真空淬火-教學(xué)

真空淬火2真空條件下金屬加熱的特點(diǎn)斯蒂芬——玻爾茲曼定律Ｅ0＝C0(Ｔ/100)4,[J/(m2h)];C0為絕對(duì)黑體的輻射系數(shù)12.7×107,[J/(m2hK4)];T為輻射體絕對(duì)溫度（K）。實(shí)際真空熱處理?xiàng)l件下：理想灰體傳熱能Ｅ與絕對(duì)溫度Ｔ的四次方成正比：Ｅ＝C(Ｔ/100)4

C理想灰體輻射系數(shù)，C=4.96ε，ε灰體黑度。3輻射熱交換Q12=C導(dǎo)[(T1/100)4-(T2/100)4]F1

φ12(J/h)C導(dǎo)=4.96[(1/ε1-1)φ12

+1+(1/ε2-1)φ21[J/(m2?

h?k4)]Q12單位時(shí)間內(nèi)，高溫面?zhèn)鹘o低溫面的熱量；C導(dǎo)導(dǎo)來(lái)輻射系數(shù)；

T1，T2分別為高溫面（爐子）和低溫面（工件）的絕對(duì)溫度（K）；

F1高溫面表面積（m2）；φ12

角度系數(shù)。φ12=φ21=1φ12=1

φ21=F1/F2F2F1F1F2F2F1F2F1φ12=1

φ21=F1/F2φ12=F2/(F1+F2)φ21=F1/(F1+F2)4真空爐升溫特性真空爐空載時(shí)的自身升溫速度很高；熱慣性?。恍顭?、散熱量微小升溫主要取決于對(duì)爐料可達(dá)到的供熱能力（被加熱工件在單位時(shí)間、單位面積上從真空爐獲得的熱量）在真空爐里比在介質(zhì)中綜合傳熱的常規(guī)加熱，供熱能力低得多，特別是輻射效率低的升溫階段（<600℃）和回火加熱時(shí)。5鋼在真空和其他介質(zhì)中加熱速度GCr15鋼50mm×100mm試樣在不同介質(zhì)中的加熱速度1－鹽浴中加熱，2－空氣爐中加熱，3－真空中加熱，1，2－高溫裝爐；3－室溫裝爐6真空加熱表面與心部的溫差W18Cr4V鋼在850°C預(yù)熱，繼續(xù)加熱到1280°C。GCr15鋼采用兩種加熱方式：

1.600°C預(yù)熱，繼續(xù)加熱到

850°C；

2.室溫直接加熱到850°C。分段預(yù)熱的必要性。W18Cr4V高速鋼φ50mm×100mm試樣經(jīng)850℃預(yù)熱加熱到1280℃過(guò)程中的表面和心部升溫曲線1－爐溫2－表面溫度3－芯部溫度7真空加熱表面與心部的溫差GCr15鋼φ50mm×100mm試樣850℃加熱時(shí)的表面和芯部升溫曲線1－爐溫；2－表面溫度，3芯部溫度GCr15鋼φ50mm×100mm試樣經(jīng)600℃預(yù)熱加熱到850℃的表面和芯部升溫曲線1－爐溫；2－表面溫度，3芯部溫度8不同尺寸工件的燒透時(shí)間不同直徑的GCr15鋼試樣的加熱時(shí)間1－600℃預(yù)熱，2－室溫直接到850℃

