真空热处理实践.doc

真空热处理实践
一、真空热处理加热工艺
1.加热曲线类型
真空中工件主要靠辐射进行加热，而辐射传热有其特有的规律，该规律的特点就是符合辐射传热的四次方定律(斯蒂芬玻尔兹曼定律)，见下式：

式中Q辐———辐射传递的热量；α———辐射传热系数；T1———辐射元件表面温度；T2———受辐射物体表面温度。
上式说明，高温时即使是很小的温度差也能产生很高的传热速度。据计算，在1200℃时，1℃温度差所引起的传热量是540℃时1℃温度差所引起的传热量的5倍。同时，也有资料告诉我们，在相同情况下真空加所需时间约是空气炉的3倍、盐浴炉的6倍。这些都说明真空炉内低温加热慢、加热速度“滞后”。为此，使用真空炉时，绝对不能照搬空气炉、盐浴炉和气氛炉的工艺。图1、图2和图3所示的三种类型的加热工艺，只有图1是正确的，正是因为它体现了真空炉内加热的特点。

2.加热时间的确定
(1)加热时间的近似计算法。图4中不同温度下时间可按下列方法计算：
T1=30+(2.0～1.5)×D(1)T2=20+(1.5～1.0)×D(2)T3=15+(1.0～0.8)×D(3)
式中：T1、T2、T3为时间(min)。D为被加热工件有效厚度(mm)，并按有关规定考虑，即圆柱形工件按直径计算，管形工件当高度/壁厚≤1.5mm时，以高度计算；当高度/厚度≥1.5mm时，以1.5mm壁厚计算；当外径/内径>7时，按实心圆柱体计算，空心内圆柱体以外径乘0.8计算。

公式括号中的数据为加热系数，(1)、(2)式中工件形状复杂，或捆绑、密集、屏蔽严重时选下限(数值大的)；工件形状简单、摆放松散时选上限(数值小的)。(3)式中高合金钢选下限(数值大的)；高速钢选上限(数值小的)。30、20、15是根据内热式真空炉、不同温度段加热特点预设的升温时间(min)。
实践证明，当材质无质量问题，温度、冷却方法选择正确时，使用该计算法选定时间可以确保变形会减轻，且不会淬裂。但此法的缺点是，加热系数的上、下限选择不当时易出现偏差，偏差较大时会引起硬度不足或效率降低。
(2)观察加热室炉膛颜色的经验法。
①第一段预热。如图4所示，预热温度为650℃，目的是在此温度下缓慢透烧，消除被加热件原有的应力(锻造或冷加工应力)，减轻新产生的热应力。温度选择原则是低于材料的Ac1，但不能太低，太低不易观察炉膛颜色。炉膛颜色观察(从加热室后炉门窥视孔)需要有经验的热处理技术人员或技术工人。650℃时炉膛颜色为“暗红”。观察要领是：自升温开始计，至被加热件颜色不暗于炉膛其他件(料筐、热电偶、炉膛内表面衬等)的颜色，到暗红色基本一致为止，即视为已透烧。此段时间(OB段)即为第一段预热所需时间T1。当然这段时间的特点是“缓慢、时间较长”。
②第二段预热。如图4所示，850℃属第二段预热，目的同第一段预热。850℃炉膛的颜色为“橘黄”。观察要领是：自炉温从650℃升温开始计，至被加热件颜色不暗于炉膛其他件(料筐、热电偶、炉膛内表面衬等)的颜色，到橘红色基本一致为止，即视为已透烧。此段时间(BD段)即为第二段预热所需时间T2。这段时间的特点是：和第一段预热相比，加热速度加快，透烧时间缩短。
③淬火加热时间。如图4所示，T3为淬火加热时间，实际上T3含有两部分，DF段为被加热工件升温、透烧时间，FG段为被加热工件心部到温后的保温时间，即合金化时间。升温、透烧时间与被加热工件尺寸、装炉方式(散装、捆绑、密集堆放等)有关，与被加热工件成分关系不大;保温时间(合金化时间)只与成分有关。升温、透烧时间可用经验法观察估计出来，此时炉膛颜色为“黄白”色，观察要领同前。特别需要指出的是，淬火加热速度明显加快，升温、透烧时间明显缩短。升温、透烧(即“黄白”颜色一经均匀一致)后的保温时间(合金化时间)如何确定，请参考表1。

观测颜色法较准确可靠，加热效果和效率可兼顾。但需要丰富的炉前操作经验和相应的金属热处理专业基础知识，且观察较辛苦。
二、真空热处理后的硬度
1.常用模具钢真空热处理参数及处理后的硬度硬度是机械零件热处理的重要技术指标，除和零件钢材的成分、组织有关外，还和热处理工艺执行过程中真空炉内压力等诸多特点有关。表2介绍了常用模具钢真空热处理工艺参数和处理后的硬度。

2.在真空炉内冷却时，淬火油面压力对淬火硬度的影响
入油后的高温工件要经过蒸汽膜、沸腾和对流三个阶段才能被冷却，如图5所示。蒸汽膜阶段(Ⅰ)的冷却能力最差，淬火油面压力太小时，蒸汽膜不易破裂，此阶段的时间就长，从而油的冷却能力弱，工件的硬度易不足。为了获得足够的淬火硬度，真空炉内淬火油面压力应在工件入油后2～3s达到8×104Pa。

3.真空炉内工件从加热室到淬火油槽的转移时间
在双室真空油淬火炉中，被加热工件经淬火加热保温结束后，从