真空热处理工艺.docx

1、真空热处理工艺fe、/./fZ/Z*、/ J/丿I/真空热处理工艺所谓真空热处理是工件在10-110-2 Pa真空介质中进行加热到所需要的温度， 然后在不同介质中以不 同冷却的热处理方法。真空热处理被当代热处理界称为高效、节能和无污染的清洁热处理。真空热处理的零件具有无氧化， 无脱碳、脱气、脱脂，表面质量好，变形小，综合力学性能高，可靠性好等一系列优点。因此，真空热 处理受到国内外广泛的重视和普遍的应用。并把真空热处理普及程度作为衡量一个国家热处理技术水平 的重要标志。真空热处理技术是近四十年以来热处理工艺发展的热点，也是当今先进制造技术的重要领 域。一、真空热处理工艺原理和真空热处理和加热特

2、点（1） 金属在真空状态下的相变特点。在与大气压只差0.1MPa范围内的真空下，固态相变热力学、动力学不产生什么变化。在制订真空 热处理工艺规程时，完全可以依据在常压下固态相变的原理。完全可以参考常压下各种类型组织转变的 数据。 -（2） 真空脱气作用，提高金属材料的物理性能和力学性能。（3） 真空脱脂作用。 -（4） 金属的蒸发：在真空状态下加热，工件表面元素会发生蒸发现象。表一各种金属的蒸气压金属达到下列蒸气压的平衡温度C）熔点（C）10-2 Pa10- Pa1Pa10Pa133 PaCu103511411273142216281038Ag848936104711841353961Be10

3、2911301246139515821284Mg301331343515605651Ca463 528605700817851Ba 1406546629730858717Zn248292323405-419Cd180220264321-321Hg-5.5134882126-38.9Ae80888999611231179660Li377439514607725179Na19523829135643798K12316120726533864In74684095210881260157C22882471268129263214-Si111612231343148516701410Ti12491384

4、15461742-1721Zr166018612001221225491830Sn9221042118913731609232Pb548625718832975328V158617261888207922071697Nb23552539-2415Ta25992820-2996Bi536609693802934271Cr99210901205134215041890Mo209522902533-2625Mn791873980110312511244Fe119513301447160217831535W276730163309-3410Ni125713711510167918841455Pt174

5、419042090231325821774Au119013161465164618671063（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+2O2OO2T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Pa1.33 犬 1041.33X 1031.33 X 1C21.33

6、 X 101.331.33 X 10-11.33X 10-21.33X 10-3托10010110-110-210-310-410-5相对杂质含量%13.21.320.1321.32 X 10-21.32 X10-31.32 X 10-41.32X 10-51.32 X 10-6PP M（百万分比）132013213.21.320.1320.0132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

7、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 900 r以 下）-11101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10-110-2金钛合金10-2咼速钢1000 C以上充66613.3 PaNCu及其合金13313.3 Pa高合金钢回火1.310-2(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0.1 Pa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

8、，如充133Pa,（ 50%N+50%H的氮氢混合气体，其效果比10-210-3Pa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10-3133 Pa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）800900550-6001000-1100550-600800-8501200以上550-600800-8501000-1050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=ax h

9、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）600800100011001200a (分/mm)1.62.20.81.00.30.50.20.4预热情况600 C预热600、800 C 预热600、800、1000 C 预热注：没有预热，直接加热，a应增大1020% t保时间确定钢材碳素工具钢低合金钢咼合金钢t保（分）51010202040七、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N20.8

10、870.702.5X10-60.02691Ar1.3050.692.7640.01770.728He0.1720.722.310.1431.366H20.06360.691.0480.1891.468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99.99599.998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1氮含量氢含量氧含量总碳含量（以甲烷 计）水含量高纯氩气 99.9990.00050.00010.0002 99.

11、99 0.0070.0005 0.00199.9990.00010.000399.9960.0005 0.001COW0.0005CO20.0005CH40.0005W 0.0005工 业 用 气 态 氮I类-99.5- 0.5-露点W-43 Cn类I 级-99.5- 0.5-游离水W100ml/瓶n类n 级-98.5- 1.5-游离水W100ml/瓶氢气- 99.99COWW 0.003注：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

12、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 ） md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0.62-0.805w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

13、）盐浴550 r350-450液态床400-500丨油2080C不流动1000-1500油2080C搅拌循环的1800-2200水 1525r3000-3500空气、无强力循环50-801000毫巴（1X 105Pa） M循环的100-1506X 105PaN快速循环300-40010X105 PaN快速循环400-5006X 105 PaHe快速循环400-50010X 105PaHe快速循环550-65020 X 105PaHe快速循环900-10006X 105PaH快速循环450-60010X 105PaH快速循环-75020 X 105PaH快速循环-1300220040 X 10P

14、aH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-1ZZ-2粘度（cst ） 50C20255055闪点C）不低于170210凝点C）不高于-10-10水份（%无无 残碳（%不大于0.08酸值（mgkoH/g0.50.7饱和蒸气压20 C （133Pa）5X 10-55X 10-5热氧化安定性合格合格冷却性能特性温度（C）600620 ,580600特性时间（s）3.03.513.04.0800C冷至400C时间（s）55.567.5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）,