，3－經(jīng)600℃

預(yù)熱后加熱到850℃加熱系數(shù)1.0-1.5min/mm不同直徑的W18Cr4V鋼試樣的加熱時(shí)間：1－850℃預(yù)熱，2－經(jīng)850℃預(yù)熱后加熱到1280℃加熱系數(shù)0.46-0.52min/mm9真空加熱時(shí)的真空度的確定大多數(shù)金屬在500-1350℃,10-10-3Pa條件下加熱。綜合考慮表面光亮度、除氣、脫碳和合金元素蒸發(fā)等效果來(lái)確定加熱過(guò)程的真空度?！俺錃夥ā笨朔辖鹪剡x擇性蒸發(fā)。10真空淬火優(yōu)缺點(diǎn)真空淬火后的工件表面光亮、不增碳、不脫碳?？商岣叱惺苣Σ梁徒佑|應(yīng)力的工模具的使用壽命；淬火后工件尺寸和形狀變化小，可省去修復(fù)變形的機(jī)加工。淬火后的工件硬度均勻、機(jī)械性能高、質(zhì)量穩(wěn)定。設(shè)備投資大。11真空淬火的冷卻真空氣淬：冷速與氣體種類、氣體壓力、流速、爐子結(jié)果及裝爐狀況有關(guān)；冷卻氣體的種類提高氣體冷卻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冷卻氣體的種類可供冷卻氣有氬、氦氫、氮?dú)獾取Ｅc相同條件下的空氣的傳熱速度比較，空氣為1，則氮為0.99，氬為0.70，氫7，氦為6。氫、氦、氬氣的相對(duì)冷卻性能13提高氣體冷卻能力的方法只考慮對(duì)流傳熱，按牛頓公式則傳熱量為：Q=K（tw-tf）F（kJ/h）Q與固體溫度tw和氣體溫度tf之差以及工件表面積（F）大小成正比。對(duì)流傳熱系數(shù)K是氣體熱導(dǎo)率λ、粘滯系數(shù)η、流速ω、密度ρ(壓力）的函數(shù)K=λ/dC（ωdρ/η）m提高冷卻氣體的密度（壓力）和流速可以正比例加大對(duì)流傳熱效率。氣壓對(duì)冷卻速度的影響1-0.66m3/s;2-0.566m3/s1465Mn鋼薄片狀彈簧支架的真空淬火原材料：冷軋退火態(tài)，細(xì)珠光體+鐵素體；Q：變形；圖2.1彈簧片形狀尺寸示意圖1565Mn鋼彈簧支架的真空淬火工藝?yán)鋺B(tài)真空度1.33Pa，升溫后真空度下降66.5Pa，應(yīng)考慮Mn的蒸氣壓較高且隨溫度升高而增大。相變點(diǎn)附近680℃預(yù)熱：熱處理變形小，升溫速度慢，受熱均勻;入油后充入350-400Torr氮?dú)猓撼^(guò)真空淬火油臨界壓力的中性氣體，使真空淬火油達(dá)到使鋼淬透的冷卻速度。彈簧片真空熱處理工藝N21665Mn鋼彈簧支架的真空淬火預(yù)應(yīng)力真空熱處理前的預(yù)應(yīng)力對(duì)薄而長(zhǎng)的彈簧片熱處理后的變形影響很大；工件自重、相互擠壓力不均、振動(dòng)均可導(dǎo)致變形；各彈簧片間、彈簧與夾具間貼合緊密、受力均勻，限制熱變形。彈簧片裝夾示意圖1-固定螺栓；2-上斜鐵；3-彈簧片4-底板；5-下斜鐵17壓鑄模3Cr2W8V鋼制電機(jī)轉(zhuǎn)子鋁壓鑄模Q:模具工況惡劣（高壓、高溫鋁沖刷，手工脫模需錘擊，水冷），要求耐磨性、耐熱疲勞性及足夠的硬度和韌性。A：預(yù)熱+回火3Cr2W8V鋼壓鑄模尺寸－0.2318壓鑄模真空淬火淬火溫度對(duì)3Cr2W8V鋼熱疲勞抗力的影響800℃水冷，循環(huán)前，49-51HRCA-產(chǎn)生0.4mm裂紋的循環(huán)次數(shù)800℃預(yù)熱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鋼壓鑄模真空熱處理工藝N299.999％19冷沖模具真空淬火Cr12MoV鋼制硅鋼片冷沖模凹模Q：φ8定位銷孔要求精度高，A：無(wú)需研修，保證型腔邊緣硬度。Cr12MoV冷沖凹模形狀及尺寸20冷沖模具真空淬火冷沖模原工藝箱式高溫電爐，淬入400℃硝鹽爐中真空度1.33Pa，入油后通入氮?dú)?，后普通油爐回火Cr12MoV冷沖模真空熱處理工藝99.99%N221輥壓模真空淬火制造紡織印染機(jī)械中的鋼芯的模具Q：螺牙高度0.12mm×47，圓度<0.003，要求硬度62-64HRCA:真空度13.3-1.33Pa,入油后通入99.9%氮?dú)庵?.6×105Pa輥壓鑄的工作狀態(tài)1-輥壓模；2-模芯（工件）45#高速鋼φ30M33高速鋼W18Cr4V輥壓模真空熱處理工藝99.9%N222高速鋼鉆頭正壓氣淬W6Mo5Cr4V2φ1.5-2.5mm小鉆頭Q：鉆頭粘連A：高溫加熱階段充高純氮?dú)庹婵斩冉抵?33PaM2高速鋼（美國(guó)制）鉆頭真空氣淬工藝23Cr12MoV鋼三角零件真空淬火上盤外壓針三角外形下盤壓針三角外形下盤挺針三角外形上盤內(nèi)頂針三角外形針織機(jī)用合金工具鋼三角形零件24Cr12MoV鋼三角零件真空淬火初次確定的真空淬火曲線真空淬火工藝曲線Q：硬度要求62-65HRC，線切割+熱處理直接裝機(jī)A：預(yù)熱溫度提高，淬火加熱保溫時(shí)間減少25真空高壓氣體淬火（概述）傳熱系數(shù)α與氣體壓力P和速度V的關(guān)系式（HilpertR.）

