真空热处理工艺Word文件下载.docx
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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。
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—O2T
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犬104
1.33X103
1.33X1C2
1.33X10
1.33
1.33X10-1
1.33X10-2
1.33X10-3
托
100
10
1
10-1
10-2
10-3
10-4
10-5
相对杂
质含量
%
13.2
1.32
0.132
1.32X10-2
1.32X10-3
1.32X10-4
1.32X10-5
1.32X10-6
PPM(百
万分比)
1320
132
0.0132
相对露点(C)
+11
-18
-40
-59
-74
-88
-101
(6)金属实现无氧化加热所需的真空度。
―为不同金属无氧化加热温度和真空度的关系曲线
、真空热处理的加热特点
两个显着特点:
一是空载时炉子的升温速度快,二是工件的加热速度慢。
、真空热处理工艺参数的确定
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900r以下)
-1
1~101
含Cr、Mn、Si等合金钢(在1000r以上加热)
10Pa(回填咼纯氮)
不锈钢(析出硬化型合金)、Fe、Ni基合金,钻基合
10-1~10-2
金
钛合金
咼速钢
1000C以上充
666~13.3PaN
Cu及其合金
133~13.3Pa
高合金钢回火
1.3~10-2
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
四、
在考虑工作真空度时应注意几点:
在900C以前,先抽0.1Pa以上高真空,以利脱气。
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。
充入惰性气体时,如充133Pa,(50%N+50%H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。
I
真空度与钢表面光亮度有对应关系。
一般10-3~133Pa真空范围内,真空度温差为±
5C,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。
"
加热和预热温度
预热温度参考表
淬火加热温度「C)
预热温度
(1)(C)
预热温度
(2)(C)
预热温度(3)(C)
800~900
550-600
1000-1100
800-850
1200以上
1000-1050
真空加热时的特性曲线
炉温和被加热工件表面与中心温度
t总=t均+t保t均=a'
xh
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)。
a'
透热系数的确定
加热温度(C)
600
800
1000
1100~1200
(分/mm)
1.6~2.2
0.8~1.0
0.3~0.5
0.2~0.4
预热情况
600C预热
600、800C预热
600、800、1000C预热
注:
没有预热,直接加热,a'
应增大10~20%t保时间确定
钢材
碳素工具钢
低合金钢
咼合金钢
t保(分)
5~10
10~20
20~40
七、真空热处理的冷却方法
(1)各种冷却气体的性质
各种冷却气体的性质(100C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.°
C)
热传导率比
N2
0.887
0.70
2.5X10-6
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
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。
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
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
<
0.0002
W0.004
氩气
99.99
0.007
0.001
W0.002
高纯氮
0.0003
0.0003
W0.0005
纯氮
99.996
COW
CO2<
CH4<
工业用气态氮
I类
99.5
0.5
露点W
-43C
n类I级
游离水W
100ml/瓶
n类n级
98.5
1.5
氢气
0.006
W0.003
