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真空熱處理與傳統熱處理比較

什麽是熱處理?
熱處理是指材料在固態下,通過加熱、保溫和冷卻的手段,以獲得預期組織和性能的一種金屬熱加工工藝。在從石器時代進展到銅器時代和鐵器時代的過程中,熱處理的作用逐漸爲人們所認識。
熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個過程,有時只有加熱和冷卻兩個過程。這些過程互相銜接,不可間斷。加熱是熱處理的重要工序之一。金屬熱處理的加熱方法很多,最早是采用木炭和煤作爲熱源,近而應用液體和氣體燃料。電的應用使加熱易于控制,且無環境汙染。利用這些熱源可以直接加熱,也可以通過熔融的鹽或金,以至浮動粒子進行間接加熱。金屬加熱時,工件暴露在空氣中,常常發生氧化、脫碳(即鋼鐵零件表面碳含量降低),這對于熱處理後零件的表面性能有很不利的影響。因而金屬通常應在可控氣氛或保護氣氛中、熔融鹽中和真空中加熱,也可用塗料或包裝方法進行保護加熱。加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數之一,選擇和控制加熱溫度,是保證熱處理質量的主要問題。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異,但一般都是加熱到相變溫度以上,以獲得高溫組織。另外轉變需要一定的時間,因此當金屬工件表面達到要求的加熱溫度時,還須在此溫度保持一定時間,使內外溫度一致,使顯微組織轉變完全,這段時間稱爲保溫時間。采用高能密度加熱和表面熱處理時,加熱速度極快,一般就沒有保溫時間,而化學熱處理的保溫時間往往較長。
冷卻也是熱處理工藝過程中不可缺少的步驟,冷卻方法因工藝不同而不同,主要是控制冷卻速度。一般退火的冷卻速度最慢,正火的冷卻速度較快,淬火的冷卻速度更快。但還因鋼種不同而有不同的要求,例如空硬鋼就可以用正火一樣的冷卻速度進行淬硬。
熱處理的工藝過程
  • 1. 正火:将钢材或钢件加热到临界点AC3或ACM以上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却,得到珠光体类组织的热处理工艺。
  • 2. Annealing:将亚共析钢工件加热至AC3以上20—40度,保温一段时间后,随炉缓慢冷却(或埋在砂中或石灰中冷却)至500度以下在空气中冷却的热处理工艺。
  • 3. 固溶热处理:将合金加热至高温单相区恒温保持,使过剩相充分溶解到固溶体中,然后快速冷却,以得到过饱和固溶体的热处理工艺。
  • 4. 时效:合金经固溶热处理或冷塑性形变后,在室温放置或稍高于室温保持时,其性能随时间而变化的现象。
  • 5.固溶處理:使合金中各種相充分溶解,強化固溶體並提高韌性及抗蝕性能,消除應力與軟化,以便繼續加工成型。
  • 6. 时效处理:在强化相析出的温度加热并保温,使强化相沉淀析出,得以硬化,提高强度。
  • 7. 淬火:将钢奥氏体化后以适当的冷却速度冷却,使工件在横截面内全部或一定的范围内发生马氏体等不稳定组织结构转变的热处理工艺。 
  • 8. 回火:将经过淬火的工件加热到临界点AC1以下的适当温度保持一定时间,随后用符合要求的方法冷却,以获得所需要的组织和性能的热处理工艺。
