真空熱處理工藝制定原則
來源：成都新德南光機械設(shè)備有限公司 | 發(fā)布時間：2018-09-14 |
真空熱處理設(shè)備始于20世紀20年代,但是其真正發(fā)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(shù)的研究發(fā)展。
真空熱處理的工作環(huán)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(huán)境空氣極其稀薄，工件在真空狀態(tài)加熱可以避免常規(guī)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(jīng)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(nèi)容是:確定加熱 制度(溫度、時間及方式)決定真空度和氣壓調(diào)節(jié), 選擇冷卻方式和介質(zhì)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(chǎn)生的氧化、脫碳、侵蝕等現(xiàn)象；另一特點是真空狀態(tài)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, 即E=C（T/100）4。
由此可知，在真空狀態(tài)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(yīng)力小,工件變形也小。加熱溫度的選取對工件質(zhì)量至關(guān)重要，在制定工藝時,根據(jù)工件的技術(shù)要求、服役條件和性能要求，找出最佳的加熱溫度，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(tǒng)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(yù)熱時間(min);
T2為第二次預(yù)熱時間(min);
T3為最終保溫時間(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(yīng)使第一次預(yù)熱和第二次預(yù)熱的時間盡量縮短，并提高預(yù)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(jù)真空加熱原理提高預(yù)熱溫度，可減少 工件內(nèi)外溫差，使預(yù)熱時間縮短，而最終的保溫時間應(yīng)該適當延長，使得鋼中的碳化物充分溶解。這樣，既保證了質(zhì)量，也提高了工作效率。保溫時間的長短還與下列因素有關(guān):
①裝爐量：工件尺寸相同時裝爐量大,則透燒的時間應(yīng)延長；反之，則應(yīng)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(yīng)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最大的熱輻射；對不同工件同裝一爐，除按最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(jīng)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）
最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(yù)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(yù)冷，將影響淬火變形。其規(guī)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?shù)念A(yù)冷，則可保持熱處理前的尺寸不變；但若預(yù)冷時間過長，將會導致工件尺寸脹大。一般的規(guī)律是，對于有效厚度為20~60mm的工件，預(yù)冷時間為0.5~3min 。
據(jù)分析，這是由于當不預(yù)冷而直接進行淬火時， 零件中的內(nèi)應(yīng)力以熱應(yīng)力為主，故出現(xiàn)體積收縮，而在經(jīng)較長時間預(yù)冷后再淬火時，零件中的內(nèi)應(yīng)力以相變應(yīng)力為主，從而出現(xiàn)體積膨脹，只有在進行適當時間的預(yù)冷后，熱應(yīng)力和相變應(yīng)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(jīng)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(jīng)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(jié)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。 來源：康沃真空網(wǎng)
