真空熱處理原理與設備應用

1、2022-5-91真空應用Vacuum Application主講：主講： 王曉冬王曉冬Dr. X D Wang 真空應用NEU2022-5-92課程內容與學時安排1真空應用概論(4學時)2 真空冶金（12學時）3 真空熱處理（4學時）4 真空技術與太陽能利用（2學時）5 真空冷凍干燥（2學時）6 真空絕熱（2學時）7 真空壓力浸漬（2學時）8 真空鍍膜（2學時） 考試（2學時）真空應用NEU2022-5-933 真空熱處理3.1真空熱處理原理及設備1）真空熱處理的作用和特點2）真空熱處理的工藝流程及分類3） 真空熱處理爐3.2 真空電阻爐的工作原理與結構3.3 真空電阻爐的設計計算及真空系統

2、3.4 電阻爐內部流動與傳熱的數值模擬真空應用NEU2022-5-943.1 真空熱處理原理及設備改善材料的性能的主要兩個途徑調整化學成分合金化進行熱處理結晶結構改變熱處理工藝通過加熱、保溫、冷卻的操作方法使材料的組織結構發(fā)生變化以獲得所需性能真空應用NEU真空條件對熱處理工藝的影響在外界壓力變化時，固體金屬相變溫度、金相組織將發(fā)生變化；但相差一個大氣壓下的真空環(huán)境下，固體金屬相變熱力學、動力學等特性沒有明顯變化?？蓞⒄粘合鹿虘B(tài)相變原理進行真空熱處理工可參照常壓下固態(tài)相變原理進行真空熱處理工藝藝。2022-5-95真空應用NEU2022-5-961)真空熱處理的作用和特點真空熱處理的作用(1

3、)保護作用防氧化、防脫碳、防增碳、防吸氣、防腐蝕保持了金屬表面原有化學成分和光澤，真空熱處理稱為光亮處理光亮處理。(2)表面凈化作用氧化物、氮化物、氫化物等雜質還原分解或揮發(fā)；獲得光潔金屬表面真空應用NEU2022-5-97真空熱處理的作用2(3)真空除氣作用物理吸附與脫附對溫度和壓力都是可逆的；化學吸附與脫附對壓力可逆，對溫度不可逆。(4)脫脂作用機械加工過程中使用的冷卻劑和潤滑劑在真空和加熱條件下揮發(fā)或分解，得到光潔表面。真空應用NEU2022-5-98真空熱處理的作用3(5)蒸發(fā)作用使零件之間、零件與料框之間發(fā)生粘接；使金屬工件表面粗糙；金屬中某些元素脫出（如鉻），破壞工件表面特性；電極

4、絕緣性能下降，易發(fā)生短路事故。為防止金屬的蒸發(fā)，可充入保護氣體，調節(jié)爐內壓力。真空應用NEU2022-5-99真空熱處理的特點(1)高質量工件不氧化、不脫碳、不增碳的光亮處理；工件變形量是普通熱處理變形量的10%，顯著減小。(2)低成本變形量小，減少下一道工序加工余量；減少廢品率和加工費。(3)低能耗保溫好，熱損失少，電耗少。(4)無公害(環(huán)保)真空應用NEU2022-5-910真空熱處理的特點2真空熱處理的缺點易產生蒸發(fā)現象；設備較復雜；設備成本較高。真空應用NEU2022-5-9112）真空熱處理的工藝流程及分類加熱(升溫)保溫(使溫度均勻)冷卻在上述處理過程中，材料組織結構發(fā)生變化，獲得

5、需要的性能。真空熱處理工藝流程裝料抽空加熱保溫冷卻出爐不同熱處理要求不同的工藝條件，而不同的工件要求的工藝條件又有所差別，要指定具體的工藝曲線工藝曲線。真空應用NEU2022-5-912真空熱處理壓力、溫度隨時間變化真空應用NEU2022-5-913熱處理的分類(1)普通熱處理：退火，正火消除應力，降低工件硬度，改善切削加工性能；淬火提高硬度和耐磨性；回火獲得較好的韌性和塑性。(2)表面熱處理表面淬火火燃加熱，感應加熱；化學熱處理滲碳，滲氮，碳氮共滲。真空應用NEU2022-5-914真空淬火(1)淬火原理將工件加熱到奧氏體轉化溫度并保溫一定時間使工件受熱充分均勻再急速冷卻，阻止奧氏體向珠光體

