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真空热处理技术的优势及工艺参数
2019-09-21 13:24:52
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  真空热处理技术的优势及工艺参数


  真空热处理技术的广泛应用一方面提高了零件产品的性能,另一方面也促进了其本身工艺水平和处理设备的快速进步,当前相关关键技术的不断突破,工艺的日渐完善,生产过程的自动化和智能化程度不断提高,都促使了相关技术和新产品的蓬勃发展。


  我国在相关装置及设备领域的发展也十分迅速,并且逐渐摆脱了对国外进口设备的依赖,目前已经可以提供包括真空高压气淬炉、真空油淬炉、真空退火、真空烧结炉,等在内的满足各类处理需求的全套处理设备。


  随着相关技术的不断进步,不仅真空热处理设备取得了较大的发展,与其相关的配套设施也取得了长足的进步。目前我国已经能够生产各个种类的真空泵、真空阀、真空测量仪器等,甚至一些以前无法实现自主生产的配套产品也实现了自产(如炉内使用的由金属和石墨材质制成的保温层和发热元件等),并且其性能和质量已经接近或已达到了国外同类产品的水平。相关配套产业的快速发展有效地促进了我国真空热处理水平的整体进步。


  虽然国外在真空热处理技术及其相关设备上起步较早,并且进口的真空热处理炉在性能上也保持着相对优势,但这并不能说明进口设备在使用性上就强过国产设备。我国有自己独特的国情和特殊的客户需求,随着国产真空热处理炉在很多关键技术上取得突破,一些专门针对我国国情和特殊客户需求而开发的真空热处理设备更有效地促进了相关应用领域的发展。


  例如针对单室真空高压气淬炉国产炉胆材料抗热冲击和抗冷、热反复交替能力不足的缺陷,依据我国实际情况专门开发出了真空双室高压气淬炉,这不仅大幅提高了真空气淬的效能,而且还有效地节约了能源,并且极大地延长了设备装置的使用年限。


  真空热处理技术的优势


  真空热处理技术已经在各种工模具钢、不锈钢、轴承钢、碳钢、硬质合金、合金钢及高合金钢等重要零件的真空热处理和真空化学热处理上得到了较好的应用,因为真空热处理具有很多优点:


  1、可以实现光亮淬火


  工件在低于大气压力下加热,不接触空气,表面不会发生氧化,当炉内的真空度抽到1~10-1Pa时,工件表面达到了不脱碳、不渗碳的目的,从而实现了光亮淬火的目的。


  1983年衡阳纺机厂从首都机械厂(现在的神箭)购买了一台双室真空淬火炉,用于GCr15轴承钢做的纺机零件锭底的光亮淬火,该锭底的技术要求非常高,其锭底的内部顶尖处,冷冲压R后不再进行任何机加工,淬火后表面不允许有任何脱碳等缺陷。用真空炉淬火后质量得到了很好的保证,操作条件得到了极大的改进。


  另外,在精密的小微型(轴承内径﹤9mm)轴承上应用也较多,采用不锈钢和轴承钢等材质制作的轴承套圈进行真空淬火后的质量非常好,因为套圈经真空淬火后表面没有脱碳、渗碳现象,套圈的材质又可以进行脱气,其杂质可以降低到1.5ppm以下,使硬度分布均匀,畸变极小,从而提高了轴承的耐磨性,并具有高的弹性极限和接触疲劳强度,延长了轴承的使用寿命,提高了市场竞争力。


  2、具有脱气作用


  在真空度低于金属或合金的相应分解压力时,其氧化物会发生分解,形成游离氧并立即被排出真空室外,使工件内部的质量得到提高。


  由于钢铁零件的坯料在冶炼时会吸入大气中极少量的氢气、氮气、一氧化碳等气体,从而产生微小气孔,易造成氢脆等缺陷,硬质合金。在压制时也会有空气进入,所以对于工模具钢来说,通过真空技术可以将工件内部的残余气体抽掉,使组织得到纯净。对于硬质合金来说,通过真空处理同样可以将工件内部的残余气体抽掉。


  真空炉在中小型企业及专业工模具工厂使用得比较普遍,特别是私营企业在刀具、工模具及电动工具等工件的淬火上采用真空炉的比率也在逐渐增多。


  3、可以减少热处理后的机加工余量


  真空热处理因为没有氧化脱碳现象,畸变很少且清洁光亮,所以广泛用于油泵油嘴偶件的真空淬火和真空渗碳,这样可以避免用盐浴炉造成偶件内孔有时因残盐清冼不干净或用保护气氛造成表面出现黑色组织(脱碳)现象。


  4、清洁工艺


  真空热处理是清洁热处理工艺,它在整个热处理过程中占有重要地位,可以提高产品质量,改变热处理车间的面貌,改善操作环境,是一个值得推广应用的技术。


  5、真空渗碳的优势


  真空渗碳比可控气氛炉渗碳的产品质量好,对于要控制淬火变形的齿轮渗碳,在用可控气氛炉渗碳后需要用淬火压床进行边淬火边矫正,其质量有时还达不到技术要求,况且渗碳层的渗层和碳浓度分布均匀性较难得到保证,经常会出现内氧化现象,造成非马氏体黑色组织的出现,生产率有时也会受到影响,所以对于质量要求较高的摩托车、汽车减速器、汽车发动机等部件内的中小型齿轮及齿轮轴等工件的渗碳。


  在有条件的企业中已经逐渐从可控气氛渗碳向真空渗碳过渡。对于质量要求更高的齿轮及齿轮轴等工件的渗碳,可用低压真空渗碳与高压气淬技术,它在国内已逐渐得到应用。


  真空热处理工艺参数


  1、真空度


  真空度直接影响到模具表面的粗糙度,从而影响表面质量性能,为防止模具表面合金元素的挥发,应选择合理的真空度,合金钢模具真空加热时真空度与加热温度的对应关系见下表。

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  2、预热温度


  当真空热处理的加热温度为1000~1100℃时,在800~850℃进行一次预热;当加热温度超过1200℃时,形状简单的模具可在850℃进行一次预热,较大或复杂的模具则应在500~600℃和800~850℃进行两次预热。


  3、保温


  ①加热温度。真空淬火的加热温度一般取盐浴炉和空气炉的下限。真空回火、真空退火、真空固溶处理及真空时效的加热温度一般与常规热处理时的加热温度相同。


  ②保温时间。通常情况下真空加热时间为盐浴炉的6倍,空气炉的2倍,经验公式为τ=KB+T,其中,τ为加热保温时间(min),K为保温时间系数(min/mm),B为模具的有效厚度(mm),T为时间裕量或称固定时间(min)。K值与T值可从下表查出。

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