①水分压15C,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。
八、提高气体冷去卩能力的方法'
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=(入/d)・C(wdp/n)m
d为工件直径,C为因雷诺系数范围不同而异的常数,m为幕指数,一般0.62-0.805
w为流速,P为密度的函数(亦可视为气压),入为气体导热系数,n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。
气体压力和淬火速率间的关系曲线
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/mf.k)
盐浴550r
350-450
液态床
400-500
丨油20~80C不流动
1000-1500
油20~80C搅拌循环的
1800-2200
水15~25r
3000-3500
空气、无强力循环
50-80
1000毫巴(1X105Pa)M循环的
100-150
6X105PaN快速循环
300-400
10X105PaN快速循环
6X105PaHe快速循环
10X105PaHe快速循环
550-650
20X105PaHe快速循环
900-1000
6X105PaH快速循环
450-600
10X105PaH快速循环
-750
20X105PaH快速循环
-1300
~2200
40X10PaH快速循环
九、真空油淬
(1)真空淬火油的条件。
(2)真空淬火油的主要技术指标
国产真空淬火油质量指标
真空淬火代号
ZZ-1
ZZ-2
粘度(cst)50C
20~25
50~55
闪点「C)不低于
170
210
凝点「C)不高于
-10
水份(%
无
无'
残碳(%不大于
0.08
酸值(mgkoH/g
0.5
0.7
饱和蒸气压20C(133Pa)
5X10-5
热氧化安定性
合格
冷却性能特性温度(C)
600~620,
580~600
特性时间(s)
3.0~3.5
3.0~4.0
800C冷至400C时间(s)
5~5.5
6~7.5
真空淬火油质量指标
项目/型号
CZ1真空淬火油
CZ2真空淬火油
试验方法
运动粘度(40C),mm/s
32〜42
80〜90
GB/T265
闪点(开口),C
GB/T3536
倾点,,C
GB/T3535
冷却特性
特性温度
800〜400C时间
5.5
585
7.5
SH/T0220
以上数据为代表性试样的测定结果,产品性能以实测为准。
性能]1、有较低的饱和蒸汽压,蒸发量较小,使溶入的气体迅速脱岀;
2、较强的抗汽化能力和较快的冷却速度,不污染真空炉膛及真空操作效果;
3、冷却性能稳定,在真空条件下,能保证淬火后工件淬硬效果好;
4、良好的光亮性和光辉性,淬火后表面清洁光亮,不会变色、无氧化、无污染;
5、极佳的挥发安定性和氧化安定性,使用寿命长。
用途:
1、适用于轴承钢、工模具、刀具及大中型航空结构钢及其它特种钢材;
2、HFV-CZ1真空淬火油用于中型材料在真空状态下的淬火,HFV-CZ2真空淬火油用于淬渗透性好的
材料在真空状态下淬火。
真空淬火油代号
H
比重(Ib/gal)
7.36
7.2
粘度指数
76
95
粘度(100T)sus
92~95
110~121
着火点(C)
190
热线试验
34.0
31.0
蒸汽压400(133Pa)
0.002
900(133Pa)
0.100
0.0103
1500(133Pa)
2.00
0.45
GM淬火试验(s)
11
17
最高使用温度「C)
60
80
真空油淬时注意的几个问题
1真空油淬压力填充纯N40kP£
~67kPa
2淬火油量:
工件:
油重量1:
10-15,油池比油与工件体积之和大15~20%
3油中不许有水分。
当达0.03%寸,工件变暗;
0.3%时,冷速明显变化。
4真空淬火油的调制。
5工件入油前应充分脱气。
I,
6油温在40~80C使用。
7油应有搅拌。
静止油冷却强度为0.25-0.30;
激烈搅拌油冷却强度为0.8-1.1。
8真空油淬时的高温瞬时渗碳现象。
、为减小工件变形采用的分级冷却
1油冷却到MS点以上T风冷。
2延时油淬,先预冷30-70秒-(1090r)入油。
3风冷至5500-在油中淬火。
4气体分级淬火,气冷到马氏体转变点以上T停风扇-表面温度均匀后再开风扇快冷。
5工件在硝盐浴中等温淬火。
-、真空退火、真空淬火、真空回火及常用金属材料的真空淬火、
回火工艺规范
(1)真空退火目的
获得洁净光亮的表面,省去或减少加工工序;
使金属材料软化,消除内应力和改变结构,提高材料性能。
(2)铜及其合金
青铜真空热处理参数
材料号
真空度(Pa)
退火温度(C)
冷却方式
QSn4-3
QSn4-4-2.5
13.3~1.33
QSn6.5-0.4
QSn4-0.3
600~650
