45钢小零件真空热处理技术.docx

常州机电职业技术学院毕业论文毕业设计 论文 中文摘要45 钢是当今社会应用最广泛的材料之一,作为构造材料使用,它的性能在很高的层面上打算了产品的质量。因此其性能的提升具有重要的意义。本论文主要争论的是 45 钢小零件真空淬火的技术以及真空淬火和一般淬火的区分及各自优缺点。本文论述了真空热处理技术的突出优点, 概括介绍了 45 钢真空热处理工艺和真空设备的技术特点以及真空和一般淬火的不同和一样之处。结果说明：真空热处理使得处理的工件外表不氧化、不脱碳、并有复原除锈作用,省却一些工件的粗加工工序,可节约昂贵的工件钢材和原辅材料的消耗 ,节约加工时间,降低产品本钱；真空热处理具有真空脱气、脱脂作用并无氢脆危急,防止一些材料难熔金属的外表脆化使工件外表纯度提高,提高工件的疲乏强度、塑性和韧性及耐腐蚀性,提高工件的使用寿命。关键字：45 钢；显微组织；硬化力气；真空热处理第 10 页 共 36 页毕业设计 论文 外文摘要Title：45small steel parts vacuum heat treatment technologyAbstract ：45steel is nowadays one of the most widely used materials, as a structural material, its performance in high level determines the quality of the product. So it has important significance for the improvement of the performance of. This paper is a study of 45small steel parts vacuum hardening technology and vacuum quenching and quenching and the differences between the respective advantages and disadvantages.This paper discusses the advantages of vacuum heat treatment technology, introduces the 45 vacuum heat treatment process for steel and vacuum equipment and technical characteristics of vacuum and quenching of the differences and similarities between.The results showed that: vacuum heat treatment allows the processing of workpiece surface oxidation,decarbonization, and reduction of rust, save some parts of the roughing process, can save the expensive piece of steel and raw material consumption, saves the processing time, reduce product cost; vacuum heat treatment with the vacuum degassing, degreasing effect without the risk of hydrogen embrittlement some of the material, to prevent the refractory metal surface embrittlement make the surface to increase the purity, to improve the work of the fatigue strength, plasticity and toughness and corrosion resistance,prolonging the service life of the workpiece.Keywords: 45 steel；microstructure；hardenability；vacuum heat treatment名目第一章 绪论41.1 真空热处理技术的进展历程与趋势41.2 45 钢的特征与性能介绍71.3 真空淬火技术的介绍111.4 45 钢小零件热处理介绍131.5 论文的目的与意义14其次章 45 钢小零件真空淬火技术工艺流程介绍152.1 