  • 9. 钢的碳氮共渗:碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程。习惯上碳氮共渗又称为氰化,以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗(即气体软氮化)应用较为广泛。中温气体碳氮共渗的主要目的是提高钢的硬度,耐磨性和疲劳强度。低温气体碳氮共渗以渗氮为主,其主要目的是提高钢的耐磨性和抗咬合性。
  • 10. 调质处理(quenching and tempering):一般习惯将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。调质处理广泛应用于各种重要的结构零件,特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。调质处理后得到回火索氏体组织,它的机械性能均比相同硬度的正火索氏体组织更优。它的硬度取决于高温回火温度并与钢的回火稳定性和工件截面尺寸有关,一般在HB200—350之间。
熱處理的工藝特點
金屬熱處理是機械制造中的重要工藝之一,與其他加工工藝相比,熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學成分,而是通過改變工件內部的顯微組織,或改變工件表面的化學成分,賦予或改善工件的使用性能。其特點是改善工件的內在質量,而這一般不是肉眼所能看到的。
爲使金屬工件具有所需要的力學性能、物理性能和化學性能,除合理選用材料和各種成形工藝外,熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機械工業中應用最廣的材料,鋼鐵顯微組織複雜,可以通過熱處理予以控制,所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內容。另外,鋁、銅、鎂、钛等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學、物理和化學性能,以獲得不同的使用性能。
熱處理的工藝分類
金屬熱處理工藝大體可分爲整體熱處理、表面熱處理和化學熱處理三大類。根據加熱介質、加熱溫度和冷卻方法的不同,每一大類又可區分爲若幹不同的熱處理工藝。同一種金屬采用不同的熱處理工藝,可獲得不同的組織,從而具有不同的性能。鋼鐵是工業上應用最廣的金屬,而且鋼鐵顯微組織也最爲複雜,因此鋼鐵熱處理工藝種類繁多。整體熱處理是對工件整體加熱,然後以適當的速度冷卻,獲得需要的金相組織,以改變其整體力學性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。
表面淬火回火熱處理
表面淬火回火熱處理通常用感应加热或火焰加热的方式进行。主要技术参数是表面硬度、局部硬度和有效硬化层深度。硬度检测可采用维氏硬度计,也可采用洛氏或表面洛氏硬度计。试验力(标尺)的选择与有效硬化层深度和工件表面硬度有关。这里涉及到三种硬度计。一、维氏硬度计是测试热处理工件表面硬度的重要手段,它可选用0.5~100kg的试验力,测试薄至0.05mm厚的表面硬化层,它的精度是的,可分辨出热处理工件表面硬度的微小差别。另外,有效硬化层深度也要由维氏硬度计来检测,所以,对于进行表面热处理加工或大量使用表面热处理工件的单位,配备一台维氏硬度计是有必要的。二、表面洛氏硬度计也是十分适于测试表面淬火工件硬度的,表面洛氏硬度计有三种标尺可以选择。可以测试有效硬化深度超过0.1mm的各种表面硬化工件。尽管表面洛氏硬度计的精度没有维氏硬度计高,但是作为热处理工厂质量管理和合格检查的检测手段,已经能够满足要求。况且它还具有操作简单、使用方便、价格较低,测量迅速、可直接读取硬度值等特点,利用表面洛氏硬度计可对成批的表面热处理工件进行快速无损的逐件检测。这一点对于金属加工和机械制造工厂具有重要意义。三、当表面热处理硬化层较厚时,也可采用洛氏硬度计。当热处理硬化层厚度在0.4~0.8mm时,可采用HRA标尺,当硬化层厚度超过0.8mm时,可采用HRC标尺。维氏、洛氏和表面洛氏三种硬度值可以方便地进行相互换算,转换成标准、图纸或用户需要的硬度值。相应的换算表在国际标准ISO、美国标准ASTM和中国标准GB/T中都已给出。