α=10-5mA(PV)mA、m為常數(shù)，與爐子結(jié)構(gòu)、爐料及冷卻氣體的物理性質(zhì)有關(guān)。（通常m=0.6-0.8）熱傳遞在開始幾個(gè)（105Pa）壓力下是大的，隨著壓力增加而減少。氣體壓力和淬火速率間關(guān)系曲線26概述淬火參數(shù)的影響氣體壓力和淬火速率間的關(guān)系曲線27概述冷卻氣體壓力和冷卻時(shí)間的關(guān)系氣體壓力對(duì)淬火回火硬度的影響mm28概述氣冷壓力提高，可提高冷卻速度達(dá)到和超過(guò)油的冷卻速度SKD61鋼250mm×250mm(C0.37Cr5Mo1.3V1%)超高壓氣冷和油冷、鹽浴冷卻的比較9.5×105Pa29概述各種氣體在不同壓力下的熱導(dǎo)率Φ40mm工件心部的冷卻速度（氣體種類和壓力的比較）30概述國(guó)內(nèi)普及的高壓氣淬技術(shù)是

5×105～10×105Pa真空高壓氣冷淬火工藝及設(shè)備；低合金鋼淬火件、大尺寸的模具和軸類、高密集裝載工件5～6×105Pa真空高壓氣冷不足；提高使熱導(dǎo)率高于350～450W/(m2?K)：冷卻氣壓力冷卻氣循環(huán)速度He6×105Pa氣冷風(fēng)扇電機(jī)功率提高10％，熱導(dǎo)率提高40％N210×105Pa氣冷風(fēng)扇電機(jī)功率提高140％，熱導(dǎo)率提高35％實(shí)用真空爐冷卻氣體和壓力的變遷31概述表：不同壓力氣冷淬火效果尺寸/mm氣體壓/Pa氣體種類中心硬度HRC備注φ606×105N260材質(zhì)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）C2%,Cr12%φ10010×105N264-65φ20020×105He+N264-65大于φ60mm的軸或其他模具，心部熱要求64－65HRC，需改用油淬，或增大氣冷時(shí)冷卻氣的壓力，或更換氣體種類。32高壓氣體冷卻理論參量：與負(fù)載、爐子相關(guān)的參量強(qiáng)制對(duì)流冷卻方程

t=WCp/{(Aλ)ln[(T1-Tf)/T2-Tf]}t從T1-T2冷卻時(shí)間s，W負(fù)載重量kg，Cp負(fù)載比熱容，A負(fù)載表面積，λ熱導(dǎo)率，T1初始溫度，T2

