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模具钢真空热处理到底是好还是坏?
2019-09-20 09:23:58
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衢州不锈钢产品固溶技术

  模具钢真空热处理到底是好还是坏?


  在真空气氛下的热处理过程中,工件以及模具钢料不一定全部是有益的,下面德松模具钢的小编来与大家分享一下真空热处理的具体的好处和不好之处。


  真空可以指压力小于正常一个大气压(负压)的任何气态空间,当金属的热处理过程是置于真空中进行时,就称为真空热处理,真空热处理几乎可实现全部热处理工艺,如淬火、退火、回火、渗碳、渗铬等;在淬火工艺中可实现气淬、油淬、硝盐淬火、水淬、脱气等,在通入适当介质后,也可以用于化学热处理。


  真空状态下负压的程度称为真空度,真空度最常用的单位是Pa和托(Torr,1Torr=133.3Pa)。气压越低,真空度超高;气压越高,真空度越低。根据真空度的大小,真空通常被分为低真空、中真空、高真空和超高真空四级。另外,真空度还常用真空状态内水蒸气的露点表示。真空炉中的气体包括残留空气、炉体及工件内释放的气体;润滑油蒸发气体和外界渗入气体等,非常复杂,必须要用真空泵不停排气以保证达到所需要的真空度。


  真空热处理方法所得到的模具钢材表面可以获得一般热处理所没有的特殊效果,较传统热处理有更高的优越性,但是在真空气氛的热处理过程中,工件以及模具钢料不一定全部是有益的,下面德松模具钢的小编来与大家分享一下真空热处理的具体的好处和不好之处。


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  真空热处理对模具钢料和工件的好处:


  ①脱脂

  工件在热处理之前,由于钢料加工或压力成型,往往在表面粘有油污。粘附在金属表面的油脂、润滑剂等蒸气压较高,在真空加热时,自行发挥或分解成水,氢气和一氧化碳等气体,并被真空泵抽走,与不同金属表面产生化学反应,得到无氧化、无腐蚀的非常光洁的表面。不过,生产中工作一般仍要进行预先脱脂处理,以减轻油污对于真空系统的污染。


  ②除气

  金属在熔炼时,液态金属要吸收H2、O2、N2、CO等气体,由于冷却速度确认太快,这些气体留在固体金属中,生成气孔及白点等各种冶金缺陷,使材料的电阻、磁导率、硬度、强度、塑性、韧性等性能受到影响,根据气体在金属中溶解度,与周围环境的分压平方根成正比的关系,分压越小即真空度越高,越可减少气体在金属中的溶解度,释放出来的气体被真空泵抽走。


  ③分解氧化物

  金属表面的氧化膜、锈蚀、氧化物、氢化物在真空加热时被还原、分解或挥发而消失,使金属表面光洁。钢件真空度达0.133~13.3Pa即可达到表面净化效果。金属表面净化后,活性增强,有利于C、N、B等原子吸收,使得化学热处理速度增快且成分均匀。当真空度足够,氧的分压低于氧化物分解压力时,可以使表面已经形成的氧化物发生分解而被去除,获得光亮的表面。


  ④表面保护

  真空热处理实质上是在极稀薄的气氛中进行,炉内残存的微量气体不足以被处理的金属材料产生氧化脱碳、增碳等作用。使金属材料表面的化学成分和原来的光亮度保持不变。


  真空热处理对模具钢材和工件的不利现象:


  ①合金元素的蒸发

  各种金属在不同温度下有不同蒸气压,当真空度提高,时,蒸气压高的金属(Mn、Cr)容易蒸发,损害材料本身化学成分构成并污染其它金属表面,使零件之间或零件与料筐之间黏结,造成电气短路,材质改性等缺陷。

  对于钢来说,真空热处理时最容易蒸发的合金元素是Mn、Cr,而它们又是钢中常用的金属元素。通常零件应先抽成真空,加热至800℃以下;800℃以上应通以惰性气体,将真空度降低20~26.7Pa。