局部淬火熱處理
零件如果局部硬度要求较高,可用感应加热等方式进行局部淬火熱處理,这样的零件通常要在图纸上标出局部淬火熱處理的位置和局部硬度值。零件的硬度检测要在指定区域内进行。硬度检测仪器可采用洛氏硬度计,测试HRC硬度值,如热处理硬化层较浅,可采用表面洛氏硬度计,测试HRN硬度值。
化學熱處理
化學熱處理是使工件表面渗入一种或几种化学元素的原子,從而改变工件表面的化学成分、组织和性能。经淬火和低温回火后,工件表面具有高的硬度、耐磨性和接触疲劳强度,而工件的芯部又具有高的强韧性。
熱處理的常見問題
過熱
管件法蘭粗糙口上可观察到淬火后的显微组织過熱。但要确切判断其過熱的程度必须观察显微组织。若在GCr15钢的淬火组织中出现粗针状马氏体,则为淬火過熱组织。形成原因可能是淬火加热温度过高或加热保温时间太长造成的全面過熱;也可能是因原始组织带状碳化物严重,在两带之间的低碳区形成局部马氏体针状粗大,造成的局部過熱。過熱组织中残留奥氏体增多,尺寸稳定性下降。由于淬火组织過熱,钢的晶体粗大,会导致零件的韧性下降,抗冲击性能降低,轴承的寿命也降低。過熱严重甚至会造成淬火裂紋。
欠熱
淬火温度偏低或冷却不良则会在显微组织中产生超过标准规定的托氏体组织,称为欠熱组织,它使硬度下降,耐磨性急剧降低,影响托辊配件轴承寿命。
淬火裂紋
高或冷却太急,热应力和金属质量体积变化时的组织应力大于钢材的抗断裂强度;工作表面的原有缺陷(如表面微细裂纹或划痕)或是钢材内部缺陷(如夹渣、严重的非金属夹杂物、白点、缩孔残余等)在淬火时形成应力集中;严重的表面脫碳和碳化物偏析;零件淬火后回火不足或未及时回火;前面工序造成的冷冲应力过大、锻造折叠、深的车削刀痕、油沟尖锐棱角等。总之,造成淬火裂紋的原因可能是上述因素的一种或多种,内应力的存在是形成淬火裂紋的主要原因。淬火裂紋深而细长,断口平直,破断面无氧化色。它在轴承套圈上往往是纵向的平直裂纹或环形开裂;在轴承钢球上的形讖男S形、T形或环型。淬火裂紋的组织特征是裂纹两侧无脱碳现象,明显区别与锻造裂纹和材料裂纹。
熱處理變形
管件和法蘭在热处理时,存在有热应力和组织应力,这种内应力能相互叠加或部分抵消,是复杂多变的,因为它能随着加热温度、加热速度、冷却方式、冷却速度、零件形状和大小的变化而变化,所以熱處理變形是难免的。认识和掌握它的变化规律可以使管件和法蘭的变形(如套圈的椭圆、尺寸涨大等)置于可控的范围,有利于生产的進行。當然在熱處理過程中的機械碰撞也會使零件産生變形,但這種變形是可以用改進操作加以減少和避免的。
表面脫碳
管件和法蘭在热处理过程中,如果是在氧化性介质中加热,表面会发生氧化作用使零件表面碳的质量分数减,造成表面脫碳。表面脫碳层的深度超过最后加工的留量就会使零件报废。表面脫碳层深度的测定在金相检验中可用金相法和显微硬度法。以表面层显微硬度分布曲线测量法为准,可做仲裁判据。软点加热不足,冷却不良,淬火操作不当等原因造成的托辊管件和法蘭表面局部硬度不够的现象称为淬火软点。它象表面脫碳一样可以造成表面耐磨性和疲劳强度的严重下降。
什麽是真空熱處理?
