真空淬火-教学

真空淬火2真空条件下金属加热的特点斯蒂芬——玻尔兹曼定律Ｅ0＝C0(Ｔ/100)4,[J/(m2h)];C0为绝对黑体的辐射系数12.7×107,[J/(m2hK4)];T为辐射体绝对温度（K）。实际真空热处理条件下：理想灰体传热能Ｅ与绝对温度Ｔ的四次方成正比：Ｅ＝C(Ｔ/100)4

C理想灰体辐射系数，C=4.96ε，ε灰体黑度。3辐射热交换Q12=C导[(T1/100)4-(T2/100)4]F1

φ12(J/h)C导=4.96[(1/ε1-1)φ12

+1+(1/ε2-1)φ21[J/(m2•

h•k4)]Q12单位时间内，高温面传给低温面的热量；C导导来辐射系数；

T1，T2分别为高温面（炉子）和低温面（工件）的绝对温度（K）；

F1高温面表面积（m2）；φ12

角度系数。φ12=φ21=1φ12=1

φ21=F1/F2F2F1F1F2F2F1F2F1φ12=1

φ21=F1/F2φ12=F2/(F1+F2)φ21=F1/(F1+F2)4真空炉升温特性真空炉空载时的自身升温速度很高；热惯性小；蓄热、散热量微小升温主要取决于对炉料可达到的供热能力（被加热工件在单位时间、单位面积上从真空炉获得的热量）在真空炉里比在介质中综合传热的常规加热，供热能力低得多，特别是辐射效率低的升温阶段（<600℃）和回火加热时。5钢在真空和其他介质中加热速度GCr15钢50mm×100mm试样在不同介质中的加热速度1－盐浴中加热，2－空气炉中加热，3－真空中加热，1，2－高温装炉；3－室温装炉6真空加热表面与心部的温差W18Cr4V钢在850°C预热，继续加热到1280°C。GCr15钢采用两种加热方式：

1.600°C预热，继续加热到

850°C；

2.室温直接加热到850°C。分段预热的必要性。W18Cr4V高速钢φ50mm×100mm试样经850℃预热加热到1280℃过程中的表面和心部升温曲线1－炉温2－表面温度3－芯部温度7真空加热表面与心部的温差GCr15钢φ50mm×100mm试样850℃加热时的表面和芯部升温曲线1－炉温；2－表面温度，3芯部温度GCr15钢φ50mm×100mm试样经600℃预热加热到850℃的表面和芯部升温曲线1－炉温；2－表面温度，3芯部温度8不同尺寸工件的烧透时间不同直径的GCr15钢试样的加热时间1－600℃预热，2－室温直接到850℃

