第七章 真空热处理设备2017

1、第七章第七章 真空热处理设备真空热处理设备 （2 2学时）学时） 第一节第一节 真空热处理特点真空热处理特点 P105 u真空热处理特点：真空热处理特点： 优点：优点：1)不氧化、不脱碳，热处理后可保持表面光亮和原有光泽，不氧化、不脱碳，热处理后可保持表面光亮和原有光泽， 通常可不加工；通常可不加工；2)热处理变形小；热处理变形小；3)对工件有脱脂、脱气作用。对工件有脱脂、脱气作用。 缺点：缺点：1)工件加热速度慢工件加热速度慢(仅靠辐射传热)；2)加热均匀性较差加热均匀性较差(仅靠辐 射传热)；3)真空下金属元素易蒸发；真空下金属元素易蒸发；4）设备一次性投资大。设备一次性投资大。 u基本概

2、念基本概念 真空真空：低于一个大气压的空间。：低于一个大气压的空间。 真空度真空度：真空状态下气体稀薄程度。：真空状态下气体稀薄程度。 真空热处理炉的真空度大多在真空热处理炉的真空度大多在103-10-4Pa范围，真空度在范围，真空度在105- 102Pa范围称为范围称为低真空低真空，在，在102-10-1Pa范围称为范围称为中真空中真空，在，在10-1-10- 5Pa范围称为 范围称为高真空，高真空，低于低于10-5称为称为超高真空超高真空。 第二节第二节 真空系统真空系统P105 思考题： 1.真空热处理有哪些优点和缺点？ 2.为什么真空热处理炉加热速度慢、加热均匀性差？ 3.真空热处理炉

3、的真空度大多在什么范围？ 4.根据真空度，将真空区域划分为低真空、中真空、高真空和超高真空，目前热 处理用的真空炉真空度范围在：A)101102Pa；B)102103Pa；C)10-210-3Pa ； D)10310-5Pa u真空系统构成真空系统构成 真空系统真空系统:真空容器、真空泵、真空容器、真空泵、 真空伐、连接件及真空测量仪真空伐、连接件及真空测量仪 表等。表等。 真空泵真空泵：旋片油封式机械泵：旋片油封式机械泵 (简称旋片泵简称旋片泵)、滑伐油封式机、滑伐油封式机 械泵械泵(简称滑伐泵简称滑伐泵)、油增压泵、油增压泵、 油扩散泵等。油扩散泵等。 油扩散泵与其它泵组成真空油扩散泵与其

4、它泵组成真空 机组才可获得高真空度。机组才可获得高真空度。 思考题：1.真空热处理炉的真空系 统由哪些部件组成？2.常见的真空 泵有哪些？ 5.真空加热特点是什么?(防止氧化脱碳作用；真空脱气作用；脱脂作用和真空下元素蒸发作 用。)为减少合金元素蒸发可采取的有效措施是什么?(将炉内先抽至较高的真空度，随即 充入高纯氩气或氮气，使炉内压力维持在200-26.6Pa下加热。) 6.简述真空热处理特点。简述真空热处理特点。(防止氧化、脱碳，可进行成品热处理；脱气、脱脂，表面光亮，防止 氢脆，提高产品质量；淬火变形小、节省材料和加工工序；能耗少，无污染、无公害。但一次性投资 大。) 第三节第三节 外热

5、式真空热处理炉外热式真空热处理炉 u定义定义：工件在真空罐内，加热元件和耐火材料等在真空罐外的真：工件在真空罐内，加热元件和耐火材料等在真空罐外的真 空热处理炉。空热处理炉。 u应用应用：适用于合金退火、真空除气和真空渗金属等。：适用于合金退火、真空除气和真空渗金属等。 u特点特点：优点优点：1)结构简单，制造容易，造价低，操作维护方便；结构简单，制造容易，造价低，操作维护方便； 2)密封容易，抽气量小，易达到要求真空度；密封容易，抽气量小，易达到要求真空度；3) 不存在真空放电问不存在真空放电问 题题(因为电热元件在罐外) ；4)工件加热质量高，生产安全可靠。工件加热质量高，生产安全可靠。

6、缺点缺点：1)热惰性大，加热速度慢，生产周期长；热惰性大，加热速度慢，生产周期长；2)受炉罐高温强度受炉罐高温强度 限制，炉子尺寸小，最高使用温度限制，炉子尺寸小，最高使用温度1100；3)合金钢或耐热钢炉合金钢或耐热钢炉 罐价格昂贵，不易加工。罐价格昂贵，不易加工。 思考题： 1.什么是外热式真 空热处理炉？ 2.外热式真空热处 理炉有哪些工程应 用？ 3.外热式真空热处 理炉有哪些优点？ 第四节第四节 内热式真空热处理炉内热式真空热处理炉 u定义定义：工件及加热装置等均在真空容器内的真空热处理炉。：工件及加热装置等均在真空容器内的真空热处理炉。 u特点特点： 优点优点：1)没有炉罐没有炉罐

7、(电热元件和工件均在真空容器内)；2)可制造大型高可制造大型高 温真空炉温真空炉(因不存在炉罐高温强度限制问题)；3)加热和冷却速度快，生产加热和冷却速度快，生产 效率高。效率高。 缺点缺点：1)炉内结构复杂，电器绝缘性要求高；炉内结构复杂，电器绝缘性要求高；2)炉内容积大，各炉内容积大，各 种构件表面吸附大量气体，需配备大功率抽气系统；种构件表面吸附大量气体，需配备大功率抽气系统；3)考虑真空放考虑真空放 电和电器绝缘性，需配备低压大电流供电系统。电和电器绝缘性，需配备低压大电流供电系统。 u分类分类 按外形和结构分立式、卧式、单室、双室和三室等；按外形和结构分立式、卧式、单室、双室和三室等