真空热处理是真空技术与热处理技术相结合的新型热处理技术,真空热处理所处的真空环境指的是低于一个大气压的气氛环境,包括低真空、中等真空、高真空和超高真空,真空热处理实际也属于气氛控制热处理。真空热处理是指热处理工艺的全部和部分在真空状态下进行的,热处理质量大大提高。与常规热处理相比,真空热处理的同时,可实现无氧化、无脱碳、无渗碳,可去掉工件表面的磷屑,并有脱脂除气等作用,從而达到表面光亮净化的效果。
真空熱處理的技術分類
真空高壓氣冷淬火技術
当前真空高壓氣冷淬火技術发展较快,相继出现了负压高流率气冷、加压气冷、高压气冷、超高压一气冷等新技术,不但大幅度提高了真空气冷淬火能力,且淬火后工件表面光亮度好,变形小,还有高效、节能、无污染等优点。
真空高壓氣冷淬火的用途是材料的淬火和回火,不鏽鋼和特殊合金的固溶、時效,離子滲碳和碳氮共滲,以及真空燒結,釺焊後的冷卻和淬火。
用高壓氮氣冷卻淬火時、被冷卻的負載只能是松散型的,高速鋼可淬透至70~100mm,高合金熱作模具鋼可達25~100mm。
用1000kPa高壓氮氣冷卻淬火時,被冷卻負載可以是密集型的,比600kPa冷卻時負載密度提高約30%~4O%。
用2000kPa超高壓氮氣或氦氣和氮氣的混合氣冷卻淬火時,被冷卻負載是密集的並可捆綁在一起。其密度較600kPa氮氣冷卻時提高80%~150%,可冷卻所有的高速鋼、高合金鋼、熱作工模具鋼及鉻鋼和較多的合金油淬鋼,如較大尺寸的錳鋼。
具有單獨冷卻室的雙室氣冷淬火爐的冷卻能力優于相同類型的單室爐。200kPa氮氣冷卻的雙室爐的冷卻效果和400kPa的單室爐相當。但運行成本、維修成本低。由于我國基礎材料工業(石墨、钼材等)和配套元器件(電動機)等水平有待提高。所以在提高600kPa單室高壓真空護質量的同時,發展雙室加壓和高壓氣冷淬火爐比較符合中國的國情。
真空滲氮技術
真空渗氮是使用真空炉对钢铁零件进行整体加热、充入少量气体,在低压状态下产生活性氮原子渗入并向钢中扩散而实现硬化的;而离子渗氮是靠晖光放电产生的活性N离子轰击并仅加热钢铁零件表面,发生化学窂摩生成核化物实现硬化的。
真空渗氛时,将真空炉排气至较高真空度0.133Pa后,将工件升至,530~560℃,同时送入氨气或复合气体,并对各种气体的送入量进行精确控制,炉压控制在0.667Pa,低压状态能加快工件表面的气体交换,活跃的N元素(或N,C)来自化学窂摩及氨气,保温3~5h后,用炉内惰性气体进行快速冷却。不同的材質,经此处理后可得到渗层深为20~80μm、硬度为600~1500HV的硬化层。
真空渗氮有人称为真空排气式氮碳共渗,其特点是通过真空技术,使金属表面活性化和清净化。在加热、保温、冷却的整个热处理过程中,不纯的微量气体被排出,含活性物质的纯净复合气体被送入,使表面层相结构的调整和控制、质量的改善、效率的提高成为可能。经X射线衍射分析证实,真空渗氮处理后,渗层中的化合物层是ε单相组织,没有其他脆性存在,所以硬度高,韧性好,分布也好。“白层”单相ε化合物层可达到的硬度和材質成分有关。材質中含铬量越高,硬度也呈增加趋势。铬13%时,硬度可达到1200HV;含铬18%(质量分数,余同)时,硬度可达 1500HV;含铬25%时,硬度可达1700HV。无脆性相的单相ε化合物层的耐磨性比气体氮碳共渗组织的耐磨性高,抗摩擦烧伤、抗热胶合、抗熔敷、抗熔损性能都很优异。但该“白层”的存在对有些模具和零件也有不利之处,易使锻模在锻造初期引起龟裂,焊接修补时易生成针孔。