炉冷
QAI9-2
600~750
QAI9-4
700~750
QAI10-3-1.5
650~750
紫铜和黄铜真空热处理参数
镍
800~950
1.3X10-3
铁与铁合金,硅钢,不锈
钢
900
4X10-2
钼
1450
6.7X10-3
钨
1400
-3
6.7X10
钛
810
1.3X10-3
钽
900~950
(4)软磁材料的真空退火
软磁材料与硬磁材料的区别是磁性不同。
矫顽力Hcv10奥斯特为软磁,Hc=10-300奥斯特为半硬磁,Hc>
300奥斯特为硬磁。
目前广泛应用
、于氢气退火和真空退火
①电工纯铁的真空退火
电工钢真空退火工艺曲线
②硅钢片的真空退火
硅钢片真空退火工艺曲线
③Fe-Ni系合金真空退火
常用Fe-Ni软磁材料的真空退火规范
合金
牌号
退火温度
「C)
保温时间(小
时)
(Pa)
1J46
3~6
1J50
1J79
随炉升温
1050~1150
10-1~10-3
100~200C/h冷至300C后快冷
100C出炉
1J51
1~2
1J54
1~10-1
100C/h冷至300C移至冷却室,冷至100C以下出炉
1J80
1100~1150
100~200C/h冷至400C移至冷却室冷至
100C以下出炉
1J85
8~6
100~200C/小时冷至480C后快冷至100C以
下出炉
1J77
100~150C/h冷至500C后,以30~50C/h冷至300C,再快冷到100C出炉。
1J76
100C/h冷至500C后,以10~50C/h冷至300C,再快冷到<
100C出炉。
1J52
100~200C/h冷至600C快冷至300C,<
100C出炉
1J83
3~5
100~200C/h冷至600r再稍快冷至100C以
1J86
100C/h冷至600r后以30~100r/h冷至
300C,vi00r出炉
1J41
2~4
i00r/h冷至600r稍快冷至300r,i00r以
1J42
1J47
i50r/h冷至300~400r后快冷至Vi00r出
炉
④Fe-AI系合金真空退火
常用Fe-AI系软磁合金真空退火规范
(r)
1J16
缓慢升温
950~1150
2
200~150G/h'
炉冷,100r以下出炉
1J13
i00r/h冷至600r,60r/h冷至200r,vi00r出炉。
1J12
1050~1200
2~3
i00~i50r/h冷至500r快冷至200r,vi00r出炉
1J6
i00~i50r/h冷至250r,vi00r出炉
1J8
随炉升温'
700r以后50~200r
1/h一升至
1200~1220
50~i50r/h冷至250r以下,vi00r出炉
软磁合金退火时注意
(a)在高温退火时必须防止工件叠片间和卡具粘合,可以在其间撒布工业氢氧化镁或滑石粉,或经高温下除过气的氧化铝粉撒布其间。
(b)工件不能与石墨接触,最好不用石墨纤维的真空炉中处理。
钢材的真空退火
钢的真空退火工艺参数
退火温度(r)
45
1.3~1.3X
850~870
炉冷或气冷,~300r出炉
0.35~0.6卷钢丝
1.3X10-1
750~800
炉冷或气冷,=200C出炉
40Cr
1.3X10-'
890~910
缓冷,~300r出炉
Cr12MO
以
上
720~750C,等温4~5小时炉冷
W18Cr4V
1.3X10-1
870~890
720~750r,等温4~5小时炉冷
空冷低合金模具钢
1.3
780~870
缓冷
高碳铬冷作模具钢
870~900
缓冷-
W9~18热模具钢
815~900
不锈钢、耐热钢真空退火
奥氏体不锈钢退火温度和真空度
热处理
温度「C)
热变形后去氧化皮代替酸洗退火
900~1050
13.3~1.3
退火
1100
1050-1150
-1-2
1.3X10~0.7X101.3~1.3X10-1
电真空零件退火
950~1000
1.3~4X10-3
带料在电子束设备中退火
23
1.3X10-~1.3X10-
一些不锈钢的退火工艺参数
钢种类型
主要化学成分(质量分数)分析结果(%
退火温度范围
(C)
铁素体类
Cr12~14,CO.08(最多)
630~830
1.3~1.3X10-1
马氏体类
Cr14,C0.4,Cr16~18,
C0.9
830~900
奥氏体类(未稳疋
化)
Cr18,Ni8
1010~1120
奥氏体类(稳疋化)
Cr18,Ni8,N61或Ti
950~1120
-2
1.3X10~1.3X
三、真空淬火
图九真空淬火循环
真空淬火操作过程见图八,先预抽真空到1~1X10-2Pa时开始加热,当保温结束,升压到0.8XlO5Pa,工件油淬或回填到5XlO5Pa进行高压气淬。
各种钢和合金加热时的真空度要求和淬火冷却方式见表二十二。
各种钢和合金加热时的真空度要求和淬火冷却方式
淬火方式
低
中
咼
油
水
气
耐冲击钢
(美)S-