8、； 按冷却方式分自冷、负压气冷、负压油冷和加压气冷按冷却方式分自冷、负压气冷、负压油冷和加压气冷(2105Pa)、 高压气冷高压气冷(5105Pa)及超高压气冷及超高压气冷(20105Pa)等；等； 按热处理工艺分为淬火炉和回火炉等。按热处理工艺分为淬火炉和回火炉等。 思考题： 1.什么是内热式真空热处理炉？ 2.内热式真空热处理炉有哪些优点？ 3.内热式真空热处理炉有哪些缺点？ 4.按冷却方式不同，真空热处理炉分为哪几种？ u真空气体淬火炉操作流程真空气体淬火炉操作流程 u负压油冷真空热处理炉操作流程：负压油冷真空热处理炉操作流程： 第五节第五节 真空热处理电热元件材料真空热处理电热元件材料

9、 u镍铬及铁铬铝合金镍铬及铁铬铝合金:1000以下以下、真空度不超过、真空度不超过1.3310-1-1.3310-2Pa范范 围的真空炉。围的真空炉。 u钼、钨、钽纯金属钼、钨、钽纯金属:使用温度受合金挥发限制，长期加热会使晶使用温度受合金挥发限制，长期加热会使晶 粒粗化而变脆。粒粗化而变脆。 u石墨电热元件石墨电热元件:热膨胀系数小，耐热冲击性能好，高温机械性能热膨胀系数小，耐热冲击性能好，高温机械性能 好，易于加工，价格便宜。好，易于加工，价格便宜。 u炉衬材料炉衬材料： 外热式外热式真空炉炉衬与箱式电阻炉一样；真空炉炉衬与箱式电阻炉一样； 内热式内热式真空炉炉衬采用隔热屏或保温炉衬，真空

10、炉炉衬采用隔热屏或保温炉衬，1100以下隔热屏材以下隔热屏材 料常用不锈钢板，料常用不锈钢板，1100以上采用高熔点金属、石墨或陶瓷等。隔以上采用高熔点金属、石墨或陶瓷等。隔 热屏一般热屏一般5-6层，金属屏厚度层，金属屏厚度0.3-1mm，石墨屏厚，石墨屏厚5-10mm。 思考题 1.适宜于制作真空热处理炉的电热元件是：A）碳化硅；B）二硅化钼；C）石墨 带；D）铁铬铝 2.在真空炉中主要的传热方式为：A)辐射；B)对流；C)传导；D)辐射+对流 3.一种热膨胀系数小、热导率较大、耐急冷急热、易加工，使用温度达2500， 常在真空热处理炉中使用的电热元件材料是：A)镍铬电热合金；B)铁铬铝电

11、热合 金；C)碳化硅电热元件；D)石墨布或石墨带电热元件 第六节第六节 离子氮化炉离子氮化炉 u组成组成：炉体、真空系统、供气系统、测温系统和控制系统等。：炉体、真空系统、供气系统、测温系统和控制系统等。 u工作原理工作原理：工件工件在炉内作在炉内作阴极阴极，炉体炉体作作阳极阳极，抽真空到，抽真空到13.3 1.33Pa后，通入少量氨、氮或氮氩混合气体，使炉内压强达到后，通入少量氨、氮或氮氩混合气体，使炉内压强达到133- 1333Pa，然后在，然后在两极间施加一定电压两极间施加一定电压使氮电离，氮电离后以高速冲使氮电离，氮电离后以高速冲 击工件击工件(离子轰击)，离子，离子动能转化为热能动能

12、转化为热能加热工件至渗氮温度，轰击加热工件至渗氮温度，轰击 表面一部分氮夺取电子后直接渗入工件表面，在工件表面形成含氮表面一部分氮夺取电子后直接渗入工件表面，在工件表面形成含氮 很高的蒸发态很高的蒸发态FeN，并不断向工件内部扩散，达到渗氮目的。，并不断向工件内部扩散，达到渗氮目的。 u辉光放电伏安曲线（补充）辉光放电伏安曲线（补充） OD段段阴阳极间只有微弱电流阴阳极间只有微弱电流(微安级微安级)，电压增大到电压增大到D点时点时，气体由绝缘体变，气体由绝缘体变 成良导体，阴阳极间电流突然增大，部分工件表面出现辉光，这种现象叫成良导体，阴阳极间电流突然增大，部分工件表面出现辉光，这种现象叫起辉起辉， D点电压称为点电压称为起辉电压起辉电压(观察窗可看到局部辉光)。起辉后，极间电压和电流呈非。起辉后，极间电压和电流呈非 线性关系线性关系(不服从欧姆定律)，极间电压下降到极间电压下降到E点点，此时增加电源电压或减少限，此时增加电源电压或减少限 流电阻，两极间电压基本保持不变，电流显著增大，流电阻，两极间电压基本保持不变，电流显著增大，EF称为正常辉光放电区称为正常辉光放电区， 辉光覆盖面积随电流增大而增加，辉光覆盖面积随电流增大而增加，达到达到F点时点时，辉光覆盖全部阴极表面。达到，辉光覆盖全部阴极表面。达到F 点后，继续增大电流，两极间电压开始增大，一直到