真空渗氮还有一个优点,就是通过对送入炉内的含活化物质的复合气体的种类和量的控制,可以得到几乎没有化合物层(白层),而只有0.1-1mm扩散层的组织。其原因可能是在真空炉排气至 0.133Pa后形成的,另一个原因是带有活性物质的复合气体在短时间内向钢中扩散形成的组织。这种组织的优点是耐热冲击性、抗龟裂性能优异。因而对实施高温回火的热作模具,如用高速钢钢制模具可以得到表面硬度高、耐磨性好、耐热冲击性好、抗龟裂而又有韧性的综合性能;但仅有扩散层组织时,模具的抗咬合性、耐熔敷、熔损性能不够好。由于模具或机械零件的服役条件和对性能的要求不一,在进行表面热处理时,必需调整表面层的组织和性能。真空渗氮除应用于工模具外,对提高精密齿轮和要求耐磨耐蚀的机械零件以及弹簧等的性能都有明显效果,可接受处理的材質也比较广泛。
真空高壓氣冷等溫淬火
形状复杂的较大工件從高温连续进行快速冷却时容易产生变形甚至裂纹。以往可用盐浴等温淬火解决。在单室真空高压气冷淬火炉中能否进行气冷等温淬火呢?在带有对流加热功能的单室高压气冷淬火炉中对两组φ320mm×120mm两块叠装的碳素结构钢用不同冷却方式淬火后的对化结果。一组是在1020℃加热后,在600kPa压力下连续用高纯氮气冷却(风向是上、下相互交替,40s切换一次)的结果。另一组是对试样表面、心部进行 370℃时的控制冷却。從两组曲线的对比可以看出,心部温度通过500℃的时间(半冷时间)只差约2min。從表面进行控制冷却开始到心部温度到达 370℃附近,需27min。由此可见,在单室真空高压气淬火炉进行等温气冷淬火是可行的。
真空清蠌碾干燥技术
目前有的熱處理還離不開清洗幹燥工序,尤其需油冷的各類熱處理,清洗幹燥的任務更繁重、難度也更大。國際上使用效果最佳的清洗劑是鹵素系清洗劑。發達國家,如日本使用的鹵素系清洗劑的比例如表1所示。其中三氯乙烷、氟裏昂因屬破壞大氣臭氧層物質,已被禁止使用。其他鹵素系物質也因對生態環境、人、畜有害而被限制使用。所以各國都在研究各種替代型的清洗幹燥技術。
真空熱處理的處理工藝
真空熱處理的工藝發展
熱處理的發展是伴隨著機械制造業的發展而發展,機械制造又對熱處理提出了更新更高的要求,模具的熱處理又是熱處理中技術含量最高的部分。
衆所周知,模具熱處理就是爲了發揮模具材料的潛力,提高模具的使用性能。模具的性能必須滿足:高的強度,(包括高溫強度,抗冷熱疲勞性能)高的硬度(耐磨性能)和高的韌性,並且還要求有良好的機械加工性、(包括良好的抛光性)可焊接性及抗腐蝕性等等。
对模具寿命影响最大的是模具的设计(包括了正确的选择材料)模具的材料,模具的热处理,模具的使用和维护等。如果模具的设计合理,材料优质,那么热处理的好坏直接决定了模具的使用寿命。目前国内外都在设法采用更先进的热处理手段来提高模具的性能延长模具的使用寿命。而真空热处理则是模具热处理中较先进的方式之一。所以從模具热处理来看,热处理加工设备的状态、热处理的工艺、生产过程的控制显得尤为重要。而设备的先进性是保证先进工艺实现的前提。真空高压气淬炉是实现真空热处理最为理想的设备。真空炉具有不脱碳,不氧化的效果,具有温度均匀,加热和冷却速度可控,可以实现不同的工艺过程,真空炉由于没有污染,是国际上公认的“绿色热处理”。现在国际上已有2-20bar的真空高压气淬炉,可以完全满足模具的真空热处理的要求。