15、mm/s32 4280 90GB/T265闪点（开口），C180220GB/T3536倾点，C-10-10GB/T3535冷却特性特性温度800400 C时间6005.55857.5SH/T0220注：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、

16、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 ）7.367.2粘度指数7695粘度（100T） sus9295110121着火点（C）170190热线试验34.031.0蒸汽压 400( 133Pa)0.0020.0001900( 133 Pa)0.1000.01031500( 133 Pa)2.000.45GM淬火试验(s)1117最高使用温度C)6080真空油淬时注意的几个问题1真空油淬压力填充纯N40k P67k Pa2淬火油量：工件：油

17、重量1: 10-15,油池比油与工件体积之和大1520%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4080C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

18、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QSn 4-3QSn 4-4-2.513.31.33600QSn 6.5-0.4QSn 4-0.3600650炉冷QAI9-2600750QAI9-413.31.33700750QAI10-3-1.5650750紫铜和黄铜真空热处理参数镍8009501.3 X 10-3铁与铁合金，硅钢，不锈钢 9004X 10-2钼 14506.7 X10-3钨 1400-36.7

19、 X 10钛8101.3 X10-3钽9009501.3 X10-3(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Hcv 10奥斯特为软磁，Hc=10-300奥斯特为半硬磁，Hc300奥斯特为硬磁。目前 广泛应用、于氢气退火和真空退火电工纯铁的真空退火电工钢真空退火工艺曲线硅钢片的真空退火硅钢片真空退火工艺曲线Fe-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)真空度(Pa)冷却方式1J46361J501J79随炉升温1050115010-110-3100200C /h冷至300 C后快冷 100C出炉1J511121J54随炉

20、升温110-1100C /h冷至300C移至冷却室，冷至100C 以下出炉1J8011001150100200C /h冷至400C移至冷却室冷至100C以下出炉1J85随炉升温8610-110-3100200C /小时冷至480C后快冷至100C以下出炉1J7711001200110-1100150C /h 冷至 500 C 后，以 3050C /h 冷 至300C，再快冷到100C出炉。1J76随炉升温11001150100C /h 冷至 500C 后，以 1050C /h 冷至 300C，再快冷到 100C出炉。1J52随炉升温1210-110-3100200C /h 冷至 600C快冷至

21、 300C，10501150100C出炉1J8335100200C /h冷至600r再稍快冷至100C以下出炉1J86随炉升温1100120086100C/h 冷至 600r后以 30100r /h 冷至300C,v i00r出炉1J4124110-1i00r /h冷至600r稍快冷至300r, i00r以1J42随炉升温下出炉1J47110011501210-110-3i50r /h冷至300400r后快冷至V i00r出炉Fe-AI系合金真空退火常用Fe-AI系软磁合金真空退火规范合金牌号退火温度(r)保温时 间(小时)真空度(Pa)冷却方式1J16缓慢升温9501150210-110-3

22、200150G/h炉冷，100r以下出炉111J13随炉升温9009502i00r/h 冷至 600r, 60r/h 冷至 200r,v i00r出炉。1J12随炉升温1050120023i00i50r/h 冷至 500r快冷至 200r,v i00r出炉1J6i00i50r/h 冷至 250r,v i00r出炉1J8随炉升温700 r以后 50200r1 /h 一升至1200122050i50r/h 冷至 250r 以下，v i00r 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

23、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材料真空度(Pa)退火温 度(r)冷却方式451.31.3 X850870炉冷或气冷， 300r出炉100.35 0.6卷钢丝1.3 X 10-1750800炉冷或气冷，=200C出炉40Cr1.3 X 10-890910缓冷， 300r出炉Cr12MO1.3 X 10-以上850870720750C，等温45小时炉冷W18Cr4V1.3 X10-1870890720750r，等温45小时炉冷空冷低合金模具 钢1.3780870缓冷高碳铬冷作模具 钢1.3870900缓冷 -W918热模具钢1.3815900缓冷不锈

24、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）真空度（Pa）热变形后去氧化皮代替酸洗 退火900105013.31.3退火11001050-1150-1 -21.3 X 10 0.7 X 10 1.31.3 X 10-1电真空零件退火95010001.3 4X 10-3带料在电子束设备中退火105011502 31.3 X 10- 1.3 X 10-一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）真空度（Pa）铁素体类Cr1214, CO.08（最多）6308301.31.3 X 10-1马氏体类Cr14，C0.4，Cr1618,C0.98309001.31.3 X 10-1奥氏体类（未稳疋化）Cr18，Ni8101011201.31.3 X 10-1奥氏体类（稳疋化）Cr18，Ni8，N61 或 Ti9501120-21.3 X 10 1.3 X10-3三、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11X 10-2Pa时开始加热，当保温结束，升压到0.8 X lO5Pa, 工件油淬或回填到5X lO5Pa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材料真空度淬火方式低中咼油水气耐冲击钢（美）S-