先进淬火工艺PPT课件.ppt

先进淬火工艺概述 戴培元杨凯黄超 1 Contents 2 淬火 概念 淬火是指将钢加热到临界温度以上 保温后以大于临界冷却速度的速度冷却 使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺 目的 1 提高工件的硬度和耐磨性 例如各种刃具 冷作模具 2 赋予工件以需要的综合机械性能 例如中碳钢的调质 3 使工件获得特殊的物理化学性能 例如对用磁钢进行淬火 可以增加其铁磁性 3 传统淬火 淬火方法 单液淬火双液淬火分级淬火等温淬火 常用淬火介质 水水溶液矿物油熔盐熔碱 4 传统淬火存在的问题 1 氧化和脱碳使工件的尺寸减小 表面含碳量下降 表面粗糙度增大 还会严重影响到淬火时冷却的速度 造成软件或硬度不足 耐磨性和疲劳强度下降 2 过热和过烧加热温度过高或加热时间过长 会引起奥氏体晶粒长大变粗 生成的马氏体也粗化 这种现象叫做过热 过热的工件几乎不能防止淬火裂纹产生 在加热温度更高的情况下 钢的奥氏体晶粒进一步粗化并产生晶界氧化 甚至晶界熔化 这种现象叫做过烧 产生过烧的工件 性能会急剧降低 5 传统淬火 3 软点和硬度不足工件或刚才淬火硬化后 表面硬度偏低的小区域称为软点 软点可用锉刀检查 容易错动的地方就是软点所在位置 零件进入介质的方式是造成软点和硬度不足的重要原因 4 淬火裂纹淬火裂纹是工件在淬火冷却过程中产生的裂纹 这种裂纹是工件进入冷却介质中不久之后 温度降低的时候产生的 最常见的淬火裂纹有纵向裂纹 横向裂纹 网状裂纹和应力集中裂纹等等 6 真空高压气冷淬火 Textinhere Textinhere 真空高压气淬作为一种真空热处理技术 起始于二十世纪七十年代 它具有油冷淬火 盐浴淬火不可比拟的优点 工件表面质量好 无氧化 无增碳 淬火均匀性好 工件变形小 淬火强度可控性好 冷却速度能通过改变气体压力和流速进行控制 生产率高 无环境污染等 在近三十年时间内 真空高压气淬技术得到了迅速发展 推广和应用 特别是随着淬火压力的提高 使得真空热处理的材质范围进一步扩大 工件淬火硬度和可淬硬尺寸得到了明显提高 目前 在先进的工业国家如美国 德国 日本等 真空高压气体淬火技术已成为高速钢 高合金模具钢热处理的主导工艺 概述 7 Textinhere CZQ 120型高压高流率气冷真空炉 8 Textinhere 9 Textinhere 10 Textinhere 淬火原理 在气淬过程中 工件的热量主要靠循环气体的强制对流传热带走 在其它因素一定的情况下 对流换热系数越大 淬火所经历的时间越短 冷却速度越快 影响工件冷却速度的因素 主要有淬火气体压力 淬火气体流量 淬火气体类型 换热器的换热能力 炉膛结构和炉膛内工件布置方式等 其中对冷却速度影响最为显著的因素是淬火气体的压力和流率 11 Textinhere 淬火气体类型对冷速的影响 在相同的温度和压力下 高压气淬所用的淬火气体密度应小 以减小通过淬火回路流动时所需风机功率 比热应大 能从工件上移去更多的热量 导热系数应大 以减小气体流动时对流传热边界层的热阻 四种常用的淬火气体是氢气 氦气 氮气和氩气 其冷却能力依次是氢气 氦气 氮气 氩气 氢气有爆炸的危险 工业热处理很少使用 氦气也有很好的性能 但价格较贵 限制了其使用 最常用的是氮气 价格较便宜 较易获得 随着工件对淬火性能要求的提高 已不再能满足要求 12 Textinhere 不同结构的气流方式 13 Textinhere 纵横截面图 14 PPT模板下载 国产真空高压气淬设备所面临的主要问题 1 设备性能有待稳定 使用寿命有待提高2 风机消耗功率过大 使用效率有待提高3 换热器换热性能差 换热效率有待提高 15 PPT模板下载 1 新型真空高压气淬设备的开发 开发研制气淬压力大于10bar的超高压气淬设备 开发研制双室真空高压气淬设备2 