，3－经600℃

预热后加热到850℃加热系数1.0-1.5min/mm不同直径的W18Cr4V钢试样的加热时间：1－850℃预热，2－经850℃预热后加热到1280℃加热系数0.46-0.52min/mm9真空加热时的真空度的确定大多数金属在500-1350℃,10-10-3Pa条件下加热。综合考虑表面光亮度、除气、脱碳和合金元素蒸发等效果来确定加热过程的真空度。“充气法”克服合金元素选择性蒸发。10真空淬火优缺点真空淬火后的工件表面光亮、不增碳、不脱碳。可提高承受摩擦和接触应力的工模具的使用寿命；淬火后工件尺寸和形状变化小，可省去修复变形的机加工。淬火后的工件硬度均匀、机械性能高、质量稳定。设备投资大。11真空淬火的冷却真空气淬：冷速与气体种类、气体压力、流速、炉子结果及装炉状况有关；冷却气体的种类提高气体冷却能力的方法真空油淬：真空淬火油的特性真空淬火油的使用12冷却气体的种类可供冷却气有氩、氦氢、氮气等。与相同条件下的空气的传热速度比较，空气为1，则氮为0.99，氩为0.70，氢7，氦为6。氢、氦、氩气的相对冷却性能13提高气体冷却能力的方法只考虑对流传热，按牛顿公式则传热量为：Q=K（tw-tf）F（kJ/h）Q与固体温度tw和气体温度tf之差以及工件表面积（F）大小成正比。对流传热系数K是气体热导率λ、粘滞系数η、流速ω、密度ρ(压力）的函数K=λ/dC（ωdρ/η）m提高冷却气体的密度（压力）和流速可以正比例加大对流传热效率。气压对冷却速度的影响1-0.66m3/s;2-0.566m3/s1465Mn钢薄片状弹簧支架的真空淬火原材料：冷轧退火态，细珠光体+铁素体；Q：变形；图2.1弹簧片形状尺寸示意图1565Mn钢弹簧支架的真空淬火工艺冷态真空度1.33Pa，升温后真空度下降66.5Pa，应考虑Mn的蒸气压较高且随温度升高而增大。相变点附近680℃预热：热处理变形小，升温速度慢，受热均匀;入油后充入350-400Torr氮气：超过真空淬火油临界压力的中性气体，使真空淬火油达到使钢淬透的冷却速度。弹簧片真空热处理工艺N21665Mn钢弹簧支架的真空淬火预应力真空热处理前的预应力对薄而长的弹簧片热处理后的变形影响很大；工件自重、相互挤压力不均、振动均可导致变形；各弹簧片间、弹簧与夹具间贴合紧密、受力均匀，限制热变形。弹簧片装夹示意图1-固定螺栓；2-上斜铁；3-弹簧片4-底板；5-下斜铁17压铸模3Cr2W8V钢制电机转子铝压铸模Q:模具工况恶劣（高压、高温铝冲刷，手工脱模需锤击，水冷），要求耐磨性、耐热疲劳性及足够的硬度和韧性。A：预热+回火3Cr2W8V钢压铸模尺寸－0.2318压铸模真空淬火淬火温度对3Cr2W8V钢热疲劳抗力的影响800℃水冷，循环前，49-51HRCA-产生0.4mm裂纹的循环次数800℃预热60min，真空度13.3－1.33Pa1150℃油淬，，670－680℃回火，真空度高于1333－133Pa低于1.33Pa1180°C3Cr2W8V钢压铸模真空热处理工艺N299.999％19冷冲模具真空淬火Cr12MoV钢制硅钢片冷冲模凹模Q：φ8定位销孔要求精度高，A：无需研修，保证型腔边缘硬度。Cr12MoV冷冲凹模形状及尺寸20冷冲模具真空淬火冷冲模原工艺箱式高温电炉，淬入400℃硝盐炉中真空度1.33Pa，入油后通入氮气，后普通油炉回火Cr12MoV冷冲模真空热处理工艺99.99%N221辊压模真空淬火制造纺织印染机械中的钢芯的模具Q：螺牙高度0.12mm×47，圆度<0.003，要求硬度62-64HRCA:真空度13.3-1.33Pa,入油后通入99.9%氮气至0.6×105Pa辊压铸的工作状态1-辊压模；2-模芯（工件）45#高速钢φ30M33高速钢W18Cr4V辊压模真空热处理工艺99.9%N222高速钢钻头正压气淬W6Mo5Cr4V2φ1.5-2.5mm小钻头Q：钻头粘连A：高温加热阶段充高纯氮气真空度降至133PaM2高速钢（美国制）钻头真空气淬工艺23Cr12MoV钢三角零件真空淬火上盘外压针三角外形下盘压针三角外形下盘挺针三角外形上盘内顶针三角外形针织机用合金工具钢三角形零件24Cr12MoV钢三角零件真空淬火初次确定的真空淬火曲线真空淬火工艺曲线Q：硬度要求62-65HRC，线切割+热处理直接装机A：预热温度提高，淬火加热保温时间减少25真空高压气体淬火（概述）传热系数α与气体压力P和速度V的关系式（HilpertR.）

α=10-5mA(PV)mA、m为常数，与炉子结构、炉料及冷却气体的物理性质有关。（通常m=0.6-0.8）热传递在开始几个（105Pa）压力下是大的，随着压力增加而减少。气体压力和淬火速率间关系曲线26概述淬火参数的影响气体压力和淬火速率间的关系曲线27概述冷却气体压力和冷却时间的关系气体压力对淬火回火硬度的影响mm28概述气冷压力提高，可提高冷却速度达到和超过油的冷却速度SKD61钢250mm×250mm(C0.37Cr5Mo1.3V1%)超高压气冷和油冷、盐浴冷却的比较9.5×105Pa29概述各种气体在不同压力下的热导率Φ40mm工件心部的冷却速度（气体种类和压力的比较）30概述国内普及的高压气淬技术是

