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你知道什么是真空热处理加工技术吗?
2019-10-10 09:23:53
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  你知道什么是真空热处理加工技术吗?


  真空热处理加工技术主要指的是真空技术与热处理技术相结合的新型热处理技术,其中,真空热处理所处的真空环境指的是低于一个大气压的气氛环境,包括低真空、中等真空、高真空和超高真空等,所以,真空热处理实际也属于气氛控制热处理。


  真空热处理加工是指热处理工艺的全部和部分在真空状态下进行的,真空热处理加工可以实现几乎所有的常规热处理所能涉及的热处理工艺,但热处理质量大大提高。与常规热处理相比,真空热处理加工技术可同时实现无氧化、无脱碳、无渗碳,可去掉工件表面的磷屑,并有脱脂除气等作用,从而达到表面光亮净化的效果。


  1.真空热处理加工技术的应用


  其实,真空热处理加工技术在国外应用的较早,美国的海斯公司和日本真空研究所在1968年,先后研制出真空淬火油和水剂淬火介质,从而,真空淬火技术在热处理行业得到迅速发展,从单室炉发展到了多组合机群,从一般的真空淬火发展到高压气淬、真空水剂淬火、真空渗碳、真空碳氮共渗及多元共渗等。


  而我国在经过几十年的努力,真空炉制造厂商在设计、制造水平和质量上得到了很大的提高,用国产真空设备替代从国外进口的真空设备逐渐增多,从而降低了使用单位的生产成本,使真空热处理的应用范围迅速扩大。


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  2.真空热处理加工技术的工艺原理


  利用金属在真空状态下的变相特点,在与大气压只差0.1MPa范围内的真空下,固态相变热力学、动力学不产生什么变化。在制订真空热处理工艺规程时,完全可以依据在常压下固态相变的原理,完全可以参考常压下各种类型组织转变的数据。同时,在真空脱气作用下,可以提高金属材料的物理性能和力学性能,在真空状态下加热,金属工件表面元素会发生蒸发现象。金属实现无氧化加热所需的真空度,表面净化作用,实现少无氧化和少无脱。


  3.真空热处理加工技术的特点


  (1)真空热处理加工的优越性

  真空热处理加工是和可控气氛并驾齐驱的应用面很广的无氧化热处理技术,也是当前热处理生产技术先进程度的主要标志之一。真空热处理不仅可以实现钢件的无氧化、无脱碳,而且还可以实现生产的无污染和工件的少畸变,因而,它还属于清洁和精密生产技术范畴。目前,它已成为工模具生产中不可替代的先进技术。


  (2)真空热处理加工工艺工件畸变小

  据国内外经验,工件真空热处理的畸变量仅为盐浴加热淬火的三分之一。研究各种材料、不同复杂程度零件的真空加热方式和各种冷却条件下的畸变规律,并用计算机加以模拟,对于推广真空热处理技术具有重要意义。真空加热、常压或高压气冷淬火时,气流均匀性对零件淬硬效果和质量分散度有很大影响。采用计算机模拟手段研究炉中气流循环规律,对于改进炉子结构具有重要意义。


  (3)采用真空热处理炉

  现代真空热处理炉,是指可施行元件的真空加热,然后在油中淬火或在常压和加压气体中淬火的冷壁式炉子。研究开发这种类型的设备是一项综合性强、跨学科、牵涉到很多科技领域的工作。


  工模具材料真空热处理加工的应用前景很大。大多数工模具钢目前都采取在真空中加热,然后在气体中冷却淬火的方式。为了使工件表面和内部都获得满意的力学性能,必须采用真空高压气淬技术。目前,国际上真空气淬的气压已从0.2MPa、0.6MPa提高到1-2MPa甚至3MPa,所以,真空高压气淬炉的冷却气体压力的逐步提高是一个重要的发展趋势。


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  真空热处理加工有哪些的优点呢?


