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真空熱處理制定原則
標簽: 熱處理
2018-08-01  閱讀

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真空熱處理設備始于20世紀20年代,但是其真正發展還是從20世紀六七十年代開始的,主要是因當時市場的需求及石墨技術的研究發展。

真空熱處理的工作環境其實是指低于一個標準大氣壓 (1.013×105Pa),包括低真空(105~102Pa)、中真空(102~10-1Pa)、高真空(10-1~10-5Pa)、超高真空(<10-5Pa)。

真空熱處理相對來說也是可控氣氛熱處理,只是其工作環境空氣極其稀薄,工件在真空狀態加熱可以避免常規普通熱處理的氧化、脫碳,避免氫脆,變形量相對較小,提高材料零部件的綜合力學性能。經真空熱處理后的部件壽命通常是普通熱處理的壽命的幾 十倍,甚至幾百倍。

制定真空熱處理工藝的主要內容是:確定加熱 制度(溫度、時間及方式)決定真空度和氣壓調節, 選擇冷卻方式和介質等。

1、加熱溫度

真空加熱有兩大特點,一是在極稀薄的氣氛中加熱,避免了在空氣中加熱產生的氧化、脫碳、侵蝕等現象;另一特點是真空狀態下的傳熱是單一輻射傳熱,其傳熱能力E與絕對溫度T的四次方成正比,。由此可知,在真空狀態下、尤其在低溫階段,升溫緩慢,從而使工件表面與心部之間的溫差減小熱應力小,工件變形也小。加熱溫度的選取對工件質量至關重要,在制定工藝時,根據工件的技術要求、服役條件和性能要求, 找出z*佳的加熱溫度,在不影響性能且考慮減小變形的情況下,盡量選用下限溫度。

2、保溫時間

保溫時間的長短,取決于工件的尺寸形狀及裝爐量的多少。一般資料中介紹的傳統加熱保溫時 T按下式確定:

T1=30+(1.5-2)D T2=30+(1.0-1.5)D
T3=20+(0.25-0.5)D

式中:D為工件有效厚度(mm);

T1為第一次預熱時間(min);

T2為第二次預熱時間(min);

T3為z*終保溫時間(min)。

實際上,在一爐中往往同時裝有若干形狀尺寸不同的工件,這就需要進行綜合考慮。我們按照工件的大小、形狀、擺放方式及裝爐量,確定保溫時間,同時還考慮到,真空加熱主要是靠高溫輻射,低溫加熱時(600℃以下)工件溫升非常緩慢此時在工件無特殊變形要求時,應使第一次預熱和第二次預熱的時間盡量縮短,并提高預熱溫度,因為低溫保溫時間再長,升溫后工件心部要達到表面溫度還是需要一定時間。根據真空加熱原理提高預熱溫度,可減少 工件內外溫差,使預熱時間縮短,而z*終的保溫時間應該適當延長,使得鋼中的碳化物充分溶解。這樣,既保證了質量,也提高了工作效率。保溫時間的長短還與下列因素有關:

①裝爐量:工件尺寸相同時裝爐量大,則透燒的時間應延長;反之,則應縮短。

②工件擺放形式:由于真空爐是輻射加熱,一般說來,如果工件形狀相同,應盡量使工件擺放整齊,避免遮擋熱輻射,并留出一定的擺放空隙(<D),以保證工件能夠受到z*大的熱輻射;對不同工件同裝一爐,除按z*大工件計算保溫時間外,還要增加透燒時間。當擺放空隙<D時,所得的經驗公式為

T1=T2=T3=0.4G+D

式中G為裝爐量(kg),其余各符號的意義同前。

另外,對于小工件(有效厚度D≤20mm),或是工件之間的擺放空隙≥D,保溫時間可以減少:

T1=T2=0.1G+D T3=0.3G+D

對于大工件(有效厚度D≥100mm),z*后的保溫時間可以減少 T1=T2=T3=0.4G+0.6D

③加熱溫度:加熱溫度高,可縮短保溫時間。

3、冷卻時間

①預冷:對于高溫淬火的中小零件,還注意到由熱室進入冷室后,在淬火前是否進行預冷,將影響淬火變形。其規律是:由熱室進入冷室后,直接進行油冷或氣冷,將導致尺寸變化;如果進行適當的預冷,則可保持熱處理前的尺寸不變;但若預冷時間過長,將會導致工件尺寸脹大。一般的規律是,對于有效厚度為20~60mm的工件,預冷時間為0.5~3min 。據分析,這是由于當不預冷而直接進行淬火時, 零件中的內應力以熱應力為主,故出現體積收縮,而在經較長時間預冷后再淬火時,零件中的內應力以相變應力為主,從而出現體積膨脹,只有在進行適當時間的預冷后,熱應力和相變應力的作用相平衡,才能達到工件的尺寸不變。

②氣冷:我們所采用的真空爐可通入2bar以下氮氣進行加壓氣淬,冷卻到100℃以下出爐。計算氣冷時間的經驗公式如下: T4=0.2G+0.3D

式中:T4為氣冷時間(min)。

③油冷:淬火油溫度一般控制在60~80℃,工模具的出油溫度通常控制在100~200℃。計算油冷時間的經驗公式如下: T5=0.02G+0.1D

式中:T5為油中冷卻時間(min)。

這時工件出爐溫度一般可在150℃左右。

4、結論

①考慮到裝爐量及擺放空隙<D時,
保溫時間按T1=T2=T3=0.4G+D 確定;

②對于小工件(有效厚度D≤20mm,且擺放空隙≥D)時,
保溫時間按T1=T2=0.1G+D   T3=0.3G+D 確定;

③對于大工件(有效厚度D≥100mm)時,
保溫時間按T1=T2=T3=0.4G+0.6D確定;

④空冷時間按T4=0.2G+0.3D確定;

⑤油冷時間按T5=0.02G+0.1D確定。