真空热处理工艺Word下载.docx
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1582
1284
Mg
301
331
343
515
605
651
Ca
463
528
700
817
851
Ba
406
546
629
730
858
717
Zn
248
292
323
405
-
419
Cd
180
220
264
321
Hg
-5.5
13
48
82
126
-38.9
Ae
808
889
996
1123
1179
660
Li
377
439
514
607
725
179
Na
195
238
291
356
437
98
K
123
161
207
265
338
64
In
746
840
952
1088
1260
157
C
2288
2471
2681
2926
3214
Si
1116
1223
1343
1485
1670
1410
Ti
1249
1384
1546
1742
1721
Zr
1660
1861
2001
2212
2549
1830
Sn
922
1042
1189
1373
1609
232
Pb
548
625
718
832
975
328
V
1586
1726
1888
2079
2207
1697
Nb
2355
2539
2415
Ta
2599
2820
2996
Bi
536
609
693
802
934
271
Cr
992
1090
1205
1342
1504
1890
Mo
2095
2290
2533
2625
Mn
791
873
980
1103
1251
1244
Fe
1195
1330
1447
1602
1783
1535
W
2767
3016
3309
3410
Ni
1257
1371
1510
1679
1884
1455
Pt
1744
1904
2090
2313
2582
1774
Au
1190
1316
1465
1646
1867
1063
（5）表面净化作用，实现少无氧化和少无脱碳加热。
图一各种金属氧化物的分解压力
金属的氧化反应是可逆的：
Mo≒2M+2O2O→O2↑
取决于气氛中氧的分压和金属氧化物的分压的大小。
当氧分压大于金属氧化物的分压时，反应向左进行，金属表面产生氧化。
反之，如氧化物的分解压大于氧的分压，反应向右进行，其结果是氧化物分解。
亚氧化物理论和真空炉中碳元素存在，使炉内氧的分压低于金属氧化物的分压，使金属不会氧化。
表二真空度和相对杂质及相对露点关系
真空度
Pa
1.33×
104
103
102
10
1.33
10-1
10-2
10-3
托
100
1
10-4
10-5
相对杂质含量
%
13.2
1.32
0.132
1.32×
10-6
PPM（百万分比）
1320
132
0.0132
相对露点（℃）
+11
-18
-40
-59
-74
-88
-101
（6）金属实现无氧化加热所需的真空度。
图二为不同金属无氧化加热温度和真空度的关系曲线
2、真空热处理的加热特点：
两个显著特点：
一是空载时炉子的升温速度快，二是工件的加热速度慢。
二、真空热处理工艺参数的确定
1、真空度：
表三各种材料在真空热处理时的真空度
材料
真空热处理时真空度Pa
合金工具钢、结构钢、轴承钢（淬火温度在900℃以下）
1~10-1
含Cr、Mn、Si等合金钢（在1000℃以上加热）
10Pa（回填高纯氮）
不锈钢（析出硬化型合金）、Fe、Ni基合金，钴基合金
10-1~10-2
钛合金
高速钢
1000℃以上充666~13.3PaN2
Cu及其合金
133~13.3Pa
高合金钢回火
1.3~10-2
在考虑工作真空度时应注意几点：
（1）在900℃以前，先抽0.1Pa以上高真空，以利脱气。
（2）10-1Pa进行加热，相当于1PPM以上纯度惰性气体，一般黑色金属就不会氧化。
（3）充入惰性气体时，如充133Pa，（50%N2+50%H2）的氮氢混合气体，其效果比10-2～10-3Pa真空还好。
此时氧分压66.5Pa是安全的。
（4）真空度与钢表面光亮度有对应关系。
（5）一般10-3~133Pa真空范围内，真空度温差为±
5℃，如气压上升，温度均匀性下降，所以充气压力应尽量可能低些。
2、加热和预热温度：
表四预热温度参考表
淬火加热温度（℃）
预热温度
（1）（℃）
预热温度
（2）（℃）
预热温度（3）（℃）
800~900
550-600
1000-1100
800-850
1200以上
1000-1050
3、真空淬火加热时间
图三真空加热时的特性曲线
图四炉温和被加热工件表面与中心温度
t总=t均+t保t均=a`×
h
t保为相变时间，t均为均热时间，a`为透热系数（分/mm），h为有效厚度（mm）。
表五a`透热系数的确定
加热温度（℃）
600
800
1000
1100~1200
a`（分/mm）
1.6~2.2
0.8~1.0
0.3~0.5
0.2~0.4
预热情况
600℃预热
600、800℃预热
600、800、1000℃预热
注：
没有预热，直接加热，a`应增大10~20%
表六t保时间确定
钢材
碳素工具钢
低合金钢
高合金钢
t保（分）
5~10
10~20
20~40
三、真空热处理的冷却方法
1、气淬
（1）各种冷却气体的性质
表七各种冷却气体的性质（100℃时）
气体
密度
（Kg/m3）
普朗特数
粘度系数
（Kg.s/m3）
热传导率
（kcal/m.h.℃）
热传导率比
N2
0.887
0.70
2.5×
0.0269
Ar
1.305
0.69
2.764
0.0177
0.728
He
0.172
0.72
2.31
0.143
1.366
H2
0.0636
1.048
0.189
1.468
图五氢、氦、氮、氩的相对冷却性能
为保证工件表面不氧化，具有高的光亮度，对冷却气体N2纯度有一定要求。
表八氮气纯度标准
处理材料
氮气纯度（%）
轴承钢、高速钢
99.995~99.998
高温耐热合金
99.999
高温活性金属
99.9999
半导体材料
99.99999
表九热处理用氩气、氢气、氮气的行业标准
名称
指标要求，%（V/V）
氩含量
氮含量
氢含量
氧含量
总碳含量
（以甲烷计）
水含量
高纯氩气
≥99.999
≤0.0005
≤0.0001
≤0.0002
≤0.004
氩气
≥99.99
≤0.007
≤0.001
≤0.002
高纯氮
≤0.0003
纯氮
≥99.996
CO≤0.0005
CO2≤0.0005
CH4≤0.0005
工业用气态氮
Ⅰ类
99.5
≤0.5
露点≤-43℃
Ⅱ类Ⅰ级
游离水≤100ml/瓶
Ⅱ类Ⅱ级
98.5
≤1.5
氢气
≤0.006
CH4≤0.001
≤0.003
①水分压15℃，大于11.8MPa条件下测定。
②高纯氮、纯氮不适合用于沉淀硬化不锈钢，马氏体时效钢，高温合金、钛合金等真空热处理回充和冷却气之用。
③氢气不适用于高强度钢、钛合金、黄铜的热处理保护。
④液态氮不规定水的含量。
（2）提高气体冷却能力的方法
牛顿公式：
Q=k（tw-tf）·
F（kcal/h）
Q为传热量；
tw为工件温度；
tf为气体温度；
F为工件表面积；
k为对流传热系数。
K=（λ/d）·
C（wdp/η）m
d为工件直径，C为因雷诺系数范围不同而异的常数，m为幂指数，一般0.62~0.805
w为流速，p为密度的函数（亦可视为气压），λ为气体导热系数，η为粘滞系数。
从公式中可见，提高冷却气体的密度（压力）和流速可以成比例地加大对流传热效率。
①提高冷却气体压力。
②提高气体的流速。
图六气体压力和淬火速率间的关系曲线
表十各种淬火介质对热传导系数的比较
介质和淬火参数
热导率（w/m2.k）
盐浴550℃
350~450
液态床
400~500
油20~80℃不流动
1000~1500
油20~80℃搅拌循环的
1800~2200
水15~25℃
30
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