真空热处理工艺

1、真空热处理工艺屠恒悦目录前言 1一、真空热处理工艺原理和真空热处理和加热特点 11、工艺原理 12、真空热处理的加热特点： 3二、真空热处理工艺参数的确定 31、真空度： 32、加热和预热温度： 43、真空淬火加热时间 4三、真空热处理的冷却方法 51、气淬 52、真空油淬 73、为减小工件变形采用的分级冷却。 94、真空水淬。 95、真空硝盐淬火。 96、炉冷或控速冷却。 9四、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 91、真空退火目的 92、真空淬火： 143、真空回火 19四、常用金属材料的真空淬火、回火工艺规范。 20（1）合金结构钢和超高强度钢 20（2）

2、弹簧钢 22（ 3）轴承钢 22（4）合金工具钢 22（5）高速钢 23（ 6）不锈耐热钢 24、八,、刖言所谓真空热处理是工件在10-1102Pa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 同冷速进行冷却的热处理方法。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（重复性好，寿命稳定）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

3、先进制造技术的重要领域。、真空热处理工艺原理和真空热处理和加热特点1、工艺原理（1）金属在真空状态下的相变特点。在与大气压只差O.IMPa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）10-2Pa10-1Pa1Pa10Pa133PaCu1035114112731422162810

4、38Ag848936104711841353961Be102911301246139515821284Mg301331343515605651Ca463528605700817851Ba406546629730858717Zn248292323405-419Cd180220264321-321Hg-5.5134882126-38.9Ae80888999611231179660Li377439514607725179Na19523829135643798K12316120726533864In74684095210881260157C22882471268129263214-Si11161223

5、1343148516701410Ti1249138415461742-1721Zr166018612001221225491830Sn9221042118913731609232Pb548625718832975328V158617261888207922071697Nb23552539-2415Ta25992820-2996Bi536609693802934271Cr99210901205134215041890Mo209522902533-2625Mn791873980110312511244Fe119513301447160217831535W276730163309-3410Ni125

6、713711510167918841455Pt174419042090231325821774Au119013161465164618671063(5) 表面净化作用，实现少无氧化和少无脱碳加热K匚-总 +联-4 99.999 0.0005 0.0001 0.0002 99.99 0.007 0.0005 0.001 99.999 0.0001 0.0003 99.996 0.0005 0.001COW 0.0005CO2W 0.0005CH4W 0.0005W 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-

7、98.5- 1.5-游离水W100ml/ 瓶氢气- 99.99 9004 X 10-2钼 14506.7 X 10-钨 140036.7 X 10-钛8101.3 X 10-3钽90095031.3 X 10-（3）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，Hc 300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，见图七。硅钢片的真空退火见图八。di)图八硅钢片真空退火工艺曲线Fe-Ni系合金真空退火。表十七常用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(P

8、a)冷却方式1J461J501J79随炉升温1050115036/ -310 10100200C /h冷至300 C后快冷v 100C出炉1J51121J54随炉升温1100115086110-1100 C /h冷至300 C移至冷却室，冷至100 C以下出炉1J80100200 C /h冷至400 C移至冷却室冷至 100 C以下出炉1J85随炉升温11001200-1-310 10100200 C /小时冷至480C后快冷至100C以下出炉1J77110-1100150 C /h 冷至 500 C 后，以 3050C /h 冷至 300 C, 再快冷到100C出炉。1J76随炉升温1100

9、1150100C/h 冷至 500C后，以 1050C/h 冷至 300C,再 快冷到v 100C出炉。1J52随炉升温105011501210-110-3100200C/h 冷至 600C快冷至 300C,v 100C出炉1J8335100200C/h冷至600C再稍快冷至100C以下出炉1J86随炉升温1100120086100C/h 冷至 600C后以 30100C/h 冷至 300C,v100 C出炉1J41随炉升温1100115024-1110100C/h冷至600C稍快冷至300C, 100C以下出炉1J421J471210 10150C/h冷至300400C后快冷至v 100C出

