歐美地區工模具的熱處理,特別是高速鋼刀具淬火都是在鹽浴中進行的。其結果在一定程度上取決于操作者的技能和責任心。當工具表面脫碳時,其化學成分發生了變化,導致表面硬度降低并伴有淬火開裂傾向,降低了工具的耐磨性及疲勞強度。鹽腐蝕有時會導致工具損傷和盲孔被鹽堵塞。


鹽浴淬火必然會產生許多廢渣、廢液和廢氣,不利于環保,同時有害于操作者身心健康。


浴熱處理缺點凸顯,優點也很鮮明,資本投入低,工藝適用性廣,以及可達到足以避免先共析碳化物在晶界上析出的淬火速率,可以局部淬火等,因而與其他一些工藝相比,可獲得優良的金相組織和硬度,所以工具鹽浴淬火一直紅火連年,至今長盛不衰。


時代在發展,科技在進步,隨著國家對環境治理一系列政策的出臺,以及人們對環境優美意識的加強,鹽浴淬火被列為淘汰項目,真空爐被列為熱處理首選。一個要被摒棄,一個要扶持上馬,現就此問題,作者進行了調查研究,談點不成熟的意見,可能有誤,僅供參考。


真空爐在熱處理中的應用情況


據有關方面統計,目前國內有各類真空熱處理設備數千臺,應用在淬火、回火、滲碳、滲氮等多種化學熱處理以及釬焊、固溶處理等熱處理各個領域。其中高速鋼刀具真空淬火,除工具廠及少數的熱處理專業廠外,其他企業很少采用。足以說明,目前高速鋼淬火仍以鹽浴為主,真空淬火并不普及,究其原因,筆者認為并不是傳說中的價格門檻,而是淬火件的質量問題。


目前國內工模具淬火、回火外協加工價格,真空淬火比鹽浴淬火稍貴,視地區不同價位差很大。Cr12MoV鋼制冷模、H13鋼熱模真空淬火分別為8~10元∕kg、8~12元∕kg;鹽浴淬火分別為6~8元∕kg、8~10元∕kg。


M2鋼制麻花鉆(¢6mm)真空淬火價格為12~16元∕kg,鹽浴淬火價格為8~10元∕kg。高速鋼制¢4mm~¢12mm沖棒兩種工藝淬火價分別為12~13元∕kg、8~10元∕kg,也有按3000~5000元/爐計算。


客戶往往只注重淬火價格,而忽略了內在質量。論質量往往只注重硬度,不要求金相組織這個微觀世界,等到刀具使用出了質量問題才會重查金相組織。根據筆者2014年的測算,處理¢5mm的高速鋼麻花鉆,熱處理成本大約為4.8元/kg,考慮職工工資及物價上漲等因素,現在鹽浴淬火(包括回火、校直、噴砂防腐等)成本可能會超過6元/kg。外協加工價至少在8元/kg以上,但真空處理價沒有12元/kg是拿不下來的。


經驗表明,鹽浴淬火的高速鋼刀具,硬度的最高值、硬度的均勻值、紅硬性肯定比真空淬火高一點點。可是,國內有幾家工具廠在小鉆頭、絲錐等小型不易變形的刀具作對比試驗,認為兩者相當,也有的認為真空淬火的刀具比鹽浴淬火要高,但更多的人的結論是:鹽浴淬火的成本低、質量高。


經分析筆者認為,真空爐淬高速鋼質量低的問題并不是真空爐本身之過,而是我們人為造成的,比如拼爐加熱,不同規格產品一起淬火質量肯定有別;不同爐號產品同爐,因鋼的成分有異,碳飽和度不同,淬火質量肯定不會一樣,還有工藝問題、管理問題,最終給人的印象是:抱著金飯碗還得去討飯。

真空淬火和鹽浴淬火成本的比較


真空淬火和鹽浴淬火究竟誰便宜?光從投資的角度考慮,前者是后者的2~5倍,但具體生產運作,多數人認為真空爐更省錢,以下通過兩個工具廠的實際數據呈現,同行們可分析得出結論。


(1)某工具廠一個月鹽浴淬火高速鋼的若干數據,見表1。

全車間職工總數18人,當月工作日25天,兩班制,淬火回火高速鋼刀具本單位12.1t,淬外協刀具1.5t(加工費18000元)。18人工資、保健費、加班費共付出4.2萬元。

某工具廠熱處理車間一個月淬火物料消耗統計(20109月)

序號

物料名稱

實際消耗/kg


序號

物料名稱

實際消耗/kg

1

BaCl2

2000

11

筑爐用耐火材料

700

2

NaCl

600

12

磷酸

50

3

KCl

300

13

木炭

30

4

NaNO3

500

14

皂化油

30

5

NaNO2

300

15

Q235電極

260

6

片堿

300

16

夾具用Q235

170

7

鈦白粉

300

17

中溫爐電偶

2

8

硅膠

200

18

勞保用品

200

9

石英砂

100

19

辦公用品

60

10

鹽酸

900

20

招待客人

300

有人這樣推算,購置兩臺裝爐量500Kg真空爐各工作20天,就能完成上述淬火量,但只需8~9人即可。真空熱處理成本比較低。


(2)國內某較大規模的工具廠

早在20世紀80年初就對高速鋼刀具真空熱處理做了很多試驗,結果表明,M2鋼刀具真空淬火溫度比鹽浴淬火低10℃,加熱系數按15~30s/mm計較為合適。刀具硬度可達63~65HRC,雙角銑刀的壽命提高1倍以上,熱處理費用比鹽浴爐節省30%,耗電為鹽浴爐的1/6。