  ②真空加热油淬引起钢件渗碳

  钢经真空加热油淬后会引起渗碳。如:30CrMrSiN2A钢在真空度为10-2×1333.3Pa、加热温度为900℃情况下油淬就可发现有渗碳现象,这是由于在高温真空加热时对表面的净化作用使得材料表面处于活性状态,当炽热的工件与淬火油接触时,在油蒸气的包围下引起渗碳过程。一般来说,这种钢件渗碳对于材料表面性能是有害的。减轻真空油淬渗碳可采用推迟工件进入油中的时间;淬火开始阶段使油上方保持低压状态;工件浸入油中前稍稍氧化等。


  ③注意事项(保时热处理):

  由于热处理属于高耗能加工类型,用电量巨大,目前行业竞争激烈,很多企业为了吸引客户,故意将价格调至极低,便于吸引客户程,然后在热处理加工时长上进行偷工减料,这样对模具钢料的危害性很大,会给模具和工件带来无法弥补的损失。


  钢真空热处理与传统热处理比较


  真空热处理即真空技术与热处理两个专业相结合的综合技术,是指热处理工艺的全部和部分是在真空状态下进行的。真空热处理几乎可实现全部热处理工艺,如淬火、退火、回火、渗碳、渗铬、氮化,在淬火工艺中可实现气淬、油淬、硝盐淬火、水淬等,它与普通热处理相比较具有以下优点。


  1、不氧化、不脱碳、不增碳对工件内部和表面有良好的保护作用


  氧化使金属表面失去金属光泽,表面粗糙度增加,精度下降,并且钢表面氧化皮往往是造成淬火软点和淬火开裂的根源,氧化使钢件强度降低,其他力学性能下降。而脱碳(见图1)是指钢在加热时表面碳含量降低的现象。

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  一般情况下,钢的氧化脱碳同时进行,脱碳层由于被氧化,碳含量降低会明显降低钢的淬火硬度、耐磨性、及疲劳性能,高速钢脱碳会降低红硬性(如图2)。而真空热处理由于金属是在一定的真空度下加热,工件避免了与氧气接触,工件没有氧化,无脱碳,可以得到光亮的表面及较好的热处理质量,同时在真空状态下,也不会发生还原反应,也就不会发生增碳现象。从下面工件表面添加保护剂后与真空淬火时的金相图比较,可较明显看到真空热处理的优势所在。如图3、图4所示:

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  图340Cr渗碳后淬火、回火处理,马氏体3级,残余奥氏体2级,少量颗粒状碳化物1级,表层及次表层马氏体组织粗细有别。


  图440Cr真空淬火组织为中碳马氏体以及少量黑色条状回火马氏体。加热均匀,表面无氧化脱碳。


  2、提高整体机械性能、脱气和促进金属表面的净化作用


  真空对液态金属有明显的除气效果,对固态金属中溶解的气体也有很好的排除作用。金属中最有害的气体是氢。采用真空加热时,可使金属和合金中的氢迅速降至最低程度,消除氢脆,从而提高材料的塑性、韧性和疲劳强度,提高了工件的整体机械性能。金属和合金在真空中加热时,如果真空度低于相应氧化物的分解压力,这种氧化物就会发生分解,形成的游离氧立即被排出真空室,使金属表面质量,进一步改善,甚至使表面达到活化状态,起到净化作用。


  3、工件变形小


  一般来说,被处理的工件在炉内靠热辐射加热,内外温差较小,热应力小,因而决定了真空热处理工艺处理的零件变形小,同时在真空下加热和在真空下淬火,自动完成,避免了热态下工件在空气中的搬运(盐浴处理及气氛保护处理虽在绝氧的环境里加热,但仍在空气或含有氧分子的淬火介质中完成淬火),减少了人为加工变形。如Cr12MoV材质的滚丝轮,分别真空热处理和盐浴处理,真空热处理比盐浴处理变形量小70%,产品合格率高。


  4、可减少工件含金元素挥发性


  真空热处理能在可控气氛下加热和真空淬火,从而减少了工件含金元素挥发性,保证了工件的热处理质量。


  5、其他


  真空热处理炉热效率高,可实现快速升温和降温;稳定性和重复性好。工作环境好,操作安全,没有污染和公害。


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