真空热处理设备始于20世纪20年代,但其真正的发展始于20世纪60年代和70年代,主要是由于当时的市场需求和石墨技术的研发。
真空热处理的工作环境实际上是指低于标准大气压(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)。真空热处理也是一种相对可控的大气热处理,但其工作环境中的空气非常薄。真空加热工件可避免常规普通热处理的氧化和脱碳,避免氢脆性,变形量相对较小,提高材料部件的综合力学性能。真空热处理后的部件寿命通常是普通热处理的几十倍甚至几百倍。真空热处理过程的主要内容是:确定加热 系统(温度、时间和方法),确定真空度和压力调节,选择冷却方法和介质。1、加热温度 真空加热有两个特点,一是在极薄的气氛中加热,避免空气中加热产生的氧化、脱碳和侵蚀;另一个特点是真空状态下的传热是单传热,其传热能力E与绝对温度T四次方成成正比,即E=C(T/100)4。由此可见,在真空状态下,特别是在低温阶段,加热缓慢,使工件表面与心脏之间的温差降低热应力小,工件变形小。加热温度的选择对工件的质量至关重要。在制定工艺时,根据工件的技术要求、服务条件和性能要求,找出最佳加热温度,并尽量选择下限温度,而不影响性能,并考虑减少变形。2、绝缘时间的长度取决于工件的尺寸、形状和装载量。传统的加热和保温时 T T1=30 (1.5-2)D T2=30 (1.0-1.5)D T3=20 (0.25-0.5)D 式中:D工件的有效厚度(mm); T第一次预热(min); T二是第二次预热时间(min); T三是最终保温时间(min)。事实上,一炉中往往同时装有几个不同形状和尺寸的工件,这需要综合考虑。我们根据工件的大小、形状、摆放方式和装载量确定保温时间。同时,我们还认为真空加热主要依靠高温辐射和低温加热(600℃以下)工件温升非常缓慢。此时,当工件没有特殊变形要求时,应尽量缩短第一次预热和第二次预热的时间,并提高预热温度,因为无论低温保温时间有多长,工件心脏在加热后仍需要一段时间才能达到表面温度。
根据真空加热原理提高预热温度,可降低工件内外温差,缩短预热时间,适当延长最终保温时间,使钢中的碳化物完全溶解。这不仅保证了质量,而且提高了工作效率。保温时间的长度也与以下因素有关: ①装炉量:工件尺寸相同时装炉量大,应延长透热时间;相反,应缩短。②工件摆放形式:由于真空炉是辐射加热,一般来说,如果工件形状相同,应尽量使工件摆放整齐,避免阻挡热辐射,并留出一定的放置间隙(<D),确保工件能受到最大的热辐射;除按最大工件计算保温时间外,对不同工件同装一炉,增加透热时间。放置间隙时<D经验公式为: T1=T2=T3=0.4G D 式中G为装炉量(kg) 其他符号具有相同的含义。此外, 对于小工件(有效厚度D≤20mm) 或工件之间的间隙≥D 可减少保温时间: T1=T2=0.1G D T3=0.3G D 大工件(有效厚度)D≥100mm) 最后的保温时间可以减少 T1=T2=T3=0.4G 0.6D ③加热温度:加热温度高,可缩短保温时间。3.冷却时间 ①预冷:对于高温淬火的中小零件,还注意到由热室进入冷室后,在淬火前是否进行预冷,将影响淬火变形。其规律是:由热室进入冷室后,直接进行油冷或气冷,将导致尺寸变化;如果进行适当的预冷,则可保持热处理前的尺寸不变;但若预冷时间过长,将会导致工件尺寸胀大。一般的规律是,对于有效厚度为20~60mm工件的预冷时间为0.5~3min。据分析,这是因为当不预冷而直接淬火时,零件中的内应力主要是热应力,保温时间按T1=T2=T3=0.4G 0.6D确定; ④空冷时间按T4=0.2G 0.3D确定; ⑤油冷时间按T5=0.02G 0.1D确定。
因此,当体积收缩经过长时间的预冷淬火后,零件中的内应力主要是相变应力,导致体积膨胀。只有在适当的预冷时间后,热应力和相变应力才能保持不变。②气冷:我们使用的真空炉可以进入2bar将以下氮气加压至1000℃以下出炉。计算气冷时间的经验公式如下: T4=0.2G 0.3D 式中:T4为气冷时间(min)。③油冷:淬火油温度一般控制在60~80℃,工模的出油温度通常控制在100~200℃。计算油冷时间的经验公式如下: T5=0.02G 0.1D 式中:T5.油中冷却时间(min)。此时,工件出炉温度一般为150℃4.结论 ①考虑到装炉量和放置间隙<D按下保温时间T1=T2=T3=0.4G D 确定; ②小工件(有效厚度)D≤20mm,且摆放空隙≥D)按下保温时间T1=T2=0.1G D T3=0.3G D 确定; ③大工件(有效厚度)D≥100mm)时,