10、炉Fe-Al系合金真空退火表十八常用Fe-Al系软磁合金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1J16缓慢升温95011502-1-310 10200150C/h炉冷，100C以下出炉1J13随炉升温9009502100C/h 冷至 600C, 60C/h 冷至 200C,v 100C 出炉。1J12随炉升温1050120023100150C/h 冷至 500C快冷至 200C,v 100C出炉1J6100150C/h 冷至 250C,v 100C出炉1J8随炉升温700 C以后50200 C /h升至1200122050150C/h 冷至 250C以下，v

11、100C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。（4）钢材料的真空退火; 钢铁材料：表十九钢的真空退火工艺参数材料真空度（Pa）退火温度（C）冷却方式451.3 1.3 x 10-1850870炉冷或气冷， 300 C出炉0.35 0.6卷钢丝-11.3 x 10750800炉冷或气冷，=200 C出炉40Cr1.3 x 10-1890910缓冷， 300C出炉Cr12MO11.3 x 10-以上850870720750C，等温45小时

12、炉冷W18Cr4V-11.3 x 10870890720750C，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 不锈钢、耐热钢真空退火;表二十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900105013.3 1.3退火110010501150-1-21.3 x 10 0.7 x 10 1.3 1.3 x 10-1电真空零件退火950100031.3 4x 10-带料在电子束设备中退火10501150-2-31.3 x 10 1.3 x 10表二一 一些不锈钢的退火工

13、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）630830-11.3 1.3 x 10马氏体类Cr14 , C0.4 ,Cr1618, C0.9830900-11.3 1.3 x 10奥氏体类（未稳疋化）Cr18，Ni810101120-11.3 1.3 x 10奥氏体类（稳疋化）Cr18，Ni8，N61 或 Ti9501120-2-31.3 x 10 1.3 x 102、真空淬火:真空淬火操作过程见图八，先预抽真空到11xiO-2Pa时开始加热，当保温结束，升压到0.8 xiO5Pa, 工件油淬或回填到5x 105

14、Pa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。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高油水气耐冲击钢（美）S-1 （SKS41）ABA（美）S-2 （SKS4ABA（美）S-3ABA（美）S-4ABA（美）S-5ABA油淬火钢（美）0-1 （MnCrWVABA（美）0-2 （9Mn2v）ABA（美）0-6ABA（美）0-7 （WCrv）ABA（美）4140 （40CrMnMOABA（美）4340ABA（美）52100ABA空气淬火钢（美）A-2ABCA（美）A-6ABCA（美）A-7ABCA（美）D-1ABCA（美）D-2ABCA（

15、美）D-4ABCA（美）D-5ABCA（美）D-7ABCA（美）H-11ABCA（美 ）H-14ABCA（美）H-21ABCA（美）H-22ABCA高速钢W系（美）T-1ABAE（美）T-2ABAE（美）T-3ABAE（美）T-4ABAE（美）T-5ABAE（美）T-15ABAE高速钢Mo系:（美）M-1ABAE（美）M-2ABAE（美）M-6ABAE（美）M-10ABAE（美）M-30ABAE（美）M-50ABA钛合金Ti-2AI-4 MnABDATi-6AI-4VABDATi-679ABDATi-6AI-4V （低 Q）ABDATi-6AI-6VZ-5Sn-1（ Fe, Cu）ABDATi

16、-7AI-4MoABDA不锈钢400ABA410ABA416ABA420ABA440ABA沉淀硬化合金Ni-spa ncABAAAM-350ABAAAM-355ABAA（美）17-7PHABAA（美）17-4PHABAA铁镍基合金901合金ABAAA-286ABAADiscaloyABAAUn itemp 212ABAA钻基合金Al-Risist 213H-21MAR-M509W1-52, HS152AAAABBBBAAAAAA镍基合金T18合金ABAAHastelloy XABAIncon elx750ABAAM-252-J-1500ABAARA-333ABARen e41ABAARen e

17、62ABAARen e63ABAATDNickel 棒ABAWaspaloy AABAAWaspaloy BABAACTreek AscaloyABA注：A-必要条件；B-需改善泵的停机时间；C-预冷至550C施行油淬；D-用扩散泵排出；E-气冷至1090E 淬油；1牛严2 urvlb-01 niKUh*真空度：低-机械泵；中-增压泵；高-扩散泵（1）真空淬火工艺操作实例： 汽车车灯反射镜凸模（图十）材料：Cri2 MOV技术要求：热处理HRC6062变形愈小愈好。图十车灯反射镜凸模该厂引进日本加工技术，与外商协作，共同制造汽车反射镜。凸面为抛物面，热处理后无法进行加工，故要求模具变形越小越好