5×105～10×105Pa真空高压气冷淬火工艺及设备；低合金钢淬火件、大尺寸的模具和轴类、高密集装载工件5～6×105Pa真空高压气冷不足；提高使热导率高于350～450W/(m2•K)：冷却气压力冷却气循环速度He6×105Pa气冷风扇电机功率提高10％，热导率提高40％N210×105Pa气冷风扇电机功率提高140％，热导率提高35％实用真空炉冷却气体和压力的变迁31概述表：不同压力气冷淬火效果尺寸/mm气体压/Pa气体种类中心硬度HRC备注φ606×105N260材质（质量分数）C2%,Cr12%φ10010×105N264-65φ20020×105He+N264-65大于φ60mm的轴或其他模具，心部热要求64－65HRC，需改用油淬，或增大气冷时冷却气的压力，或更换气体种类。32高压气体冷却理论参量：与负载、炉子相关的参量强制对流冷却方程

t=WCp/{(Aλ)ln[(T1-Tf)/T2-Tf]}t从T1-T2冷却时间s，W负载重量kg，Cp负载比热容，A负载表面积，λ热导率，T1初始温度，T2

最终温度，Tf平均气体冷却温度。传热系数边界两端温度差为1°C在单位时间穿过介质或系统单位面积的热量与表面几何形状、流体的性质和流体的热动力学和传输性质有关。33理论标准气流通过单一物体两端强制对流冷却传热系数的简化方程k=KCpGP1/（DP2)K常数，Cp冷却气体比热容，D冷却表面的外部直径，P1P2指数，

G冷却气体物质流＝体积气体流Q与气体密度的乘积，以雷诺数Re

来描述其特性，Re与G成正比＝物质流/气体粘度。冷却速率＝K′（G）P1淬火速率与热交换系数成正比,热交换系数和冷却气体的物质流的P1次方成正比34理论流体定律ΔP=RSQ2ΔP通过系统的压力的降落，R流体阻力，S气体密度或气体压力，Q气体流流量，此处系统为具有穿过气流风机压力降落为ΔP的真空炉。压力的降落对气体流流量比对气体压力更敏感ΔP系统压力的降落对速度敏感，给定系统中体积气体流增加，气流速度也增加。

35对流加热对流加热和真空加热的不同(φ105mm轴）9236对流加热对流加热和真空加热实际操作的不同(VTT-424真空气冷淬火炉)装炉200kg，500×600×900mm3容积，高速钢切削工具1200支）37应用螺纹铣刀滚丝轮阶梯轴辊环热模工具38滚丝轮真空高压气体淬火Cr12MoV钢61D2－133M14×2×60

加工汽车轴承盖螺栓φ200mm×60mm螺栓材料ML40Cr调质285～321HB工序：锻打退火机加淬火回火磨内孔内孔变形0.02mm以内，63－65HRC61D2－133滚丝轮真空处理工艺曲线2×105Pa100℃出炉39阶梯轴真空高压气体淬火Cr12MoV钢加热温度1030℃、5×105Pa气冷料台旋转法：工件轴杆偏摆量8.5μm,偏差7.5μm，非料台旋转：工件轴杆偏摆量22.5μm,偏差38μm；硬度64－64.5HRC阶梯轴的形状及真空气淬后的变形量40料台旋转法加热冷却时料台旋转的效果41真空油淬真空淬火油的特性：饱和蒸气压低临界压强低化学稳定性好杂质与残碳少酸值低42真空油淬ZZ－1号油不同真空度下的冷却曲线1-0.013kPa;2-5kPa;3-10kPa;4-26.6kPa5-50kPa;6-66.6kPa;7-101kPaZZ－2号油不同真空度下的冷却曲线1-0.013kPa;2-5kPa;3-10kPa;4-26.6kPa5-50kPa;6-66.6kPa