真空热处理技术的研究进展

真空热处理技术的研究进展

真空热处理技术是近年来推广的一种新技术之一。它具有无氧化、无脱碳、变形小、外形光滑等优点，大大提高了工作效率，延长了产品的使用寿命。因此，它具有显著的经济效益。一、真空热处理效果1.防止氧脱碳性气体脱碳由于工件的加热、淬火是在真空状态下进行,氧的分压力很低,氧化性与脱碳性气体极为稀薄,可防止氧化与脱碳,也防止出现氢脆和渗硫,从而获得美观和光亮的表面。2.除氧化物时加热金属表面在真空热处理时不仅可以防止氧化,而且已发生氧化的表面在真空中加热时,也可以将氧化物除掉。这是因为金属的氧化物在氧的分压低和高温时将发生分解反应,由于分解而产生的氧气被真空泵及时排出,也使工件表面恢复了原来的金属光泽。3.清除热处理工件表面常粘有油污、润滑脂等,如不及时清除,在一般热处理过程中对工件质量影响大,但要清理又费工费时。采用真空热处理,既节省脱脂工序,也可获得光亮表面的工件。4.性能影响因素金属内部溶解有微量氢、氮、氧等气体,这些微量气体对工件的性能影响很大。实验表明,在高温真空情况下,金属内部的气体向其表面扩散并从表面排出,这种现象叫作脱气作用。钢件在真空热处理中能获得较满意的脱气效果,提高了工件性能和质量。5.真空热处理的压力在真空热处理时,某些蒸气压高的合金元素会从被处理的工件表面脱掉而引起这些元素的挥发消耗,这不仅损坏了金属材料本身的特性也影响了工件表面质量。因而,工件的真空热处理必须兼顾为防止脱碳所需的最小限度的低压和为防止合金元素的蒸发所需的最起码的压力。实验证明,在渗漏量小于10-3托升/秒、真空度为10-2～10-4托的真空炉内,一般工件在正常热处理情况下不会发生明显的脱碳和合金元素的损失。二、模具真空热处理应用按采用的冷却介质不同,真空淬火可分为真空油冷淬火、真空气冷淬火、真空水冷淬火和真空硝盐等温淬火。模具真空热处理中主要应用的是真空油冷淬火、真空气冷淬火和真空回火。为保持工件(如模具)真空加热的优良特性,冷却剂和冷却工艺的选择及制定非常重要,模具淬火过程主要采用油冷和气冷。针对不同的工件、不同的工艺,热处理的效果相差悬殊,下面就几个工艺实例做相应分析。1.真空退火较多,真空火炬比盐浴4.由于晶粒度对钢材机械性能影响很大,由表1可知,该钢真空淬火加热时,随温度的升高,晶粒也明显长大。与盐浴加热相比,在低于1180℃以下基本上能保持小晶粒,但在相同温度下,真空均比盐浴的晶粒稍大,真空加热到1180℃,晶粒开始急剧长大(>8级),而盐浴加热到1120℃晶粒度仍保持8～7级。为获得细小晶粒,真空加热温度应低于盐浴加热10～20℃。表1中的数据表明,该钢淬火温度较宽,从1180～1200℃淬火,硬度均可达到62HRC以上。随淬火温度的升高,开始时,由于马氏体中碳和合金元素浓度的增高,硬度也不断上升,到1140℃时,硬度又逐渐下降,但在实验温度范围内,硬度波动很小,仅为1.7HRC。与盐浴淬火相比,硬度峰值移向偏低的淬火温度,而且相同的淬火温度,真空比盐浴的硬度偏高,这可能就是真空淬火比盐浴淬火使冲头寿命提高的原因之一。真空淬火时残余奥氏体变化的规律和盐浴淬火是一致的,即随淬火温度的升高而增加,其区别在于,在相同淬火温度,真空淬火后其残余奥氏体量较盐浴为少,如盐浴1100℃和1160℃淬火后残余奥氏体量分别为33%和35%,而在1100℃和1160℃真空淬火的残余奥氏体量仅有8%和19.4%。显然,真空淬火后其残余奥氏体量明显减少。真空淬火比盐浴淬火硬度偏高,除了真空加热时表面状态好、无氧化脱碳外,残余奥氏体量减少也是原因之一。根据试验确定采用图2所示的真空热处理工艺曲线,经过真空淬火的冲头的寿命达到26000件,效果显著。2.真空退火的加热温度和时间对残留实际样品量的影响电池冲头(见图3)是一种典型的冷挤压模具冲头,在冲头挤压过程中,整个截面承受巨大的挤压力,由于冲头和快速流动的金属锌之间的剧烈摩擦而产生大量的热,导致冲头工作温度达到250℃左右,易产生热疲劳现象,长期周期性冲击载荷的作用还会造成冲击疲劳,因此,要求冲头材料不但具有高的强度和韧性,同时还要有良好的耐磨性及一定的耐热疲劳和热稳定性。采用淬透性好的,有较高的韧性与耐磨性的高强韧冷作模具钢,并采用真空热处理技术,其热处理工艺曲线如图4所示。试验结果表明,随淬火温度的升高,在开始的一段温度内,基本保持细小晶粒,当加热到一定温度时,晶粒开始长大。与盐浴淬火比较,在相同的淬火条件下,真空淬火的晶粒度约高0.5级,同时晶粒开始长大的温度也向较低的淬火温度方向移动,晶粒度的长大主要取决于奥氏体化的温度,但在高温加热的情况下,加热和保温时间同样对其有一定影响。真空炉的加热时间一般为盐浴炉的4倍,较长的加热时间是导致在真空炉加热比盐浴炉加热晶粒粗大的原因。因此,真空淬火的加热温度应采用常规淬火温度范围的下限或稍低。残留奥氏体量的试验结果可以看出,随淬火温度的升高,残留奥氏体量增加,相同温度下真空淬火残留奥氏体量几乎只有盐浴的一半,这也许是导致真空淬火硬度偏高的原因之一。试验表明,采用真空热处理技术后,工件的硬度、强度和冲击韧性,均有较大的提高,使用寿命也从原来85000件达到现在的150000件,效果非常明显。三、冲头使用寿命低真空热处理虽然有普通热处理不可比拟的优势,但也受客观条件所限,相当长的时间里没有得到很好的发展,如真空炉设备欠成熟、淬火油质量不过关、生产效率低、成本高等,随着各方面技术的不断成熟,生产专业化、集成化,真空热处理的生产效率有了很大提高,生产成本也随之降低,而寿命则提高了数倍之多,如前所述的,内六角冲头的寿命由4000件提高到26000件,电池冲头的寿