18、。原采用盐浴炉淬火，变形达土0.3mm冲件不能达到聚焦反射作用。经真空热处理后变形控制在 0.05mm以内，表面光亮，无氧化脱碳，硬度均匀，使用性能良好。其真空热 处理工艺见图十。本凸模在ZC30型双室油淬负压真空炉内处理。图十一车灯凸模真空热处理工艺曲线 凸模在高压气淬炉内处理，气淬压为 34X 105Pa,其效果更好。 100目不锈钢网滚模模芯（图十二）材料：Cri2 MOV技术要求：热处理 HRc5862。图十二100目不锈钢网滚模模芯此件加工六角形不锈钢网用，系出口任务，要求很高。在 50mn处的六角形网眼要用放大镜才能看 清楚。该厂原采用盐浴淬火，由于残盐嵌在六角形网眼中，需经放大后

19、才能看见，再用人工方法将残盐 从一个个微小的网眼内剔除，既费时有极易损坏模眼而导致报废。故用盐浴处理的模芯废品率很高。采 用真空热处理后模芯表面光洁，合格率达 100%寿命也比原来提高，用户非常满意。其热处理工艺见图 十三。本模芯在ZC-30型双室负压油淬炉内处理。若在加压气淬炉内处理，气淬压力23X 105Pa，其淬火效果更佳。 压铸模材料：H13技术要求：大型复杂模具HRc42-44中小型优质模具 HRc44-46小型模块 HRC48-50设备：采用5bar以上高压气淬炉工艺：采用分级气淬工艺具体工艺曲线示意图见图十四。时 IQ （ ）图十四H13钢真空高压气淬加热冷却工艺示意图其中Ts为

20、表面热电偶温度，Tc为心部热电偶温度，冷炉升温速度220C /小时，对流加热炉压2bar, 预热二次，当Tc=Ts后再升温。奥氏体化保温时间：快速升温至 1030C 5C,当Ts-Tc v 14C后，保温30分钟。回充高纯氮分压26.6Pa。从1030E到540E淬火冷速至少28C /分，在455-400 C间进行分级，当Ts冷至分级温度区后30 分钟继续快冷到65C出炉。在静止空气中冷到50T -30 C进行二次以上回收。回火至少二次，每次回火后模具冷到室温再进行第二次回火。回火时间按2.4分/mm计算，或心部到温度后在保温2小时。回火温度按不同硬度要求，一般 580-600 C左右。（2）

21、真空淬火的质量效果 真空淬火对工件表面质量的影响A）真空状态下加热氧化物的还原作用。B）元素发挥的影响。C）钢种的影响。D）冷却方式的影响。E）回火的影响。F）真空泵、油增压泵、油扩散泵返油的影响。G）真空淬火油脱气。H）炉子泄漏率。I ）加热速度影响。J ）充气管道的漏气问题。 真空淬火工件的变形，减小真空淬火变形的具体措施A）加热技术方面a）多次预热。b）在800C以下进行对流加热。c ）提高炉温均匀性，合理布置。d）合理控制炉内压力，回填 N以13.3Pa为宜。B）冷却技术减少工件变形a）尽量采用高压气淬代油淬。b ）为减少组织压力，先油淬在 Ms点以上出炉气冷。c ）气体分级淬火。d）

22、控制油搅拌开动时间。e）减少工件在热态下振动。f）料盘、工具的变形，会影响工件变形。g）厚薄不均匀，锐角处包扎氧化铝棉。h）合理装炉。i ）高压气淬时，冷却气体的喷射方式。 真空淬火后钢的机械性能在真空淬火加热时，工件有脱气、不氧化、不脱碳，因而有较高的机械性能。 表二十三Cri2M0V钢真空淬火、回火与盐浴淬火、回火后机械性能比较淬火温 度（C）回火温 度（C）Rm( N/mnn)F (mmak (N.m/cm)（硬度HRc）真空淬火（硬度HRc）盐浴真空盐浴真空盐浴真空盐浴淬火态淬回火态淬火态淬回火态950180423931054.32.8712.718.460.86161.360.598

