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
?
真空熱處理工藝是真空技術(shù)(shù)與熱處理技術(shù)(shù)相結(jié)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(xiàn)幾乎所有的常規(guī)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(guī)熱處理相比，真空熱處理的同時(shí)(shí)，可實(shí)(shí)現(xiàn)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(dá)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(dāng)前真空高壓氣冷淬火技術(shù)(shù)發(fā)(fā)展較快，相繼出現(xiàn)了負(fù)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(jié)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(jié)，釬焊后的冷卻和淬火?！ ∮?×105Pa高壓氮?dú)饫鋮s淬火時(shí)(shí)、被冷卻的負(fù)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(dá)25～100mm，高合金冷作模具鋼(如Cr12)可達(dá)80～100mm?！ ∮?0×105Pa高壓氮?dú)饫鋮s淬火時(shí)(shí)，被冷卻負(fù)載可以是密集型的，比6×105Pa冷卻時(shí)(shí)負(fù)載密度提高約30%～4O%?！ ∮?0×105Pa超高壓氮?dú)饣蚝夂偷獨(dú)獾幕旌蠚饫鋮s淬火時(shí)(shí)，被冷卻負(fù)載是密集的并可捆綁在一起。其密度較6×105Pa氮?dú)饫鋮s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)型的單室爐。2×105Pa氮?dú)饫鋮s的雙室爐的冷卻效果和4×105Pa的單室爐相當(dāng)。但運(yùn)行成本、維修成本低。由于我國(guó)基礎(chǔ)材料工業(yè)(yè)(石墨、鉬材等)和配套元器件(電動(dòng)(dòng)機(jī))等水平有待提高。所以在提高6×105Pa單室高壓真空護(hù)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(guó)的國(guó)情?！ ?真空高壓氣冷等溫淬火 形狀復(fù)雜的較大工件從高溫連續(xù)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(duì)流加熱功能的單室高壓氣冷淬火爐中對(duì)兩組φ320mm×120mm兩塊疊裝的碳素結(jié)構(gòu)鋼用不同冷卻方式淬火后的對(duì)化結(jié)果。圖中一組曲線(xiàn)是在102O℃加熱后，在6×105Pa壓力下連續(xù)用高純氮?dú)饫鋮s(風(fēng)(fēng)向是上、下相互交替，40s切換一次)的結(jié)果。另一組是對(duì)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)的對(duì)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(dá)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(duì)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(kuò)散而實(shí)(shí)現(xiàn)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(yīng)生成核化物實(shí)(shí)現(xiàn)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(fù)合氣體，并對(duì)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(nèi)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)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(fù)合氣體被送入，使表面層相結(jié)構(gòu)的調(diào)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)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(dá)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(shì)。Cr13%時(shí)(shí)，硬度可達(dá)到1200HV;含Cr18%(質(zhì)(zhì)量分?jǐn)?shù)，余同)時(shí)(shí)，硬度可達(dá)1500HV;含Cr25%時(shí)(shí)，硬度可達(dá)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(duì)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(bǔ)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(duì)送入爐內(nèi)的含活化物質(zhì)(zhì)的復(fù)合氣體的種類(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(kuò)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(fù)合氣體在短時(shí)(shí)間內(nèi)向鋼中擴(kuò)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(duì)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(kuò)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(jī)械零件的服役條件和對(duì)性能的要求不一，在進(jìn)(jìn)行表面熱處理時(shí)(shí)，必需調(diào)整表面層的組織和性能。真空滲氮除應(yīng)用于工模具外，對(duì)提高精密齒輪和要求耐磨耐蝕的機(jī)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)熱處理，清洗干燥的任務(wù)(wù)更繁重、難度也更大。國(guó)際上使用效果最佳的清洗劑是鹵素系清洗劑。發(fā)(fā)達(dá)國(guó)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?qū)倨茐拇髿獬粞鯇游镔|(zhì)(zhì)，已被禁止使用。其他鹵素系物質(zhì)(zhì)也因?qū)ι鷳B(tài)(tài)環(huán)(huán)境、人、畜有害而被限制使用。所以各國(guó)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)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(yīng)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?yàn)?，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)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)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(dá)到洗凈的目的。選擇藥溶劑油燃點(diǎn)(diǎn)應(yīng)盡量高，粘度要低，對(duì)被清洗工件上附著(zhù)的油脂有較強(qiáng)的溶解能力;對(duì)工件無(wú)(wú)腐蝕，且成本較低。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中介紹的190號(hào)和20O號(hào)溶劑油可作為選擇時(shí)(shí)的參考。上一篇：10F的熱處理工藝