將工件置于真空度為%26asymp;133%26times;10～133%26times;10-6 Pa(10～10-6 Torr)的真空室內(nèi)進(jìn)行的金屬熱處理工藝。近期發(fā)展，還將真空與控制氣氛相配合，形成了一系列以真空技術(shù)為主的新熱處理工藝，如真空滲碳。由于在處理質(zhì)量、節(jié)能方面，尤其環(huán)境保護(hù)方面明顯的優(yōu)勢，20世紀(jì)50年代才起步的真空熱處理已迅速發(fā)展成為當(dāng)代熱處理工藝和設(shè)備更新的主流；在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，至80年代末真空熱處理已占金屬熱處理市場總量的25％。真空熱處理最大的缺點(diǎn)是工件的升溫慢，尤其在低溫(600℃以下)區(qū)。這導(dǎo)致總的加熱時(shí)間長，為鹽浴爐的6倍，為空氣及其他氣體介質(zhì)爐的1．5倍，是降低能耗及提高生產(chǎn)率的一大障礙。為解決這一問題，已普遍采用了所謂真空載氣加熱法，即抽氣達(dá)到真空度之后，充入105 Pa以下的高純氮?dú)猓脷怏w的自然對流增加熱傳導(dǎo)，后又發(fā)展為在低溫階段正壓(1～2)%26times;105 Pa惰性氣體強(qiáng)制循環(huán)流動，進(jìn)一步加速升溫。
特殊效應(yīng)
工業(yè)意義的%26ldquo;真空%26rdquo;一詞，實(shí)指將大氣氣氛抽至設(shè)定的低壓，用負(fù)壓值控制其化學(xué)特性的可控氣氛，可稱%26ldquo;真空氣氛%26rdquo;。金屬材料在其中進(jìn)行熱處理時(shí)，所發(fā)生的真空還原、無脫碳和無滲碳、脫氣和蒸發(fā)等幾種特殊效應(yīng)是傳統(tǒng)熱處理法不具備的。
真空還原在稀釋大氣中，金屬的氧化、還原反應(yīng)平衡可表示為：
M表示金屬元素；po2，為真空氣氛的氧分壓；po2MO為氧化物的平衡分解(氧分)壓，即M0的飽和蒸氣壓。當(dāng)真空度滿足po2%26lt;po2MO時(shí)，不但M無氧化，而且原有氧化物將發(fā)生分解，氧被抽走，此即真空還原效應(yīng)。真空還原效應(yīng)使工件表面處于一種高度潔凈和化學(xué)活性狀態(tài)。
各種金屬氧化物的Po2MO有很大的差異，且皆隨溫度上升而增大。圖1為幾種金屬氧化物平衡分解壓與溫度的關(guān)系(理論值)。曲線位置越低表明該元素與氧的親和力越大，作真空光亮熱處理時(shí)要求更高的真空度。但是，工業(yè)上實(shí)現(xiàn)無氧化真空處理所需真空度比根據(jù)圖1提出的要求低得多。如，鋼鐵材料，包括含鉻、鉬的合金鋼，在850～1200℃處理時(shí)，大約僅需1．33～13．3Pa(10-2～10-1 Torr)；又如鈦合金的無氧化處理大約僅需1．33%26times;10-2 Pa(10-4Torr)，這都遠(yuǎn)高于圖1提供的FeO和Ti02。在上述溫度范圍的平衡分解壓。
無脫碳和無滲碳工業(yè)常用的熱處理真空氣氛(%26asymp;1．33Pa，10-2 Torr)露點(diǎn)約為一60℃，對鋼鐵材料的脫碳一滲碳反應(yīng)呈中性，因而真空熱處理在保持鋼材材料表面碳含量方面也優(yōu)于其他熱處理，包括控制碳勢的保護(hù)氣氛熱處理
脫氣凝固時(shí)殘存下來的，以及鍛軋或其他過程吸入的氣體，如H2、H20，在足夠的負(fù)壓下，由內(nèi)部擴(kuò)散至表面，逸出并被抽走。真空度越高，或溫度越高，脫氣效果越好。脫氣作用是真空熱處理結(jié)構(gòu)件強(qiáng)韌性高于常規(guī)(空氣，鹽浴，控制氣氛)熱處理的主要原因之一。