在批量生產情況下,該廠對齒輪刀具類產品進行真空淬火和鹽浴淬火費用作了仔細的比較,其結果見表2、表3。

真空熱處理費用明細表

序號

工序

使用設備

功率/kW

物料消耗

名稱

kg/

1

淬火

真空爐

50

真空泵油

15

2

回火

真空爐

50

擴散泵油

4

3

防銹

變壓器油

8

4

清洗

汽油

9

5

生產人員(名)

4

6

日生產能力/kg

140

7

耗電量/kW·kg-1

3

8

熱處理費用/·kg-1

1.18








鹽浴爐熱處理費用明細表

序號

 

使用設備

功率/kW

物料消耗

名稱

kg/

1

一次預熱

電阻爐

26

2

二次預熱

鹽浴爐

100

NaCl

212

3

三次預熱

鹽浴爐

100

KCl

58

4

淬火加熱

鹽浴爐

150

BaCl2

893

5

分級冷卻

鹽浴爐

100

NaNO2

74

6

等溫冷卻

鹽浴爐

27

KNO3

60

7

清洗

蒸汽熱水槽

HCl

200

8

回火

鹽浴爐

100

NaNO3

400

9

清洗

蒸汽熱水槽

10

酸洗

HCl

11

噴砂

石英砂

12

防銹

NaNO2

13

生產人員(名)

18

14

生產能力/kg

600

15

耗電量/kW·kg-1

17

16

熱處理費用/·kg-1

1.82

注:鹽浴爐脫氧每月用校正劑80kg,價格為10元/kg,還有淬火夾具、勞保用品、辦公用品消耗未計入成本。


真空熱處理的優點


事實表明,真空熱處理代替傳統的鹽浴淬火有很多優點,首先是真空熱處理非常有利于環保。通過仔細地裝夾和過程控制,真空熱處理變形小,無氧化、無脫碳,熱處理件不需要打磨清理就可使用(指量具、部分模具),這樣消除了常見的工件早期失效的原因——磨削裂紋,當然也不存在鹽的腐蝕和鹽堵盲孔的煩惱。


最重要的優點是過程的自動化消除了人為失誤,因此,真空淬火工具高質量具有重復性,從而保證了工具熱處理質量的穩定性。


最后但不是最重要的是操作者的安全問題,操作者在生產過程中不會被燒傷、濺爆,他們在清潔的環境里工作,有利于健康長壽。


真空熱處理發展方向


(1)應大力發展高壓氣淬爐 高速鋼刀具真空油淬有滲碳之嫌,高壓氣淬大有前途,壓力有走高趨勢。應重點開發適應高速鋼刀具淬火整套解決方案。


(2)低真空高壓熱處理技術非常值得重視 這是一種廉價的真空熱處理技術,改變爐壓可以迅速排除爐內氧、水蒸氣等有害氣體,加速滲碳、滲氮過程。


(3)真空爐也應該個性化 真空爐不能搞成萬能爐,應專爐專用,搞成系列化,產品化,萬能爐淬火質量不會好。


(4)廣泛采用計算機微電子技術網絡技術 研制開發高壓氣淬真空爐智能控制系統的網絡化、智能化,實現爐溫、壓力、真空度等工藝參數的精確控制,實現無人化操作,將真空技術向前推進一大步,并為真空熱處理專業化掃清障礙。這樣,真空爐才會象電視機、手機一樣挑選自如。


(5)真空釬焊復合熱處理 將真空釬焊和淬火相結合是很有生機的復合熱處理技術,國內機械刀片需求量很大。現在進行的爐子大部分是工具廠自行設計制造。真空爐專業制造廠設關注此爐類的發展。


(6)走專業化的品牌之路 現在全國有真空爐生產廠50多家,全國地級城市幾乎都有真空爐,大部分真空爐都“吃不飽”,一次投資近百萬甚至數千萬(進口)。造成資源的極度浪費,如果把資源整合,走專業化的品牌之路,也許是一種創舉。比如,模具真空熱處理廠、刀具真空熱處理廠、真空滲碳公司等,走專業化道路,對鋼材質量也是一個提升,對企業管理也是一個促進,這樣會促進全行業健康穩步發展。


綜上所述,工模具真空熱處理前途光明,是很有發展前途的行業,世上無難事,只要肯去干。

本文刊登在《金屬加工(熱加工)》雜志,作者為安徽嘉龍鋒鋼刀具公司趙步青 、胡會峰。

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