Comparison of cost of vacuum and salt bath quenching, which heat treatment way should be choose

在1980年以前，世界各國包括很發(fā)達(dá)的歐美地區(qū)工模具的熱處理，特別是高速鋼刀具淬火都是在鹽浴中進(jìn)行的。其結(jié)果在一定程度上取決于操作者的技能和責(zé)任心。當(dāng)工具表面脫碳時(shí)，其化學(xué)成分發(fā)生了變化，導(dǎo)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(qiáng)度。鹽腐蝕有時(shí)會(huì)導(dǎo)致工具損傷和盲孔被鹽堵塞。

鹽浴淬火必然會(huì)產(chǎn)生許多廢渣、廢液和廢氣，不利于環(huán)保，同時(shí)有害于操作者身心健康。

鹽浴熱處理缺點(diǎn)凸顯，優(yōu)點(diǎn)也很鮮明，資本投入低，工藝適用性廣，以及可達(dá)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(yōu)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(shí)代在發(fā)展，科技在進(jìn)步，隨著國家對環(huán)境治理一系列政策的出臺，以及人們對環(huán)境優(yōu)美意識的加強(qiáng)，鹽浴淬火被列為淘汰項(xiàng)目，真空爐被列為熱處理首選。一個(gè)要被摒棄，一個(gè)要扶持上馬，現(xiàn)就此問題，作者進(jìn)行了調(diào)查研究，談點(diǎn)不成熟的意見，可能有誤，僅供參考。

真空爐在熱處理中的應(yīng)用情況

據(jù)有關(guān)方面統(tǒng)計(jì)，目前國內(nèi)有各類真空熱處理設(shè)備數(shù)千臺，應(yīng)用在淬火、回火、滲碳、滲氮等多種化學(xué)熱處理以及釬焊、固溶處理等熱處理各個(gè)領(lǐng)域。其中高速鋼刀具真空淬火，除工具廠及少數(shù)的熱處理專業(yè)廠外，其他企業(yè)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(rèn)為并不是傳說中的價(jià)格門檻，而是淬火件的質(zhì)量問題。

目前國內(nèi)工模具淬火、回火外協(xié)加工價(jià)格，真空淬火比鹽浴淬火稍貴，視地區(qū)不同價(jià)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(jià)格為12~16元∕kg，鹽浴淬火價(jià)格為8~10元∕kg。高速鋼制￠4mm~￠12mm沖棒兩種工藝淬火價(jià)分別為12~13元∕kg、8~10元∕kg，也有按3000~5000元/爐計(jì)算。

客戶往往只注重淬火價(jià)格，而忽略了內(nèi)在質(zhì)量。論質(zhì)量往往只注重硬度，不要求金相組織這個(gè)微觀世界，等到刀具使用出了質(zhì)量問題才會(huì)重查金相組織。根據(jù)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(jià)上漲等因素，現(xiàn)在鹽浴淬火（包括回火、校直、噴砂防腐等）成本可能會(huì)超過6元/kg。外協(xié)加工價(jià)至少在8元/kg以上，但真空處理價(jià)沒有12元/kg是拿不下來的。

經(jīng)驗(yàn)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(diǎn)點(diǎn)?？墒?，國內(nèi)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(yàn)，認(rèn)為兩者相當(dāng)，也有的認(rèn)為真空淬火的刀具比鹽浴淬火要高，但更多的人的結(jié)論是：鹽浴淬火的成本低、質(zhì)量高。

經(jīng)分析筆者認(rèn)為，真空爐淬高速鋼質(zhì)量低的問題并不是真空爐本身之過，而是我們?nèi)藶樵斐傻?，比如拼爐加熱，不同規(guī)格產(chǎn)品一起淬火質(zhì)量肯定有別；不同爐號產(chǎn)品同爐，因鋼的成分有異，碳飽和度不同，淬火質(zhì)量肯定不會(huì)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(chǎn)運(yùn)作，多數(shù)人認(rèn)為真空爐更省錢，以下通過兩個(gè)工具廠的實(shí)際數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，同行們可分析得出結(jié)論。

（1）某工具廠一個(gè)月鹽浴淬火高速鋼的若干數(shù)據(jù)，見表1。

全車間職工總數(shù)18人，當(dāng)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(xié)刀具1.5t（加工費(fèi)18000元）。18人工資、保健費(fèi)、加班費(fèi)共付出4.2萬元。

表1  某工具廠熱處理車間一個(gè)月淬火物料消耗統(tǒng)計(jì)（2010年9月）

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(nèi)某較大規(guī)模的工具廠

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

在批量生產(chǎn)情況下，該廠對齒輪刀具類產(chǎn)品進(jìn)行真空淬火和鹽浴淬火費(fèi)用作了仔細(xì)的比較，其結(jié)果見表2、表3。

表2    真空熱處理費(fèi)用明細(xì)表

表3    鹽浴爐熱處理費(fèi)用明細(xì)表

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

真空熱處理的優(yōu)點(diǎn)

事實(shí)表明，真空熱處理代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鹽浴淬火有很多優(yōu)點(diǎn)，首先是真空熱處理非常有利于環(huán)保。通過仔細(xì)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(dāng)然也不存在鹽的腐蝕和鹽堵盲孔的煩惱。

最重要的優(yōu)點(diǎn)是過程的自動(dòng)化消除了人為失誤，因此，真空淬火工具高質(zhì)量具有重復(fù)性，從而保證了工具熱處理質(zhì)量的穩(wěn)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(chǎn)過程中不會(huì)被燒傷、濺爆，他們在清潔的環(huán)境里工作，有利于健康長壽。

真空熱處理發(fā)展方向

（1）應(yīng)大力發(fā)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(yīng)重點(diǎn)開發(fā)適應(yīng)高速鋼刀具淬火整套解決方案。

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

（3）真空爐也應(yīng)該個(gè)性化 真空爐不能搞成萬能爐，應(yīng)專爐專用，搞成系列化，產(chǎn)品化，萬能爐淬火質(zhì)量不會(huì)好。

（4）廣泛采用計(jì)算機(jī)微電子技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 研制開發(fā)高壓氣淬真空爐智能控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、智能化，實(shí)現(xiàn)爐溫、壓力、真空度等工藝參數(shù)的精確控制，實(shí)現(xiàn)無人化操作，將真空技術(shù)向前推進(jìn)一大步，并為真空熱處理專業(yè)化掃清障礙。這樣，真空爐才會(huì)象電視機(jī)、手機(jī)一樣挑選自如。

（5）真空釬焊復(fù)合熱處理 將真空釬焊和淬火相結(jié)合是很有生機(jī)的復(fù)合熱處理技術(shù)，國內(nèi)機(jī)械刀片需求量很大?，F(xiàn)在進(jìn)行的爐子大部分是工具廠自行設(shè)計(jì)制造。真空爐專業(yè)制造廠設(shè)關(guān)注此爐類的發(fā)展。

（6）走專業(yè)化的品牌之路 現(xiàn)在全國有真空爐生產(chǎn)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(shù)千萬（進(jìn)口）。造成資源的極度浪費(fèi)，如果把資源整合，走專業(yè)化的品牌之路，也許是一種創(chuàng)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(yè)化道路，對鋼材質(zhì)量也是一個(gè)提升，對企業(yè)管理也是一個(gè)促進(jìn)，這樣會(huì)促進(jìn)全行業(yè)健康穩(wěn)步發(fā)展。

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