模具热处理过程中,所采用的工艺参数对模具性能也有着至关重要的影响:它包括了加热温度、加热速度、保温时间、冷却方式、冷却速度等。正确的热处理工艺参数可以保证模具获得最佳性能,反之,将产生不良甚至严重后果。实践表明,正确的热处理工艺可以获得优良的组织,优良的组织形态才能保证优良的机械性能。合适的工艺方法可以有效的控制模具热处理时的变形和开裂。從实践中发现:模具在加热和冷却过程中,模具表面温度和心部温度的差异(加热的不均匀性和冷却的不均匀性)是造成模具变形的主要因素。(真空炉具有控制加热速度和冷却速度的能力)。不同的工艺方法可以使模具满足不同的使用条件和不同的性能要求。
總而言之,真空高壓氣淬工藝具有加熱和冷卻速度自由控制的優點,可以編制不同的工藝參數,得到預想的金相組織和性能。
真空熱處理的工藝原理
  • (1)金屬在真空狀態下的相變特點。在與大氣壓只差0.1MPa範圍內的真空下,固態相變熱力學、動力學不産生什麽變化。在制訂真空熱處理工藝規程時,完全可以依據在常壓下固態相變的原理。完全可以參考常壓下各種類型組織轉變的數據。
  • (2)真空脫氣作用,提高金屬材料的物理性能和力學性能。
  • (3)真空脫脂作用。
  • (4)金屬的蒸發:在真空狀態下加熱,工件表面元素會發生蒸發現象。
  • (5)表面淨化作用,實現少無氧化和少無脫碳加熱。
  • (6)金屬實現無氧化加熱所需的真空度。
真空熱處理的加熱特點
  • 1)真空熱處理的優越性。真空熱處理是和可控氣氛並駕齊驅的應用面很廣的無氧化熱處理技術,也是當前熱處理生産技術先進程度的主要標志之一。真空熱處理不僅可實現鋼件的無氧化、無脫碳,而且還可以實現生産的無汙染和工件的少畸變,因而它還屬于清潔和精密生産技術範疇。目前它已成爲工模具生産中不可替代的先進技術。
  • (2)真空熱處理工藝。工件畸變小是真空熱處理的一個非常重要的優點。據國內外經驗,工件真空熱處理的畸變量僅爲鹽浴加熱淬火的三分之一。研究各種材料、不同複雜程度零件的真空加熱方式和各種冷卻條件下的畸變規律,並用計算機加以模擬,對于推廣真空熱處理技術具有重要意義。真空加熱、常壓或高壓氣冷淬火時氣流均勻性對零件淬硬效果和質量分散度有很大影響。采用計算機模擬手段研究爐中氣流循環規律,對于改進爐子結構變具有重要意義。真空滲碳是實現高溫滲碳的最可能的方式。但在高溫下長時間加熱會使大多數鋼種的奧氏體晶粒度長得很大,對于具體鋼材高溫滲碳,重新加熱淬火對材料和工件性能的影響規律加以研究,對優化真空滲碳、冷卻、加熱淬火工藝和設備是很有必要的。近幾年,國際上有研究開發使用氣體燃料的燃燒式真空爐的動向。在真空爐中采用氣體燃料加熱的困難太多,雖然有節約能源的說法,但不一定是一個重要的發展方向。
  • (3)真空熱處理爐。現代真空熱處理爐是指可施行元件的真空加熱,然後在油中淬火或在常壓和加壓氣體中淬火的冷壁式爐子。研究開發這種類型的設備是一項綜合性強、跨學科、牽涉到很多科技領域的工作。
真空熱處理的主要應用
零件经真空热处理后,畸变小,质量高,且工艺本身操作灵活,无公害。因此真空热处理不仅是某些特殊合金热处理的必要手段,而且在一般工程用钢的热处理中也获得应用,特别是工具、模具和精密耦件等,经真空热处理后使用寿命较一般热处理有较大的提高。例如某些模具经真空热处理后,其寿命比原来盐浴处理的高40~400%,而有许多工具的寿命可提高3~4倍左右。此外,真空加热炉可在较高温度下工作,且工件可以保持洁净的表面,因而能加速化學熱處理的吸附和窂摩过程。因此,某些化學熱處理,如渗碳、渗氮、渗铬、渗硼,以及多元共渗都能得到更快、更好的效果。
真空熱處理與傳統熱處理比較
真空熱處理幾乎可實現全部熱處理工藝,如淬火、退火、回火、滲碳、滲鉻、氮化,在淬火工藝中可實現氣淬、油淬、硝鹽淬火、水淬等,它與普通熱處理相比較具有以下優點。
1、不氧化、不脫碳、不增碳對工件內部和表面有良好的保護作用