最終溫度，Tf平均氣體冷卻溫度。傳熱系數(shù)邊界兩端溫度差為1°C在單位時(shí)間穿過(guò)介質(zhì)或系統(tǒng)單位面積的熱量與表面幾何形狀、流體的性質(zhì)和流體的熱動(dòng)力學(xué)和傳輸性質(zhì)有關(guān)。33理論標(biāo)準(zhǔn)氣流通過(guò)單一物體兩端強(qiáng)制對(duì)流冷卻傳熱系數(shù)的簡(jiǎn)化方程k=KCpGP1/（DP2)K常數(shù)，Cp冷卻氣體比熱容，D冷卻表面的外部直徑，P1P2指數(shù)，

G冷卻氣體物質(zhì)流＝體積氣體流Q與氣體密度的乘積，以雷諾數(shù)Re

來(lái)描述其特性，Re與G成正比＝物質(zhì)流/氣體粘度。冷卻速率＝K′（G）P1淬火速率與熱交換系數(shù)成正比,熱交換系數(shù)和冷卻氣體的物質(zhì)流的P1次方成正比34理論流體定律ΔP=RSQ2ΔP通過(guò)系統(tǒng)的壓力的降落，R流體阻力，S氣體密度或氣體壓力，Q氣體流流量，此處系統(tǒng)為具有穿過(guò)氣流風(fēng)機(jī)壓力降落為ΔP的真空爐。壓力的降落對(duì)氣體流流量比對(duì)氣體壓力更敏感ΔP系統(tǒng)壓力的降落對(duì)速度敏感，給定系統(tǒng)中體積氣體流增加，氣流速度也增加。

35對(duì)流加熱對(duì)流加熱和真空加熱的不同(φ105mm軸）9236對(duì)流加熱對(duì)流加熱和真空加熱實(shí)際操作的不同(VTT-424真空氣冷淬火爐)裝爐200kg，500×600×900mm3容積，高速鋼切削工具1200支）37應(yīng)用螺紋銑刀滾絲輪階梯軸輥環(huán)熱模工具38滾絲輪真空高壓氣體淬火Cr12MoV鋼61D2－133M14×2×60

加工汽車軸承蓋螺栓φ200mm×60mm螺栓材料ML40Cr調(diào)質(zhì)285～321HB工序：鍛打退火機(jī)加淬火回火磨內(nèi)孔內(nèi)孔變形0.02mm以內(nèi)，63－65HRC61D2－133滾絲輪真空處理工藝曲線2×105Pa100℃出爐39階梯軸真空高壓氣體淬火Cr12MoV鋼加熱溫度1030℃、5×105Pa氣冷料臺(tái)旋轉(zhuǎn)法：工件軸桿偏擺量8.5μm,偏差7.5μm，非料臺(tái)旋轉(zhuǎn)：工件軸桿偏擺量22.5μm,偏差38μm；硬度64－64.5HRC階梯軸的形狀及真空氣淬后的變形量40料臺(tái)旋轉(zhuǎn)法加熱冷卻時(shí)料臺(tái)旋轉(zhuǎn)的效果41真空油淬真空淬火油的特性：飽和蒸氣壓低臨界壓強(qiáng)低化學(xué)穩(wěn)定性好雜質(zhì)與殘?zhí)忌偎嶂档?2真空油淬ZZ－1號(hào)油不同真空度下的冷卻曲線1-0.013kPa;2-5kPa;3-10kPa;4-26.6kPa5-50kPa;6-66.6kPa;7-101kPaZZ－2號(hào)油不同真空度下的冷卻曲線1-0.013kPa;2-5kPa;3-10kPa;4-26.6kPa5-50kPa;6-66.6kPa