真空高压气淬工艺过程的改进 低温对流辐射加热系统 等温分级淬火控制系统3高压气淬系统的理论研究 低温对流辐射加热系统 等温分级淬火控制系统 炉区内气体温度场的模拟计算 换热器换热能力计算 风机的设计计算 国内真空高压气淬技术和设备的研究方向 16 Textinhere 其他先进淬火工艺 一 激光淬火 激光淬火是利用激光将材料表面加热到相变点以上 随着材料自身冷却 奥氏体转变为马氏体 从而使材料表面硬化的淬火技术 优点 1 淬火硬度比常规方法高 淬火层组织细密 强韧性好 2 激光加热速度快 热影响区小 又是表面扫描加热淬火 即瞬间局部加热淬火 所以被处理的模具变形很小 几乎不破坏表面粗糙度 3 激光束发散角很小 具有很好的指向性 能够通过导光系统对模具表面进行精确的局部淬火 4 激光淬火清洁 高效 不需要水或油等冷却介质 17 Textinhere 18 19 Textinhere 发展现状 激光淬火广泛应用于交通运输 纺织机械 重型机械 精密仪器的制造等 在诸多的应用中 尤以在汽车制造业内的应用最为活跃 创造的经济价值最大 在许多汽车关键件上 如缸体 缸套 曲轴 凸轮轴 排气阀 阀座 摇臂 铝活塞环槽等几乎都可以来用激光热处理 华中理工大学和武汉重型机床厂等联合研制的多用途数控五轴联动激光加工系统 是多功能 综合性的机光电一体化设备 能完成平面和三维曲面的激光加工 西安理工大学的机械自动化研究所研制成五轴数控多功能激光加工机床H 其控制部分采用美国 20 Textinhere Delta公司生产的8轴Pmac控制卡 可以实现五轴联动 能够满足复杂型面的切割 焊接以及表面淬火功能对运动的要求 清华大学机械系激光加工研究中心开发研制成功了一种基于工业Pc的开放式多功能激光加工数控统 可以通过自动编程将激光加工的图形自动转化成加工代码 据称 该系统已成功应用于激光割 焊接和淬火工艺 发展趋势1 优化激光淬火工艺参数 提高淬火质量和效率2 积极采取措施 提高生产效率 开发高效的激光吸收涂料 应用吸收率高的激光 21 二 等离子淬火 等离子弧表面淬火是应用等离子束将金属材料表面加热到相变点以上 随着材料自身的冷却 奥氏体转变成马氏体 在表面形成由超细化马氏体组成的硬化带 具有比常规淬火更高的表面硬度和强化效应 优点 用等离子弧热源进行表面淬火具有与激光淬火相同的一些优点 更具有激光淬火无法比拟的显著优点 1 等离子弧表面淬火设备只需在普通应用的等离子弧发生器的基础上作些改进即可实现表面淬火要求 在技术上 制造上都很容易实现 而目前国内只能生产功率较低的激光表面 22 淬火设备 限制了激光表面淬火技术的应用范围 2 在激光淬火前 工件需进行磷化即黑化处理 以提高光的吸收系数 这样就增加了淬火工序 并且 黑化质量对激光热处理的效果影响很大 而等离子表面淬火不需类似的工序即可完成 3 由于技术和设备的原因 目前激光器的工业效率 即电光能量转换效率 很低 不超过15 而等离子弧表面淬火设备的热效率要高出许多 4 激光表面淬火设备的价格昂贵 体积庞大 对操作人员的技术要求高 造成安装场地要求高 生产成本高 而等离子弧表面淬火设备价格便宜 体积小 降低了生产成本 5 由于激光设备的原因 激光淬火在内孔表面等部位的淬火长度受到限制 等离子弧表面淬火通过采用合适的工装 可以实现对深孔表面强化 23 24 缺点 等离子弧表面淬火外部影响因素很多 在淬火过程中都需要控制 对实现稳定的淬火工艺增加了难度 等离子弧表面淬火对于工件的小的局部 窄的沟 槽等表面实现比较困难 而且 硬化层深度较浅 有一定的应用限制 25 发展现状 等离子弧被作为种新的能量热源是在本世纪二十年代被实际应用的 七十年代得到了发展 在这个时期被实际应用在了焊接 切割 喷镀业领域 八十年代出现了等离子弧切削 同时 激光表面淬火技术的迅速发展及其高成本的条件限制 使人们看到了等离子弧应用于表面淬火的希望 目前 掌握等离子淬火