真空熱處理工藝

真空熱處理工藝前言:所謂真空熱處理是工件在真空介質(zhì)中進(jìn)行加熱到所需要的溫度，然后在不同介質(zhì)中以不同冷速進(jìn)行冷卻的熱處理方法。真空熱處理被當(dāng)代熱處理界稱(chēng)為高效、節(jié)能和無(wú)污染的清潔熱處理。真空熱處理的零件具有無(wú)氧化，無(wú)脫碳、脫氣、脫脂，表面質(zhì)量好，變形小，綜合力學(xué)性能高，可靠性好(重復(fù)性好，壽命穩(wěn)定)等一系列優(yōu)點(diǎn)。因此，真空熱處理受到國(guó)內(nèi)外廣泛的重視和普遍的應(yīng)用。并把真空熱處理普及程度作為衡量一個(gè)國(guó)家熱處理技術(shù)水平的重要標(biāo)志。真空熱處理技術(shù)是近四十年以來(lái)熱處理工藝發(fā)展的熱點(diǎn)，也是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)的重要領(lǐng)域。工藝原理(1)金屬在真空狀態(tài)下的相變特點(diǎn)。(2)真空脫氣作用，提高金屬材料的物理性能和力學(xué)性能。(3)真空脫脂作用。(4)金屬的蒸發(fā):在真空狀態(tài)下加熱，工件表面元素會(huì)發(fā)生蒸發(fā)現(xiàn)象。(5)表面凈化作用，實(shí)現(xiàn)少無(wú)氧化和少無(wú)脫碳加熱。表1.各種材料在真空熱處理時(shí)的真空度(1)在900℃以前，先抽0.1Pa以上高真空，以利脫氣。(2)10-1Pa進(jìn)行加熱，相當(dāng)于1PPM以上純度惰性氣體，一般黑色金屬就不會(huì)氧化。(3)充入惰性氣體時(shí)，如充133Pa，(50%N2+50%H2)的氮?dú)浠旌蠚怏w，其效果比10-2,10-3Pa真空還好。此時(shí)氧分壓66.5Pa是安全的。(4)真空度與鋼表面光亮度有對(duì)應(yīng)關(guān)系。(5)一般10-3~133Pa真空范圍內(nèi)，真空度溫差為±5℃，如氣壓上升，溫度均勻性下降，所以充氣壓力應(yīng)盡量可能低些。2、加熱和預(yù)熱溫度:表2預(yù)熱溫度參考表3、真空淬火加熱時(shí)間圖1真空加熱時(shí)的特性曲線圖2爐溫和被加熱工件表面與中心溫度t總=t均+t保t均=a`×ht保為相變時(shí)間，t均為均熱時(shí)間，a`為透熱系數(shù)(分/mm)，h為有效厚度(mm)。三(真空淬火冷卻在淬火時(shí)我們都要考慮到所熱處理工件的材質(zhì)、形狀、技術(shù)要求，以及該材質(zhì)“5”曲線來(lái)選擇合理的淬火冷速，一般情況下有真空油淬和真空氣淬(在這里主要分析真空油淬)。淬水前的預(yù)冷比較重要。(1)淬火前的預(yù)冷與變形量大小有一定的關(guān)系。在不預(yù)冷直接淬火工件的內(nèi)應(yīng)力主要是熱應(yīng)力，工件尺寸有可能會(huì)減小;而經(jīng)過(guò)預(yù)冷后再淬火的，工件的內(nèi)應(yīng)力主要是組織應(yīng)力，工件有可能會(huì)脹大。我們只有合理地預(yù)冷才會(huì)使工件內(nèi)部的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力相對(duì)平衡，才能減小工件的變形量，一般情況是看裝爐量及工件的大小來(lái)選預(yù)冷時(shí)間，常規(guī)情況下有效尺寸在20~50mm,時(shí)間差不多控制在0.5~3min。(2)預(yù)冷還有一個(gè)原由是工件表面增碳白層現(xiàn)象。真空油淬時(shí)，因淬火油在高溫下受熱分解形成活性碳，滲入工件表面，使工件表面形成增碳層，這種現(xiàn)象與溫度高有關(guān)系，與保溫時(shí)間長(zhǎng)短無(wú)關(guān)。高速鋼真空油淬還有可能在表面形成30~50um白層(白層是由大量復(fù)合碳化物、馬氏體及殘余奧氏體組成)。因其與內(nèi)部交界處有粗晶狀的馬氏體，表面硬度值較低，對(duì)于高速鋼來(lái)說(shuō)會(huì)使鋼性不夠，易鈍口。這種現(xiàn)象是入油溫度越高，所形成的白層越厚。所以高碳高合金鋼在真空油淬時(shí)，因其淬硬性很好，最好要預(yù)冷來(lái)減小上面兩種情況。四(真空熱處理的加熱特點(diǎn):1)真空熱處理的優(yōu)越性。真空熱處理是和可控氣氛并駕齊驅(qū)的應(yīng)用面很廣的無(wú)氧化熱處理技術(shù)，也是當(dāng)前熱處理生產(chǎn)技術(shù)先進(jìn)程度的主要標(biāo)志之一。