真空热处理技术发展-A.doc

真空热处理技术的发展 1 前言 真空热处理具有无氧化、无脱碳、无元素贫化的特点，可以实现光亮热处理，可以使零件脱脂、脱气，避免表面污染和氢脆；同时可以实现控制加热和冷却，减少热处理变形，提高材料性能；还具有便于自动化、柔性化和清洁热处理等优点，近年已被广泛采用，并获得迅速发展。 真空热处理由早期的真空退火、真空除气向真空淬火、真空回火、真空化学热处理和特种真空热处理方向发展；真空热处理炉设计制造、元器件水平和性能不断提高，并发展了真空热处理生产线。本文结合近年的真空热处理技术研究和实践，综述了真空热处理技术发展现状和展望。 2 真空油淬 真空油淬是目前真空热处理的主要工艺。真空油淬技术发展过程中曾遇到的技术技术难点是真空油淬增碳问题。上世纪七十年代我们的试验研究表明，真空油淬可能产生增碳，使疲劳性能降低。近三十年解决了真空淬火油和真空油淬表面增碳等技术关键，除在工模具热处理方面应用外，已成功用于重要结构件的精密热处理。 2.1 增碳问题 钢在真空高温加热时使其表面活化，真空淬火时淬火油受热分解形成的活化碳原子在油淬过程中渗入，使工件表面形成增碳层。这种渗碳现象随淬火温度上升而更加严重，且与淬火加热保温时间无关。为防止该现象的产生，应选择质量好的真空淬火油和改进热处理工艺。 真空淬火油要求有低的饱和蒸气压，良好的化学稳定性，残碳和杂质少，酸值低。国产真空淬火油有ZZ-1、ZZ-2，各公司、工厂都有各自的品牌，但性能和质量差异较大，关键要保证长期使用的稳定性，保证淬火后工件光亮，具有合适的淬火冷却性能。 在真空淬火工艺方面，为防止增碳现象要选择合适的加热真空度，采取选充气后入油或气—油两段冷却法等。 试验结果表明，高速钢真空油淬可能在工件表面形成30~40μm的增碳白层。经过改进后，结构钢（如40CrNi2Si2MoVA）类似现象大大减少，增碳层只有约0.1~0.2μm厚，其力学性能可满足技术要求，并不影响使用性能，见表1。 表1 40CrNi2Si2MoVA钢真空油淬与普通油淬的力学性能对比①② 热处理方式 热处理工艺 σb MPa δ5 ψ ak KJ/m2 KIC MN·m-3/2 Nf次 (K=0.6) % 真空 油淬 870℃1h③6.7Pa④，先充气后入油，7.5×104Pa⑤ 1919 11.8 54.7 746 82.2 1370 普通 油淬 870℃ 1h油冷 1974 11.2 50.8 801 84.2 1445 技术条件要求 870℃油冷 1860~ 2060 ≥8 ≥30 ≥490 - - ①真空与普通油淬后均经300℃回火2h，空冷。回火两次； ②真空油淬的试样为精加工状态，普通油淬的试样为粗加工状态； ③真空淬火保温时间含30min加热滞后补偿时间； ④加热真空度； ⑤充气压强；充气前淬火室真空度为6.7Pa。 2.2 油面压强的选择 在低压强下，真空淬火油的冷却能力下降，对某些钢来说，可能达不到淬火的目的。为此，在淬火前，向淬火室内充入高纯的中性或惰性气体，在油面上造成一定的压强，就可以实现钢的充分淬火并获得光亮的表面。能够获得与在大气压下相同淬火硬度的最低液面压强称为临界淬火压强。临界淬火压强与真空淬火油的特性及钢的淬硬性有关。图1示出某些钢在国产ZZ-1型真空淬火油中的淬火硬度与淬火压强的关系。 试验结果表明，对于淬硬性较差的钢，如12CrNi3A、45、30CrMnSiA、65Mn、T8A钢的淬火硬度随油面压强的下降而明显下降，有明显的临界淬火压强，它们分别为1×104Pa、1×10-4Pa 、2.5×104Pa、1×103Pa、5×104Pa。而淬硬性好的钢如18Cr2Ni4WA 、37CrNi3A、38CrMoAlA、40CrA、30CrMnSiNi2A、40CrNiMoA、40CrMnSiMoVA、40CrNi2Si2MoVA（300M）、60Si2MnA、1Cr11Ni2W2MoVA、 1Cr13、Cr17Ni2A、Cr12MoVA钢的淬火硬度并不随油面压强的降低而明显下降。 对于淬硬性较差的钢，应选用先充气后入油的方式进行淬火。油面压强应高于其临界淬火压强。一般调节在5×104Pa左右，但不宜低于1×104Pa。对中等淬硬性的钢，也应采取先充气后入油的方式进行淬火。油面压强可调节在1×104Pa左右，但不宜低于5×103Pa。淬硬性很好的钢可以采取充气或不充气的方式进行淬火；采取充气方式的，可以先充气后入油，也可先入油后充气；采取先充气的方式时，充气压强可在2.5×104Pa~5×104Pa范围内选定。为防止和减少油蒸气进入并污染加热室，宜选用较高的充气压强。所用的气体应为高纯的中性或