真空熱處理制定原則

真空熱處理設(shè)備始于20世紀(jì)20年代，但是其真正發(fā)展還是從20世紀(jì)六七十年代開始的，主要是因當(dāng)時(shí)市場(chǎng)的需求及石墨技術(shù)的研究發(fā)展。

真空熱處理的工作環(huán)境其實(shí)是指低于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（1.013×10⁵Pa），包括低真空(10⁵~10²Pa)、中真空(10²~10^-1Pa)、高真空(10^-1~10^-5Pa)、超高真空(<10^-5Pa)。

真空熱處理相對(duì)來(lái)說(shuō)也是可控氣氛熱處理,只是其工作環(huán)境空氣極其稀薄，工件在真空狀態(tài)加熱可以避免常規(guī)普通熱處理的氧化、脫碳，避免氫脆，變形量相對(duì)較小，提高材料零部件的綜合力學(xué)性能。經(jīng)真空熱處理后的部件壽命通常是普通熱處理的壽命的幾 十倍，甚至幾百倍。

制定真空熱處理工藝的主要內(nèi)容是:確定加熱 制度(溫度、時(shí)間及方式)決定真空度和氣壓調(diào)節(jié), 選擇冷卻方式和介質(zhì)等。

1、加熱溫度

真空加熱有兩大特點(diǎn),一是在極稀薄的氣氛中加熱，避免了在空氣中加熱產(chǎn)生的氧化、脫碳、侵蝕等現(xiàn)象；另一特點(diǎn)是真空狀態(tài)下的傳熱是單一輻射傳熱，其傳熱能力E與絕對(duì)溫度T的四次方成正比, 即E=C（T/100）4。由此可知，在真空狀態(tài)下、尤其在低溫階段，升溫緩慢，從而使工件表面與心部之間的溫差減小熱應(yīng)力小,工件變形也小。加熱溫度的選取對(duì)工件質(zhì)量至關(guān)重要，在制定工藝時(shí)，根據(jù)工件的技術(shù)要求、服役條件和性能要求，找出最佳的加熱溫度，在不影響性能且考慮減小變形的情況下，盡量選用下限溫度。

2、保溫時(shí)間 

保溫時(shí)間的長(zhǎng)短，取決于工件的尺寸形狀及裝爐量的多少。一般資料中介紹的傳統(tǒng)加熱保溫時(shí)T按下式確定：

T1=30+（1.5-2）D 

T2=30+（1.0-1.5）D

T3=20+（0.25-0.5）D 

式中：D為工件有效厚度(mm)；

T1為第一次預(yù)熱時(shí)間(min);

T2為第二次預(yù)熱時(shí)間(min);

T3為最終保溫時(shí)間(min)。 

實(shí)際上，在一爐中往往同時(shí)裝有若干形狀尺寸不同的工件，這就需要進(jìn)行綜合考慮。我們按照工件的大小、形狀、擺放方式及裝爐量，確定保溫時(shí)間，同時(shí)還考慮到，真空加熱主要是靠高溫輻射，低溫加熱時(shí)(600℃以下)工件溫升非常緩慢此時(shí)在工件無(wú)特殊變形要求時(shí)，應(yīng)使第一次預(yù)熱和第二次預(yù)熱的時(shí)間盡量縮短，并提高預(yù)熱溫度，因?yàn)榈蜏乇貢r(shí)間再長(zhǎng)，升溫后工件心部要達(dá)到表面溫度還是需要一定時(shí)間。根據(jù)真空加熱原理提高預(yù)熱溫度，可減少工件內(nèi)外溫差，使預(yù)熱時(shí)間縮短，而最終的保溫時(shí)間應(yīng)該適當(dāng)延長(zhǎng)，使得鋼中的碳化物充分溶解。這樣，既保證了質(zhì)量，也提高了工作效率。保溫時(shí)間的長(zhǎng)短還與下列因素有關(guān): 

①裝爐量：工件尺寸相同時(shí)裝爐量大,則透燒的時(shí)間應(yīng)延長(zhǎng)；反之，則應(yīng)縮短。

②工件擺放形式：由于真空爐是輻射加熱，一般說(shuō)來(lái)，如果工件形狀相同，應(yīng)盡量使工件擺放整齊，避免遮擋熱輻射，并留出一定的擺放空隙（<D），以保證工件能夠受到最大的熱輻射；對(duì)不同工件同裝一爐，除按最大工件計(jì)算保溫時(shí)間外，還要增加透燒時(shí)間。當(dāng)擺放空隙<D時(shí)，所得的經(jīng)驗(yàn)公式為T1=T2=T3=0.4G+D，式中G為裝爐量(kg)，其余各符號(hào)的意義同前。 

另外，對(duì)于小工件（有效厚度D≤20mm），或是工件之間的擺放空隙≥D，保溫時(shí)間可以減少：

T1=T2=0.1G+D 

T3=0.3G+D 

對(duì)于大工件（有效厚度D≥100mm），最后的保溫時(shí)間可以減少 T1=T2=T3=0.4G+0.6D

③加熱溫度：加熱溫度高，可縮短保溫時(shí)間。

3、冷卻時(shí)間

①預(yù)冷：對(duì)于高溫淬火的中小零件，還注意到由熱室進(jìn)入冷室后，在淬火前是否進(jìn)行預(yù)冷，將影響淬火變形。其規(guī)律是：由熱室進(jìn)入冷室后，直接進(jìn)行油冷或氣冷，將導(dǎo)致尺寸變化；如果進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)冷，則可保持熱處理前的尺寸不變；但若預(yù)冷時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，將會(huì)導(dǎo)致工件尺寸脹大。一般的規(guī)律是，對(duì)于有效厚度為20~60mm的工件，預(yù)冷時(shí)間為0.5~3min。

據(jù)分析，這是由于當(dāng)不預(yù)冷而直接進(jìn)行淬火時(shí)，零件中的內(nèi)應(yīng)力以熱應(yīng)力為主，故出現(xiàn)體積收縮，而在經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間預(yù)冷后再淬火時(shí)，零件中的內(nèi)應(yīng)力以相變應(yīng)力為主，從而出現(xiàn)體積膨脹，只有在進(jìn)行適當(dāng)時(shí)間的預(yù)冷后，熱應(yīng)力和相變應(yīng)力的作用相平衡，才能達(dá)到工件的尺寸不變。

②氣冷：我們所采用的真空爐可通入2bar以下氮?dú)膺M(jìn)行加壓氣淬，冷卻到100℃以下出爐。計(jì)算氣冷時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)公式如下: T4=0.2G+0.3D 

式中：T4為氣冷時(shí)間(min)。

③油冷：淬火油溫度一般控制在60~80℃，工模具的出油溫度通常控制在100~200℃。計(jì)算油冷時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)公式如下: T5=0.02G+0.1D

式中：T5為油中冷卻時(shí)間(min)。

這時(shí)工件出爐溫度一般可在150℃左右。 

4、結(jié)論

 ①考慮到裝爐量及擺放空隙<D時(shí),保溫時(shí)間按T1=T2=T3=0.4G+D 確定；

 ②對(duì)于小工件(有效厚度D≤20mm,且擺放空隙≥D)時(shí),保溫時(shí)間按T1=T2=0.1G+DT3=0.3G+D 確定；

 ③對(duì)于大工件(有效厚度D≥100mm)時(shí)，保溫時(shí)間按T1=T2=T3=0.4G+0.6D確定；

 ④空冷時(shí)間按T4=0.2G+0.3D確定；

 ⑤油冷時(shí)間按T5=0.02G+0.1D確定。

（來(lái)源：微鈦空間）