真空热处理

 
 
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  金属材料在热壁式真空炉中施行无氧化退火已有近百年历史(图1.3-18)。在有水冷夹层炉壳的冷壁式真空炉(见图1. 3-19)中进行无氧退火、淬火、回火、钎焊、烧结等处理只有将近40年的历史。把炉子抽空到0.I Pa的真空度,即可实现大多数金属的无氧化加热。为了提高金属在炉中的加热速度,往往在抽真空后再往其中通入约0.8×105Pa的惰性或中性气体,实现真空炉中的对流加热。从这一层意义上真空和气氛加热有一定的共同之处。近代发展最快的是各种真空热处理设备。当前真空热处理设备有单室、双室、三室、多室、油淬、气淬、油气淬两用、高压气淬、低压渗碳高压气淬炉、多室低压渗碳和高压气淬半连续式生产线,类似气体渗碳多用炉生产线的低压渗碳、高压气淬、回火的柔性生产线等。  
 
图1.3-18
 
 
图1.3-19
 
  当前,真空热处理的发展趋势概括起来有以下几个方面:对流加热、低压渗碳、低压、离子渗碳和高压气淬。  
  1)对流加热:在真空条件下加热工件,主要依靠辐射。由于辐射传热与温度的4次方成比例,所以在850℃以下的辐射效果不良,工件加热速度很慢。其次,因为金属材料中的某些台金元素(如Cr,Mn)在低压下加热有蒸发损失现象,形成材料表面合金成分的贫乏,以致影响其淬火后的表面层性能。图1.3-20所示为DIN55 NiCrMoV6钢凹模在真空和对流条件下加热的比较。图1 .3-21所示为真空对流加热和气冷淬火炉示意图。  
 
图1.3-20
图1.3-21全石墨发热体单童真空对流 加热和气冷淬火炉结构示意图
 
  2)低压渗碳:低压(真空)渗碳速度快,工件表面质量高,易实现1 000℃以上的高温渗碳,进一步提高渗速。当前低压渗碳设备从单室、双室、三室炉发展为半连续式生产线,满足了大批量生产的要求(图1. 3-22),有希望在汽车工业中推广。甲烷在低压下很难裂解,乙烷、丙烷、丙烯等裂解也不完全。低压渗碳时,在工件和发热体间,施高压电场可进行离子渗碳。低压离子渗碳可使甲烷、丙烷最大程度裂解,强化气一固相界面的化学物理反应,从而在不提高温度条件下,明显缩短渗碳周期。近几年出现的乙炔(C2H2)渗碳技术可实现不通孔渗碳,试棒渗碳淬火后,在?3×90 mm不通孔内获得几乎一致的表面高硬度(图1 .3-23)。
 
 
图1.3-22
 
 
图1.3-23
 
  3)真空加热高压气淬: 高速钢和高碳高铬工模具钢真空加热在油中淬火刃部易产生脆的白亮层,在截面大、冷却慢部位甚至会出现局部熔化,而在高压气淬时可以淬硬,但不会变脆,而且如前所述,工件畸变也小:当前工模具的热处理有用真空完全取代盐浴的趋势。采用气冷淬火, 可免去中间清洗,二可免去油烟和污染,还有节能降耗效果。在批量生产条件下,汽车零件在低压渗碳或低压离子渗碳后于1-2 MPa的He气中淬火,可达到油淬的硬度要求。
 
     
   
     
 
 
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