真空熱處理工藝解析
來(lái)(lái)源：未知作者：admin發(fā)(fā)布時(shí)(shí)間：2017-05-27 10:20
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真空熱處理工藝是真空技術(shù)(shù)與熱處理技術(shù)(shù)相結合的新型熱處理技術(shù)(shù)，真空熱處理所處的真空環(huán)(huán)境指的是低于一個(gè)(gè)大氣壓的氣氛環(huán)(huán)境，包括低真空、中等真空、高真空和超高真空，真空熱處理實(shí)(shí)際也屬于氣氛控制熱處理。真空熱處理是指熱處理工藝的全部和部分在真空狀態(tài)(tài)下進(jìn)(jìn)行的，真空熱處理可以實(shí)(shí)現幾乎所有的常規熱處理所能涉及的熱處理工藝，但熱處理質(zhì)(zhì)量大大提高。與常規熱處理相比，真空熱處理的同時(shí)(shí)，可實(shí)(shí)現無(wú)(wú)氧化、無(wú)(wú)脫碳、無(wú)(wú)滲碳，可去掉工件表面的磷屑，并有脫脂除氣等作用，從而達到表面光亮凈化的效果。包括有，
.真空高壓氣冷淬火技術(shù)(shù) 當前真空高壓氣冷淬火技術(shù)(shù)發(fā)(fā)展較快，相繼出現了負壓(<1×105Pa)高流率氣冷、加壓(1×105～4×105Pa)氣冷、高壓(5×105～10×105Pa)氣冷、超高壓一(10×105～20×105Pa)氣冷等新技術(shù)(shù)，不但大幅度提高了真空氣冷淬火能力，且淬火后工件表面光亮度好，變形小，還有高效、節能、無(wú)(wú)污染等優(yōu)(yōu)點(diǎn)(diǎn)?！ ≌嬋嶄邏簹飫浯慊鸕撓猛臼遣牧系拇慊鷙突鼗?，不銹鋼和特殊合金的固溶、時(shí)(shí)效，離子滲碳和碳氮共滲，以及真空燒結，釬焊后的冷卻和淬火?！ ∮?×105Pa高壓氮氣冷卻淬火時(shí)(shí)、被冷卻的負載只能是松散型的，高速鋼(W6Mo5Cr4V2)可淬透至70～100mm，高合金熱作模具鋼(如 4Cr5MoSiV)可達25～100mm，高合金冷作模具鋼(如Cr12)可達80～100mm?！ ∮?0×105Pa高壓氮氣冷卻淬火時(shí)(shí)，被冷卻負載可以是密集型的，比6×105Pa冷卻時(shí)(shí)負載密度提高約30%～4O%?！ ∮?0×105Pa超高壓氮氣或氦氣和氮氣的混合氣冷卻淬火時(shí)(shí)，被冷卻負載是密集的并可捆綁在一起。其密度較6×105Pa氮氣冷卻時(shí)(shí)提高80%～150%，可冷卻所有的高速鋼、高合金鋼、熱作工模具鋼及Cr13%的鉻鋼和較多的合金油淬鋼，如較大尺寸的9Mn2V鋼?！ 【哂袉為毨鋮s室的雙室氣冷淬火爐的冷卻能力優(yōu)(yōu)于相同類(lèi)(lèi)型的單室爐。2×105Pa氮氣冷卻的雙室爐的冷卻效果和4×105Pa的單室爐相當。但運行成本、維修成本低。由于我國基礎材料工業(yè)(yè)(石墨、鉬材等)和配套元器件(電動(dòng)(dòng)機)等水平有待提高。所以在提高6×105Pa單室高壓真空護質(zhì)(zhì)量的同時(shí)(shí)，發(fā)(fā)展雙室加壓和高壓氣冷淬火爐比較符合我國的國情?！ ?真空高壓氣冷等溫淬火 形狀復雜的較大工件從高溫連續進(jìn)(jìn)行快速冷卻時(shí)(shí)容易產(chǎn)(chǎn)生變形甚至裂紋。以往可用鹽浴等溫淬火解決。在單室真空高壓氣冷淬火爐中能否進(jìn)(jìn)行氣冷等溫淬火呢?