氧化使金屬表面失去金屬光澤,表面粗糙度增加,精度下降,並且鋼表面氧化皮往往是造成淬火軟點和淬火開裂的根源,氧化使鋼件強度降低,其他力學性能下降。而脫碳(見圖1)是指鋼在加熱時表面碳含量降低的現象。
Fig. 1 decarbonization
图1 脱碳
一般情況下,鋼的氧化脫碳同時進行,脫碳層由于被氧化,碳含量降低會明顯降低鋼的淬火硬度、耐磨性、及疲勞性能,高速鋼脫碳會降低紅硬性(如圖2)。
Figure 2 decarburization of high speed steel
图2 高速钢脱碳
而真空热处理由于金属是在一定的真空度下加热,工件避免了与氧气接触,工件没有氧化,无脱碳,可以得到光亮的表面及较好的热处理质量,同时在真空状态下,也不会发生还原窂摩,也就不会发生增碳现象。從下面工件表面添加保护剂后与真空淬火时的金相图比较,可较明显看到真空热处理的优势所在。如图3、图4所示:
Fig. 3. Quenching and tempering treatment after carburizing of 40Cr, martensite Level 3, retained austenite Level 2, a small amount of granular carbide level 1, the martensite structure of surface layer and sub surface layer is different.
圖3. 40Cr滲碳後淬火、回火處理,馬氏體3級,殘余奧氏體2級,少量顆粒狀碳化物1級,表層及次表層馬氏體組織粗細有別。
图4. 40Cr真空淬火 组织为中碳马氏体以及少量黑色条状回火马氏体。加热均匀,表面无氧化脱碳。
图4. 40Cr真空淬火 组织为中碳马氏体以及少量黑色条状回火马氏体。加热均匀,表面无氧化脱碳。
2、提高整體機械性能、脫氣和促進金屬表面的淨化作用
真空对液态金属有明显的除气效果,对固态金属中溶解的气体也有很好的排除作用。金属中最有害的气体是氢。采用真空加热时,可使金属和合金中的氢迅速降至最低程度,消除氢脆,從而提高材料的塑性、韧性和疲劳强度,提高了工件的整体机械性能。金属和合金在真空中加热时,如果真空度低于相应氧化物的分解压力,这种氧化物就会发生分解,形成的游离氧立即被排出真空室,使金属表面质量,进一步改善,甚至使表面达到活化状态,起到净化作用。
3、工件變形小
一般来说,被处理的工件在炉内靠热辐射加热,内外温差较小,热应力小,因而决定了真空热处理工艺处理的零件变形小,同时在真空下加热和在真空下淬火,自动完成,避免了热态下工件在空气中的搬运(盐浴处理及气氛保护处理虽在绝氧的环境里加热,但仍在空气或含有氧分子的淬火介质中完成淬火),减少了人为加工变形。如Cr12MoV材質的滚丝轮,分别真空热处理和盐浴处理,真空热处理比盐浴处理变形量小70%,产品合格率高。
4、可減少工件含金元素揮發性
真空热处理能在可控气氛下加热和真空淬火,從而减少了工件含金元素挥发性,保证了工件的热处理质量。
5、真空熱處理的價格高
因爲設備貴,耗能多;每爐重量小是因爲真空腔體小,容易抽真空。
6、工件抗氧化和耐腐蝕性強
真空熱處理後的工件比普通熱處理工件抗氧化和耐腐蝕性強,且微觀結構更爲致密。
7、其他
真空熱處理爐熱效率高,可實現快速升溫和降溫;穩定性和重複性好。工作環境好,操作安全,沒有汙染和公害。
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