23、01803756281442.421.614.764.761.965.8631020240385130484.42.3621.621.665.860.866.260.81080240358421394.11.7625.114.761.958.665.559.71120520(冷)250127555.13.527.526.555.355.659.360.7注：真空淬火：800E预热25分，淬火保温20分。盐浴淬火：淬火温度为9501020C时，400C预热一小时，淬火保温9分钟；淬火温度为108S1120C时，850E预热6分，淬火保温3分钟，600650C分级23分 钟后空冷。 真空淬火产品的

24、使用寿命真空淬火模具寿命一般提高40400%3、真空回火（1）概述。（2）真空回火的光亮度变成灰色或暗灰色的原因。认为从10-2Pa到10-4Pa,水蒸气峰继续保持相当大的比例，O的光谱已近消失。高于650E水蒸气开 始分解，出现链式反应，在低于 650C温度范围内，真空炉呈微氧化气氛（或微氧化状态），从而室温至600C温度，正好是回火处理区域，也就可解释通常真空回火后表面光亮度灰暗或不稳定的原因提高真空回火的光亮度的方法： 提高工作真空度。从110Pa提高到1.3 xi0-2Pa,目的减少Q含量，消除Q对工件氧化的影响 充入NI中加入10%H使炉内氧化性气氛与H2中和，形成弱还原性气氛。 减

25、少真空炉隔热屏吸收和排放水气的影响，排除耐火纤维隔热屏吸水性大的弊端，采用全金属隔热 屏设计。 回火后快冷，使工件出炉温度低，提高回火光亮度。90% 提高回火温度均匀性，有利于回火光亮度一致。用上述方法可使回火工件光亮度达到真空淬火的 以上。(3) 真空回火脆性及其防止第一类回火脆性(不可逆回火脆性)200350C。第二类回火脆性(可逆回火脆性)450650C。当钢中含Ni、Cr、Mn Si等合金元素，才有第二类回火脆性，一般碳钢不存在第二类回火脆性。 防止方法：为防第二类回火脆性，要求回火后快冷。四、常用金属材料的真空淬火、回火工艺规范。(1) 合金结构钢和超高强度钢注意几点： 晶粒度，采用

26、淬火温度比规定温度下限或低 510C为宜。 元素挥发。回填N到13.3Pa或以下。 超高强度钢可采用等温淬火。 有回火脆性要快冷。表二十四常用合金结构钢真空热处理工艺规范钢材牌号淬火回火机械性能(不小于)温度(C)真空度(Pa)冷却温度(C)真空度(Pa)冷却Rm(N/mrr)Rf2(N/mrr)A (%Z(%ak(N-m/cm)45Mn28401.3油5505.3 X4107.3 X104油空冷N2快冷882.6735.5106441.330SiMn2MoV8701.36501.30.13882.6784.5129490.316SiMn2WV8601.3200空气炉空冷1176.7882.6

27、108441.320Mn2TiB8601.3200空气炉空冷1127.7931.6107441.330Mn2MoTiB8701.3200空气炉空冷1471-95392.240CrMn8401.35205.3 X 1047.3 X410N2快冷980.6833.596441.325CrMnSiA8801.34505.3 X 104NL快冷1078.7882.6105392.230CrMnSiA8801.3520101 或 5.3x 104快冷1078.7882.6105441.350CrV8601.3-0.135001074.81127.710-392.235CrMo8501.3-0.13550

28、980.6833.5128441.340CrMnMo8501.3600980.6784.5108441.320CrMnMo8501.3200空气炉空冷1176.7882.6107441.325Cr2MoV10401.3-0.137000.13快冷735.5588.36166490.325Cr2MoV9001.3-0.136200.13931.6784.5148539.338CrMoAl9401.36400.13N2 Ar强制冷却980.6833.5149490.320Cr3MoWV10501.3N油7200.13784.5637.4147392.240Cr8501.3-0.13油500N2 5.3 x104980.6784.596441.340CrNi8201.3-0.13油500N2 5.3 x104980.6784.5107441.312CrNi38601.3-0.13N2油200-空冷931.6686.4119490.337CrNi38201.3-0.13N2油5000.13 , 245.3 x 10N2强制冷却1127.7980.6106490.34