2009-1特殊热处理技术.ppt

特殊热处理技术,硕士研究生专业基础课（考试）,2,现代热处理技术概况,主要现代热处理技术热处理冷却技术进展未来热处理的发展点,3,主要现代热处理技术,真空热处理的发展可控气氛热处理的发展及重要方面计算机热处理控制技术感应热处理及表面热处理,4,热处理冷却技术进展,热处理产生的应力热应力及相变应力冷却介质的应用发展液体介质气体介质气液混合介质,5,未来热处理技术的发展点,气氛和真空热处理动向精密热处理技术节能热处理技术复合热处理技术修复热处理技术流态床热处理技术,6,特殊热处理技术,真空热处理（1012课时）特殊气氛热处理（02课时）有色金属热处理（24课时）电磁控制热处理（16课时）,真空热处理技术,原理,8,真空热处理的发展（1）,50年代末-70年代末需求动力：随着航空工业的发展,要求零部件具有高精度、高质量和可靠性,一般传统热处理已不能满足要求,发展真空热处理。主要特点：主要有低压真空气淬、真空油淬、真空退火等,广泛用于多种材料和零件的热处理。真空炉均为冷壁单室真空炉。典型成果:低压真空气冷炉(如美国易卜生公司的VFC型)、真空油淬炉、真空退火炉等。,9,真空热处理的发展（2）,80年代初-至今需求动力：航空和航天工业迅速发展,对各种零件如齿轮、轴等提出更高的要求,真空渗碳工艺应运而生。真空淬火介质和高压气体的发展,促进了真空气淬工艺发展。主要特点：发展了真空化学热处理和真空气淬热处理。真空化学热处理达到了实用水平。真空气淬工艺受到重视,相继研制出了一些新炉型。真空气淬工艺冷却速度快。典型成果：高压真空气淬炉:美国Abar-Ipsen公司的VTTC型、CTL型,德国Degussa公司的VKSQ型;高流率气淬炉:美国Abar-Ipsen公司的HFQ型、VTL型和Turbo-Treater型;高压高流率气淬炉:美国Abar-Ipsen公司的Turbo-Treater型。,10,真空热处理原理,真空的基础知识低压下的气体真空的获得与度量真空系统及设计简介,11,真空基础知识,真空的概念真空的度量单位真空区域的划分真空是热处理的一种气氛真空热处理炉中残存的气体成分,12,真空简介,绝对真空：完全不存在气体和蒸汽分子的空间。工程真空：存在一定量的气体或蒸汽、低于一个大气压的稀薄气体状态。,13,真空度单位及区域的划分,真空度：真空状态下气体的稀薄程度。以真空容器中残存的气体的绝对压力来定量表示真空度的高低。区域的划分（Pa）：低真空：105102中真空：10210-1高真空：10-110-5超高真空：66.7Pacmor/d1.995Pacmor/d1/3粘滞-分子流流量、流导和流阻Q=c(p1-p2);R=1/c圆断面长导管的流导管道并联与串联时的总流导,粘滞态层流,分子态流动,35,真空的获得,真空是由真空泵及其他真空元件、真空管路构成的泵送系统获得的。泵的性能参数：抽气速率s，气体流量Q，极限真空；泵的分类变容泵类；蒸汽流泵。,36,旋片式真空泵,旋片式真空泵工作过程,旋片式真空泵工作原理,37,旋片式真空泵,38,罗茨泵,39,扩散泵,40,真空的度量,以真空规或真空计度量利用气体压力进行度量：机械力式、液柱式、压缩式;据热传导原理设计;放射能电离真空计；热阴极电离真空计；复合真空计。,41,真空计工作范围,1200652994911643.pdf,42,利用气体压力度量的真空计,静态变形（Bourdon）真空计截面为椭圆形的薄壁金属弯管，一端封闭，另一端与真空室相通，当管内压强变化时，该弯管在内外压强差作用下发生弹性变形，这一变形传送给指示器，由刻度读出。如指针式压力真空表，这一类真空计适用于测量粗真空。静态液体真空计如所示，也称“U”形管压差计，它一端通大气，一端通真空系统，利用两管液面（如扩散泵油等）高度差表示系统的压强。若用汞=0-Dh(毫米汞气压柱),0为大气压强；若用低蒸汽压油，则:=0(油/汞）Dh，油、汞分别为油和汞的密度。,43,压缩式真空计,压缩式真空计麦克劳压强计A、B两部分在N处连通，当水银杯R升高，水银上升越过刻线N后，原B、C中的气体全被压入测量毛细管C中。在压缩过程中气体温度可视为不变；又A、D部分和真空系统连通，系统容积远大于A、D部分，故压缩时可认为系统内压强不变。A、D；B、C两部分气体的压强差可由毛细管C、D水银柱的高度差h表示。以V表示N以上BC的总体积，VC为C管中压缩后气体的体积，根据玻义耳定律PV=(P+h)Vc则P=Vc/(V-Vc)h因VcV故近似可得到PhVc/V这样就把压强转化为毛细管水银柱高度差，由于待测压强只和仪器的体积和压缩后水银柱高度差有关，故这种真空计是一种绝对真空计，可用它来校准其它真空计。麦克劳压强计测量范围为1010-6mmHg，它的缺点是不能连续测量，使用水银也带来诸多不便。,麦克劳压强计,44,热偶真空计,热偶真空计使用的测压元件为热偶规。1-2为加热丝,3-4为热电偶，留有管口与真空系统相连接。加热丝中通以恒定电流时，其温度取决于周围的散热条件。