真空热处理工艺与设备设计

真空热处理即真空技术与热处理两个专业相结合的综合技术，是指热处理工艺的全部和部分是在真空状态下进行的。真空热处理几乎可实现全部热处理工艺，如淬火、退火、回火、渗碳、渗铬、氮化，在淬火工艺中可实现气淬、油淬、硝盐淬火、水淬等，它与普通热处理相比较具有以下优点。

1、不氧化、不脱碳、不增碳对工件内部和表面有良好的保护作用

氧化使金属表面失去金属光泽，表面粗糙度增加，精度下降，并且钢表面氧化皮往往是造成淬火软点和淬火开裂的根源，氧化使钢件强度降低，其他力学性能下降。而脱碳（见图1）是指钢在加热时表面碳含量降低的现象。

图1

一般情况下，钢的氧化脱碳同时进行，脱碳层由于被氧化，碳含量降低会明显降低钢的淬火硬度、耐磨性、及疲劳性能，高速钢脱碳会降低红硬性（如图2）。

图2

而真空热处理由于金属是在一定的真空度下加热，工件避免了与氧气接触，工件没有氧化，无脱碳，可以得到光亮的表面及较好的热处理质量，同时在真空状态下，也不会发生还原反应，也就不会发生增碳现象。从下面工件表面添加保护剂后与真空淬火时的金相图比较，可较明显看到真空热处理的优势所在。如图3、图4所示：

图3

图3 40Cr渗碳后淬火、回火处理，马氏体3级，残余奥氏体2级，少量颗粒状碳化物1级，表层及次表层马氏体组织粗细有别。

图4

图4 40Cr真空淬火 组织为中碳马氏体以及少量黑色条状回火马氏体。加热均匀，表面无氧化脱碳。

2、提高整体机械性能、脱气和促进金属表面的净化作用

真空对液态金属有明显的除气效果，对固态金属中溶解的气体也有很好的排除作用。金属中最有害的气体是氢。采用真空加热时，可使金属和合金中的氢迅速降至最低程度，消除氢脆，从而提高材料的塑性、韧性和疲劳强度，提高了工件的整体机械性能。金属和合金在真空中加热时，如果真空度低于相应氧化物的分解压力，这种氧化物就会发生分解，形成的游离氧立即被排出真空室，使金属表面质量，进一步改善，甚至使表面达到活化状态，起到净化作用。

3、工件变形小

一般来说，被处理的工件在炉内靠热辐射加热，内外温差较小，热应力小，因而决定了真空热处理工艺处理的零件变形小，同时在真空下加热和在真空下淬火，自动完成，避免了热态下工件在空气中的搬运（盐浴处理及气氛保护处理虽在绝氧的环境里加热，但仍在空气或含有氧分子的淬火介质中完成淬火），减少了人为加工变形。如Cr12MoV材质的滚丝轮，分别真空热处理和盐浴处理，真空热处理比盐浴处理变形量小70%，产品合格率高。

4、可减少工件含金元素挥发性

真空热处理能在可控气氛下加热和真空淬火，从而减少了工件含金元素挥发性,保证了工件的热处理质量。

5、其他

真空热处理炉热效率高,可实现快速升温和降温；稳定性和重复性好。工作环境好，操作安全，没有污染和公害。

来源：丰东

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