6、的轉變，轉化為高硬度的馬氏體使表面和內部獲得高硬度和耐磨性。(2)淬火方法氣體淬火油淬火水淬火冷卻速度依次提高真空應用NEU2022-5-915氣淬冷卻方式：內循環(huán)、外循環(huán)由充氣循環(huán)裝置、風機、換熱器實現冷卻。冷卻速度慢，適用于小工件處理。冷卻速度：與冷卻氣體的種類、壓力、爐子結構、流量裝爐量有關。隨著氣體壓力的不斷增加，處理能力大幅度提高。冷卻介質：不與工件反應的氣氛氫氣、氦氣、氮氣、氬氣等冷卻能力依次降低真空應用NEU2022-5-916氣淬氣體氫冷卻速度快，易爆炸，不能用于1058以上的熱處理中；氦冷卻速度快，成本高（為氮氣的100倍）,很少使用；氬冷卻速度慢，價格高于氮氣，不宜使用；氮

7、價格便宜，安全，最多使用（高純氮)。真空應用NEU2022-5-917提高冷卻速度的辦法提高流量受到風機功率的限制;提高壓力“加壓氣淬”，P=(6-9.3)*104Pa；“高壓氣淬”，P=(2-5)*105Pa。降低冷卻介質的溫度設置熱交換器。真空應用NEU2022-5-918油淬與水淬油淬冷卻速度快，適用于大工件和淬透性差的工件由油池、冷卻器、攪拌裝置實現冷卻。由于油的污染以及工件需清潔等原因，油淬的使用在減少。水淬生產中有需要，技術上有些問題有待研究。真空應用NEU2022-5-9193）真空熱處理爐（1）爐型和作業(yè)方式立式、臥式、混合式周期式、半連續(xù)式、連續(xù)式（2）爐子組成加熱室真空系統

8、水冷系統電源電控系統風冷系統或油淬裝置真空應用NEU真空熱處理爐爐型結構12022-5-920真空應用NEU真空熱處理爐爐型結構22022-5-921真空應用NEU真空熱處理爐爐型結構32022-5-922真空應用NEU2022-5-923周期式真空熱處理爐真空應用NEU2022-5-924高壓氣淬爐真空應用NEU2022-5-925半連續(xù)式真空熱處理爐真空應用NEU2022-5-926連續(xù)式真空熱處理爐真空應用NEU2022-5-927立式真空電阻爐真空應用NEU2022-5-928臥式真空電阻爐真空應用NEU2022-5-929連續(xù)式真空電阻爐真空應用NEU2022-5-930真空釬焊爐真

9、空應用NEU2022-5-931（3）氣淬風冷系統（a）結構組成風機（一般為離心式）、氣流循環(huán)管道、熱交換器（內交換或外交換）（b）風機結構真空風機或液壓馬達（c）風機參數風量： （m3/s）F風道截面積；v風速，v=10m/s。功率： H風壓；K安全系數；1風機效率，1=0.4-0.5；2機械效率，直聯電機，2=1。vFqv21KHqNv真空應用NEU2022-5-932內循環(huán)風冷真空風機真空應用NEU2022-5-933內循環(huán)風冷液壓馬達真空應用NEU外循環(huán)風冷系統12022-5-934真空應用NEU外循環(huán)風冷系統22022-5-935真空應用NEU外循環(huán)風冷系統32022-5-936真空

10、應用NEU2022-5-937（4）淬火油槽槽體+淬火油+冷卻裝置+攪動裝置+加熱裝置(1)油量：(8-14)倍工件質量(2)槽體高度：淬火油深度+(0.15-0.5)米淬火油深度料筐高度+(0.1-0.5)+(0.1-0.4)米(3)油的冷卻:槽體外冷卻水套或槽內(側面和底部)冷卻水管(4)油加熱:提高流動性，采用管狀加熱器，直接插入油中，或插入槽體上的鋼管中。真空應用NEU2022-5-938淬火油槽攪拌裝置(5)攪拌裝置促進油循環(huán)流動，均勻油溫，加快冷卻；電機(500轉/分)+聯軸器+葉輪(直徑200-400毫米)+動密封；設置位置：底部，側壁和上部。真空應用NEU2022-5-9396 電阻爐真空系統1)低真空系統2)中真空系統羅茨泵+機械泵油增壓泵+機械泵3)高真空系統擴散泵+羅茨泵+機械泵擴散泵+機械泵擴散泵+油增壓泵+機械泵2022-5-939真空應用NEU2022-5-940中真空系統羅茨泵+機械泵2022-5-940真空應用NEU2022-5-941中真空系統油增壓泵+機械泵2022