真空熱處理不僅可實(shí)現(xiàn)鋼件的無(wú)氧化、無(wú)脫碳，而且還可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的無(wú)污染和工件的少畸變，因而它還屬于清潔和精密生產(chǎn)技術(shù)范疇。目前它已成為工模具生產(chǎn)中不可替代的先進(jìn)技術(shù)。3)真空熱處理爐?，F(xiàn)代真空熱處理爐是指可施行元件的真空加熱，然后在油中淬火或在常壓和加壓氣體中淬火的冷壁式爐子。研究開(kāi)發(fā)這種類(lèi)型的設(shè)備是一項(xiàng)綜合性強(qiáng)、跨學(xué)科、牽涉到很多科技領(lǐng)域的工作。工模具材料的真空熱處理的應(yīng)用前景很大。大多數(shù)工模具鋼目前都采取在真空中加熱，然后在氣體中冷卻淬火的方式。為了使工件表面和內(nèi)部都獲得滿(mǎn)意的力學(xué)性能，必須采用真空高壓氣淬技術(shù)。目前國(guó)際上真空氣淬的氣壓已從0.2MPa、0.6MPa提高到1,2MPa甚至3MPa。所以高壓氣淬真空爐的冷卻氣體壓力的逐步提高是一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)。除高壓氣淬外，在先抽真空而后填充高壓惰性氣體后施行對(duì)流加熱可以比傳統(tǒng)真空輻射加熱速度提高一倍以上，從而明顯提高加熱效率也是真空加熱技術(shù)的重要方向之一。向多功能發(fā)展也是真空爐的趨勢(shì)之一。在前室中施行油淬，在后室施行常壓或高壓氣淬，在中間加熱室施行真空加熱或等離子滲碳的半連續(xù)式真空熱處理設(shè)備是其典型例子之一。當(dāng)前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)已有這種爐型需求的反映。各種可滿(mǎn)足大批量生產(chǎn)的連續(xù)式真空滲碳、高壓、氣冷、淬火、回火生產(chǎn)線已相繼問(wèn)世。可以預(yù)料，在不久的將來(lái)會(huì)引起汽車(chē)零件熱處理的一場(chǎng)重大變革。針對(duì)真空加熱容易實(shí)現(xiàn)高溫滲碳的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)真空高溫(1000?,1050?)滲碳、緩冷、重新加熱、油中淬火、清洗、回火生產(chǎn)線應(yīng)該盡快提到日程上來(lái)。五(結(jié)語(yǔ):零件經(jīng)真空熱處置后,畸變小,質(zhì)量高,且工藝自身操作靈敏,無(wú)公害。因而真空熱處置不只是某些特殊合金熱處置的必要手腕,而且在普通工程用鋼的熱處置中也取得應(yīng)用,特別是工具)模具和精細(xì)耦件等,經(jīng)真空熱處置后運(yùn)用壽命較普通熱處置有較大的進(jìn)步。例如某些模具經(jīng)真空熱處置后,其壽命比原來(lái)鹽浴處置的高40,400,,而有許多工具的壽命可進(jìn)步3,4倍左右。此外,真空加熱爐可在較高溫度下工作,且工件能夠堅(jiān)持干凈的外表,因此能加速化學(xué)熱處置的吸附和反響過(guò)程。因而,某些化學(xué)熱處置,如滲碳)滲氮)滲鉻)滲硼,以及多元共滲都能得到更快)更好的效果。參考文獻(xiàn):[1]羅曉春,梁衛(wèi)民,蔣漫文.HTAC輻射管在燃?xì)庹婵諢崽幚頎t中的應(yīng)用[J].湖南有色金屬.2004(02)[2]羅曉春,梁衛(wèi)民,蔣漫文.HTAC輻射管在燃?xì)庹婵諢崽幚頎t中的應(yīng)用[J].冶金能源.2004(04)[3]宋慶彬.蓄熱式輻射管燒嘴在真空爐上的應(yīng)用[J].工業(yè)加熱.2001(01)[4]賀秀芳.NKK公司在連續(xù)退火線上應(yīng)用蓄熱式輻射管燒嘴取得成效[J].軋鋼.2002(02)[5]閻承沛.高溫空氣燃燒技術(shù)燃(天然)氣熱處理技術(shù)設(shè)備研究開(kāi)發(fā)探討[J].機(jī)械工人.熱加工.2001(10)[6]蕭琦,吳道洪,王東方,謝善清,王汝芳,王文壽,劉燦樓,劉忠誠(chéng).蓄熱式輻射管燃燒器在鍍鋅板退火爐上的應(yīng)用[J].工業(yè)爐.2004(05)[7]閻承沛,樊東黎.高溫空氣燃燒技術(shù)在燃天然氣熱處理技術(shù)設(shè)備上的應(yīng)用探討[J].工業(yè)爐.2001(02)[8]閻承沛.燃?xì)馐秸婵諣t研究與開(kāi)發(fā)