蒸發(fā)當(dāng)真空氣氛的壓力低于金屬的蒸氣壓時(shí)，金屬就會蒸發(fā)并被抽走。發(fā)生蒸發(fā)的工件，表面將變得粗糙不平，并與其他工件和夾具發(fā)生粘結(jié)；蒸氣壓高的合金元素，如鋼中的鉻，將被優(yōu)先蒸發(fā)，造成工件表層合金元素的貧化。圖2為各種金屬蒸氣壓與溫度的關(guān)系。凡蒸氣壓高于鐵的元素，如銅、鋁、鉻、錳，皆易在真空熱處理時(shí)在合金鋼件表層形成貧化區(qū)。為防止蒸發(fā)，應(yīng)盡可能采用低真空、低溫；或在抽氣之后向密閉室內(nèi)充入適當(dāng)惰性氣體，以提高爐壓。
常用工藝
現(xiàn)應(yīng)用最多的工藝是真空退火、真空淬火和真空滲碳。
真空退火優(yōu)質(zhì)彈簧鋼、工具鋼、軸承鋼的絲材，不銹鋼制品及鈦合金材，作光亮退火均可采用真空處理。退火溫度愈低，則要求真空度愈高。為防止鉻的蒸發(fā)及加速熱傳導(dǎo)，一般采用載氣加熱(保溫)法，并注意對不銹鋼和鈦合金不宜用氮而應(yīng)采用氬氣。
真空淬火真空淬火爐按冷卻方法分為油淬和氣淬兩類，按工位數(shù)分為單室式和雙室式，904山＼畏嘲均屬周期式作業(yè)爐。真空油淬爐都是雙室的，后室置電加熱元件，前室的下方置油槽。工件完成加熱、保溫后移入前室，關(guān)閉中門后向前室充入惰性氣至大約2．66%26times;lO4 ～1．01%26times;105 Pa(200～760mm汞柱)，入油。油淬易引起工件表面變質(zhì)。由于表面活性大，在短暫的高溫油膜作用下即可發(fā)生顯著薄層滲碳，此外，碳黑和油在表面的粘附對簡化熱處理流程很不利。真空淬火技術(shù)的近期發(fā)展主要在于研制性能優(yōu)良、工位單一的氣冷淬火爐。前述雙室式爐亦可用于氣淬(在前室噴氣冷卻)，但雙工位式的操作使大批量裝爐的生產(chǎn)發(fā)生困難，也易在高溫移動中引起工件變形或改變工件方位增加淬火變形。單一工位的氣冷淬火爐是在加熱保溫完成后在加熱室內(nèi)噴氣冷卻。氣冷的冷速不如油冷快，也低于傳統(tǒng)淬火法中的熔鹽等溫、分級淬火。因而，不斷提高噴冷室壓力，增大流量，以及采用摩爾質(zhì)量比氮和氬小的惰性氣體氦和氫，是當(dāng)今真空淬火技術(shù)發(fā)展的主流。70年代后期將氮?dú)鈬娎涞膲毫?1～2)%26times;105Pa提高到(5～6)%26times;105Pa，使冷卻能力接近于常壓下的油冷。80年代中期出現(xiàn)超高壓氣淬，用(10～20)%26times;105Pa的氦，冷卻能力等于或略高于油淬，已進(jìn)入工業(yè)實(shí)用。90年代初采用40%26times;105Pa的氫氣，接近水淬的冷卻能力，尚處于起步階段。工業(yè)發(fā)達(dá)國家已進(jìn)展到以高壓(5～6)%26times;10。Pa氣淬為主體，而中國產(chǎn)氣淬爐圖2一些金屬的蒸氣壓(理論值)與溫度的關(guān)系則尚處于一般加壓氣淬(2%26times;105Pa)型階段。
真空滲碳圖3為真空滲碳一淬火工藝曲線。在真空中加熱到滲碳溫度并保溫使表面凈化、活化之后，通入稀薄滲碳富化氣(見控制氣氛熱處理)，在大約1330Pa(10T0rr)負(fù)壓下進(jìn)行滲入，然后停氣(降壓)進(jìn)行擴(kuò)散。滲碳后的淬火采用一次淬火法，即先停電，通氮冷卻工件至臨界點(diǎn)A，、以下，使內(nèi)部發(fā)生相變，再停氣、開泵，升溫到Ac1，～Accm之間。淬冷方法可采用氣冷或油冷。后者為奧氏體化后移入前室，充氮至常壓，入油。真空滲碳的溫度一般高于普通氣體滲碳，常采用920～1040℃滲入和擴(kuò)散可按圖3所示分兩階段，也可用脈沖式通氣、停氣，多段式的滲一擴(kuò)相間，效果更好。由于溫度高，尤其表面潔凈、有活性，真空滲碳層形成速度比普通氣體、液體和固體滲碳快，如要求滲層為1mm時(shí)，在927℃只需5h，而1033℃僅需1h。
| |
|
? 請關(guān)注 微信公眾號: steeltuber. 轉(zhuǎn)載請保留鏈接: http://m.youwin2019.com/Steel-Knowledge/vacuum-heat-treatment.html
|