圖1為在帶有對流加熱功能的單室高壓氣冷淬火爐中對兩組φ320mm×120mm兩塊疊裝的碳素結構鋼用不同冷卻方式淬火后的對化結果。圖中一組曲線(xiàn)(xiàn)是在102O℃加熱后，在6×105Pa壓力下連續用高純氮氣冷卻(風(fēng)(fēng)向是上、下相互交替，40s切換一次)的結果。另一組是對試樣表面、心部進(jìn)(jìn)行370℃時(shí)(shí)的控制冷卻。從兩組曲線(xiàn)(xiàn)的對比可以看出，心部溫度通過(guò)(guò)50O℃的時(shí)(shí)間(半冷時(shí)(shí)間)只差約2min。從表面進(jìn)(jìn)行控制冷卻開(kāi)(kāi)始到心部溫度到達370℃附近，需27min。由此可見(jiàn)(jiàn)，在單室真空高壓氣淬火爐進(jìn)(jìn)行等溫氣冷淬火是可行的?！ ?真空滲氮技術(shù)(shù) 真空滲氮是使用真空爐對鋼鐵零件進(jìn)(jìn)行整體加熱、充入少量氣體，在低壓狀態(tài)(tài)下產(chǎn)(chǎn)生活性氮原子滲入并向鋼中擴散而實(shí)(shí)現硬化的;而離子滲氮是靠暉光放電產(chǎn)(chǎn)生的活性N離子轟擊并僅加熱鋼鐵零件表面，發(fā)(fā)生化學(xué)(xué)反應生成核化物實(shí)(shí)現硬化的?！ ≌嬋諠B氛時(shí)(shí)，將真空爐排氣至較高真空度0.133Pa(1×10-3Torr)后，將工件升至，530～560℃，同時(shí)(shí)送入以氨氣為主的，含有活性物質(zhì)(zhì)的多種復合氣體，并對各種氣體的送入量進(jìn)(jìn)行精確控制，爐壓控制在0.667Pa(5Torr)，保溫3～5h后，用爐內惰性氣體進(jìn)(jìn)行快速冷卻。不同的材質(zhì)(zhì)，經(jīng)(jīng)此處理后可得到滲層深為20～80μm、硬度為600～1500HV的硬化層?！ ≌嬋諠B氮有人稱(chēng)(chēng)為真空排氣式氮碳共滲，其特點(diǎn)(diǎn)是通過(guò)(guò)真空技術(shù)(shù)，使金屬表面活性化和清凈化。在加熱、保溫、冷卻的整個(gè)(gè)熱處理過(guò)(guò)程中，不純的微量氣體被排出，含活性物質(zhì)(zhì)的純凈復合氣體被送入，使表面層相結構的調整和控制、質(zhì)(zhì)量的改善、效率的提高成為可能。經(jīng)(jīng)X射線(xiàn)(xiàn)衍射分析證實(shí)(shí)，真空滲氮處理后，滲層中的化合物層是ε單相組織，沒(méi)(méi)有其他脆性相(如Fe3C、Fe3O4)存在，所以硬度高，韌性好，分布也好。“白層”單相ε化合物層可達到的硬度和材質(zhì)(zhì)成分有關(guān)(guān)。材質(zhì)(zhì)中含Cr量越高，硬度也呈增加趨勢。Cr13%時(shí)(shí)，硬度可達到1200HV;含Cr18%(質(zhì)(zhì)量分數，余同)時(shí)(shí)，硬度可達1500HV;含Cr25%時(shí)(shí)，硬度可達1700HV。無(wú)(wú)脆性相的單相ε化合物層的耐磨性比氣體氮碳共滲組織的耐磨性高，抗摩擦燒傷、抗熱膠合、抗熔敷、抗熔損性能都很優(yōu)(yōu)異。但該“白層”的存在對有些模具和零件也有不利之處，易使鍛模在鍛造初期引起龜裂，焊接修補時(shí)(shí)易生成針孔。真空滲氮還有一個(gè)(gè)優(yōu)(yōu)點(diǎn)(diǎn)，就是通過(guò)(guò)對送入爐內的含活化物質(zhì)(zhì)的復合氣體的種類(lèi)(lèi)和量的控制，可以得到幾乎沒(méi)(méi)有化合物層(白層)，而只有擴散層的組織。