  真空热处理加工是将金属工件在1个大气压以下(即负压下)加热的金属热处理工艺。真空热处理具有以下的优点: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、氮化,在淬火工艺中可实现气淬、油淬、硝盐淬火、水淬等,还可以进行真空钎焊、烧结、表面处理等。


  真空热处理炉热效率高,可实现快速升温和降温,可实现无氧化、无脱碳、无渗碳,可去掉工件表面的磷屑,并有脱脂除气等作用,从而达到表面光亮净化的效果,使模具变得相对光亮。


  一般来说,被处理的工件在炉内加热缓慢,内热温差较小,热应力小,因而变形小,产品合格率高,并且工件真空热处理后的硬度是普通热处理的3-5倍。对于一些价值很高的精密工件,比如大型精密模具特别重要,真空热处理大大提高了其使用寿命,结果原本企业一年使用10个精密模具,现在只需要使用2-3个精密模具。企业大大节约了生产成本,提高了经济效益。


  被处理的工件没有氢脆危险,对钛材和难熔金属壳防止表面氢脆,真空热处理工艺的稳定性和重复性好。相比普通热处理的工作环境,真空热处理的工作环境较好,操作安全,并且真空热处理技术没有污染和公害,是国际上公认的“绿色热处理”。

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  真空热处理加工技术依靠真空热处理炉来实现,真空热处理炉的特点如下:


  1、水冷装置,真空热处理炉的炉壳、炉盖、电热元件导别处置(水冷电极)、中间真空隔热门等部件,均在真空、受热状态下工作。在这种极为不利的条件下工作,必须保证各部件的结构不变形、不损坏,真空密封圈不过热、不烧毁。因此,各部件应该根据不同的情况设置水冷装置,以保证真空热处理炉能够正常运行并有足够的使用寿命。


  2、采用低电压大电流:在真空容器内,当真空空度为几托一lxlo-1托的范围内时,真空容器内的通电导体在较高的电压下,会产生辉光放电现象。在真空热处理炉内,严重的会产生弧光放电,烧毁电热元件、隔热层等,造成重大事故和损失。因此,真空热处理炉的电热元件的工作电压,一般都不超过80—100伏。同时在电热元件结构设计时要采取有效措施,如尽量避免有高端的部件,电极间的间距不能太小窄,以防止辉光放电或者弧光放电的发生。


  3、大部分加热与隔热材料只能在真空状态下使用:真空热处理炉的加热与隔热衬料是在真空与高温下工作的,因而对这些材料提出了耐高温,蒸汽压低,辐射效果好,导热系数小等要求。对抗氧化性能要求不高。所以,真空热处理炉广泛采用了钽、钨、钼和石墨等作加热与隔热构料。这些材料在大气状态下极易氧化,因此,常规热处理炉不能采用这些加热与隔热材料。


  4、严格的真空密封:金属零件进行真空热处理均在密闭的真空炉内进行,因此,获得和维持炉子原定的漏气率,保证真空炉的工作真空度,对确保零件真空热处理的质量有着非常重要的意义。所以真空热处理炉的一个关键问题,就是要有可靠的真空密封结构。为了保证真空炉的真空性能,在热处理真空炉结构设计中必须道循一个基本原则,就是炉体要采用气密焊接,同时在炉体上尽量少开或者不开孔,少采用或者避免采用动密封结构,以尽量减少真空泄漏的机会。安装在真空炉体上的部件、附件等如水冷电极、热电偶导出装置也都必须设计密封结构。


  5、自动化程度高:热处理真空炉的自动化程度之所以较高,是因为金属工件的加热、冷却等操作,需要十几个甚至几十个动作来完成。这些动作内在真空热处理炉内进行,操作人员无法接近。同时,有些动作如加热保温结束后,金属工件进行淬火工序须六个动作并且要在15秒钟以内完成。在这样迅速的条件来完成许多动作,是很容易造成操作人员的紧张而构成误操作。因此,只有较高的自动化才能准确、及时按程序协调动。


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