由于气体热导率随压强变化，所以热丝的温度也随压强而变，与加热丝连接的热电偶也将具有不同的热电势，从而建立起规管内压强与热电势之间的关系。经校准定标后，就可通过测量热电势来指示测量的压强值。热偶真空计的测量范围为2010-1帕。使用时必须按规定调节到确定的加热电流值。,热偶真空计,45,电阻式真空规,皮拉尼规利用电热丝的电阻温度特性和温度随压强变化关系，将压强变换为电阻测量。用电桥测出待测电阻。图中Rx为电阻式规管，接入待测真空系统。R为与Rx结构相同的补偿管，用来抵消环境温度的影响。Ro用于调节零点，即调电桥平衡。,电阻式真空规,46,冷阴极电离真空计,潘宁规1937年潘宁（Penning）首先利用磁场和电场中的冷阴极放电现象来测量低压强。中间电极为阳极，加电压2Kv，两块平行圆板为阴极。外加400高斯的磁场，方向基本与电场方向平行。优点：灵敏度高，没有热阴极，寿命长，结构坚固，操作简便，适于工业应用。缺点：非线性，稳定性较差，电极抽气作用大，精度差，阴极要保持清洁，如被油污染，将影响工作性能量程：110-3帕。,47,潘宁规工作原理,由宇宙射线或场致发射所产生的初始电子在强电场和磁场作用下，在两片阴极之间作螺旋形运动，不断和气体分子碰撞并使其电离。电子与气体分子经过多次碰撞后，再被阳极吸收；离子质量大，基本上沿直线达到阴极上，并使阴极发射出二次电子。电离过程中所产生的二次电子和阴极发射的二次电子又参加到电离气体分子的过程中来。如此不断发展，建立起一定压强下的自持放电。测量回路中的电流I为离子流I+和阴极二次电子流Is之和：I=I+IsCpn式中：C为常数，n在12间（与电极结构有关），可看出潘宁规是非线性的。,48,电离真空计,电离规阴极发射的电子在栅极电场作用下得到加速和气体分子碰撞，并使它电离，正离子飞向带负电位的收集极，离子流的大小和气体压强成正比。I+=IeKP式中Ie为规管工作时的阴极发射电流，K为规管常数，由规管几何结构和电极工作电位决定，在一定压强范围内，近似为常数，当维持发射电流恒定时，离子流和压强成线性关系。故每次使用时均要调节发射电流达到规定要求。一般电离真空计测量范围为10-110-5帕，只有系统真空度到达10-1帕以后才能启动电离规。电离真空计使用中，要真空度达10-2帕以上对电极除气。为了使用方便，常把热偶真空计和电离真空计组合成复合真空计。,电离规,49,超高真空电离规,圆筒型电离规测量真空度的上限不可能低于510-6帕，因被加速的电子被栅极吸收后，会发射软X射线。X射线达到收集极上，产生光电效应，故在收集极电路中形成与压强无关的光电本底电流。1950年Nottingham提出了上述解释后，Bayard和Albert提出了B-A规的结构，如图所示。集电极采用直径为0.1mm的细钨丝，置于栅极的中心，即管子的中心轴，阴极在栅极外面，此结构的特点是集电极面积（也就是接受x射线的面积）缩小约一千倍，从而使光电流降低一千倍，B-A规的测量范围即可延伸到10-8帕，同时集电极和栅极构成圆柱形电场，使栅极空间99的范围内电子能产生电离作用，因此尽管收集极面积减小一千倍，但灵敏度基本上和圆筒形电离规相近，且因所有电极都用细丝，易加热除气，适用于超高真空测量。,50,真空热处理炉的真空系统简介,真空系统用一句话来概括就是：用来获得有特定要求的真空度的抽气系统.真空系统设计的基本内容：是根据被抽容器对真空度的要求，选择适当的真空系统设计方案，进行选、配泵计算；确定导管、阀门、捕集器、真空测量元件等，进行合理配置，最后画出真空系统装配图和零部件图。,51,真空系统组成元件,较完善真空系统组成元件：1抽气设备：例如各种真空泵；2真空阀门；3连接管道；4真空测量装置：例如真空压力表、各种规管；5其它元件：例如捕集器、除尘器、真空继电器规头、储气罐等。,52,真空系统简图,当串联一个高真空泵之后，通常要在高真空泵的入口和出口分别加上阀门，以便高真空泵能单独保持真空。如果所串联的高真空泵是一个油扩散泵，为了防止大量的油蒸气返流进入被抽容器，通常在油扩散泵的入口加一个捕集器水冷障板(如图所示)。根据要求，还可以在管路中加上除尘器、真空继电器规头、真空软连接管道、真空泵入口放气阀等等，这样就构成了一个较完善的高真空系统。,高真空系统简图,53,真空系统材料,结构材料金属材料应含气少、易于除气，组织致密，在工作温度下的饱和蒸气压足够低、不易氧化腐蚀、不与有机溶剂等发生作用、有较高的热稳定性、足够的机械强度、良好的焊接性能和较低的机械加工粗糙度。较多使用的是低碳钢并需抛光要求高的场合可使用不锈钢，具有抗锈、高强度、塑性韧性好、无磁性等特点，放气率低。辅助结构材料弹性体、绝缘体（橡胶、陶瓷、塑料）等弹性体要求弹性良好、饱和蒸气压、放气率及渗透率足够低，耐热到一定温度。绝缘体要求绝缘性良好、渗透及放气率低、弹性与热塑性小。真空密封材料真空脂、真空封蜡和真空漆。,54,真空密封,55,设计原则,明确真空炉要求的极限真空度，获得工作压强需要的时间及在工作压强下系统继续排气的能力原则：主泵的真空度比真空炉高一个数量级真空管道尽可能短低真空管道与机械泵口径相当，高真空管道与扩散泵口径相当，避免断面的突变及阻