其原因可能是在真空爐排氣至0.l33Pa(1×10-3Torr)后形成的，另一個(gè)(gè)原因是帶有活性物質(zhì)(zhì)的復合氣體在短時(shí)(shí)間內向鋼中擴散形成的組織。這種組織的優(yōu)(yōu)點(diǎn)(diǎn)是耐熱沖擊性、抗龜裂性能優(yōu)(yōu)異。因而對實(shí)(shí)施高溫回火的熱作模具，如用高速鋼或4Cr4MoSiV(H13)鋼制模具可以得到表面硬度高、耐磨性好、耐熱沖擊性好、抗龜裂而又有韌性的綜合性能;但僅有擴散層組織時(shí)(shí)，模具的抗咬合性、耐熔敷、熔損性能不夠好。由于模具或機械零件的服役條件和對性能的要求不一，在進(jìn)(jìn)行表面熱處理時(shí)(shí)，必需調整表面層的組織和性能。真空滲氮除應用于工模具外，對提高精密齒輪和要求耐磨耐蝕的機械零件以及彈簧等的性能都有明顯效果，可接受處理的材質(zhì)(zhì)也比較廣泛?！ ?真空清洗與干燥技術(shù)(shù) 目前有的熱處理還離不開(kāi)(kāi)清洗干燥工序，尤其需油冷的各類(lèi)(lèi)熱處理，清洗干燥的任務(wù)(wù)更繁重、難度也更大。國際上使用效果最佳的清洗劑是鹵素系清洗劑。發(fā)(fā)達國家，如日本使用的鹵素系清洗劑的比例如表1所示。其中三氯乙烷、氟里昂因屬破壞大氣臭氧層物質(zhì)(zhì)，已被禁止使用。其他鹵素系物質(zhì)(zhì)也因對生態(tài)(tài)環(huán)(huán)境、人、畜有害而被限制使用。所以各國都在研究各種替代型的清洗干燥技術(shù)(shù)?！ ≌嬋賬登逑錘稍錛夾g(shù)是替代技術(shù)(shù)中發(fā)(fā)展的主流，其原理是水蒸氣蒸餾和真空蒸餾。所謂水蒸氣蒸餾是指一邊向帶有不溶于水的油類(lèi)(lèi)等物質(zhì)(zhì)的工件上吹水蒸氣，一邊加熱，是把油分等揮發(fā)(fā)成分和水一齊蒸餾出的方法。應用該法時(shí)(shí)，油等揮發(fā)(fā)成分的蒸氣隨水蒸氣同時(shí)(shí)發(fā)(fā)生，所以油分的沸點(diǎn)(diǎn)被降低。這就是用共沸的方法使油分和填加劑形成低沸點(diǎn)(diǎn)物質(zhì)(zhì)，使在回火溫度以下的較低溫度的洗凈成為可能。所謂真空蒸餾是因為，在常壓下進(jìn)(jìn)行水蒸氣蒸餾時(shí)(shí)，油分的蒸汽壓很低，伴隨水蒸氣而揮發(fā)(fā)的油分量很少。如果在真空狀態(tài)(tài)下進(jìn)(jìn)行蒸氣蒸餾，油分的沸點(diǎn)(diǎn)會(huì )(huì )被進(jìn)(jìn)一步降低。同時(shí)(shí)利用水蒸氣蒸餾和真空蒸餾，就可將高沸點(diǎn)(diǎn)熱處理淬火油在回火溫度下被清洗并干燥了。這種方法適合在大、中型企業(yè)(yè)和大批量生產(chǎn)(chǎn)的流水線(xiàn)(xiàn)上使用，效率比較高。缺點(diǎn)(diǎn)是清洗液的回收和處理及循環(huán)(huán)使用的成本高。真空油系清洗干燥技術(shù)(shù)，是指用蒸汽壓比較高的輕質(zhì)(zhì)溶劑油去溶解和洗凈工件上附著(zhù)(zhù)的蒸汽壓化較低的切削油、沖壓油、淬火油;然后再加熱減壓將溶劑油蒸發(fā)(fā)分離，從而達到洗凈的目的。選擇藥溶劑油燃點(diǎn)(diǎn)應盡量高，粘度要低，對被清洗工件上附著(zhù)(zhù)的油脂有較強的溶解能力;對工件無(wú)(wú)腐蝕，且成本較低。我國國家標準中介紹的190號和20O號溶劑油可作為選擇時(shí)(shí)的參考。上一篇：10F的熱處理工藝