真空热处理设备152.1.1 真空热处理炉简介152.1.2 真空热处理炉的特点162.1.3 真空热处理设备关键技术争论开发182.2 一般热处理设备212.3 真空热处理预先处理和工艺流程24第三章 真空淬火得到的性能及组织分析263.1 真空淬火性能介绍263.1.1 真空热处理特点263.1.2 影响工件真空热处理的因素263.2 45 钢真空淬火组织介绍27第四章 真空热处理和一般热处理的比较284.1 45 钢小零件一般淬火流程284.1.1 45 钢一般淬火流程284.1.2 45 钢一般淬火技术介绍304.2 真空热处理和一般热处理优缺点324.2.1 真空淬火优点324.2.2 真空热处理缺点33结论34致谢35参考文献36第一章 绪论1.1 真空热处理技术的进展历程与趋势20世纪20年月末随着电真空技术的进展消灭了真空热处理工艺当时还仅用于退火和脱气。由于设备的限制这种工艺较长时间未能获得大的进展。6070 年月间续研制成功气冷式真空热处理炉冷壁真空油淬炉和真空加热高压气淬炉等使真空热处理工艺得到了的进展。在真空中进展渗碳在真空中等离子场的作用下进展渗碳渗氮或渗其他元素的技术进展又使真空热处理进一步扩大了应用范围。真空热处理技术具有无氧化、无脱碳、脱气、脱脂、外表质量好、变形微小、综合力学性能优异、无污染、无公害及自动化程度高等一系列突出优点,50 余年来始终是国际热处理技术进展的热点,近 20 余年来在我国也得到快速进展。我国真空热处理工艺的争论和应用已普及真空退火、真空油(气)淬火、真空高压气体淬火、真空渗碳、真空渗氮、真空回火、真空烧结、真空钉焊、真空渗金属、真空离子渗碳(渗氟、渗金属)、真空涂敷及真空清洗等宽阔领域,取得了长足的进展。据资料介绍和统汁估算,我国现有各类真空热处理设备约 4500 台套,占我国热处理设备的 3.75左右。我国现有专业性真空热处理设备生产厂家约 50 余家,主要产品有真空油气淬火炉、真空高压气淬炉、真空回火炉、真空钎焊炉、真空烧结炉、真空渗碳炉、真空渗氮炉、氮炉、离子渗碳(氮)炉和真空连续炉等真空热处理设备。全国从事真空热处理技术争论、设计、制造、开发和应用的职工总数约为 6000 人。现在,真空热处理技术已经进入技术领域不断扩大,工艺水平渐渐提高,真空热处理设备不断完善和日益多样化、智能化,技术接连涌现的稳定进展阶段。20 世纪 70 年月真空热处理技术在我国进展初期,人们主要争论探讨真空热处理的根本性质、加热特点、金属蒸发问题和金属在真空下加热的根本规律以及变形问题,同时开展了典型热处理工艺的争论,进展了真空油淬火和真空气淬的工艺争论和应用。为真空热处理工艺的争论和应用奠定了根底。80 年月以来,真空热处理技术在我国快速进展,引进先进设备增多,真空热处理工艺应用日广。很多单位着手真空油、气淬火技术的开发应用,开发了负压高流率淬火技术,以及在引进设备上开发高压气淬工艺的应用实践,真空渗碳技术、真空烧结、真空钎焊、真空离子渗碳(氮、金属)的争论和应用相继开放,真空热处理技术开头从争论试验和少量生产走向工业生产领域。随着技术的进步,进入 90 年月以来,真空热处理工艺技术消灭了很多技术、特点,高压气淬和超高压气淬的应用,真空加热的热风(气流)循环和快速冷却技术,真空(脉冲)渗氮技术,真空低压渗碳高压气淬技术, 真空清洗技术、真空外表涂敷技术和真空喷涂技术,真空热处理工艺与设备智能把握系统,燃气式真空炉及智能系统 ,真空等温热处理技术及智能系统 ,真空离子渗碳(氮、金属、多元共渗等)技术蓬勃开展。在美国、德国、英国、法国和日本等国成为技术进展的热点。我国在上述领域跟踪国际先进技术,结合国情,乐观争论、开发我国的真空热处理技术、设备。如高压气淬工艺与设备 ,真空回炎热风循环与快冷处理,连续炉真空热处理和真空渗碳工艺等；同时在真空清洗技术、真空渗氮工艺与设备、真空热处理工艺与设备的智能化把握系统以及高温离子热处理技术等领域也在进展争论探究和工业开发的应用试验；并且将研发技术设备应用于生产。真空热处理工艺的进展方兴未艾,前景惊奇。真空热处理技术设备应用(1) 燃气式真空炉研制开发和应用。20 世纪 70 年月的石油危机使西方国家的经济受到很大打击,自此欧洲、美围和日本等兴盛国家格外重视热处理能源的有效利用和提高热效率。由于电是二次能源,一股燃料的发电效率为：3035, 电能的热效率为 8085,因而实际燃料电能热效率仅为 2429.8左右, 所以承受一次能源如灭然气加热具有热效率高和本钱低廉的优势。图 1-1 示出了电能和自然气单位能量的本钱比较。可以看出,电能本钱是大然气能源本钱的 4 倍多。正因如此,1986 年德国研制生产了第一台燃气真空炉,十几年来,已有几百台至上千台燃气真空炉应用于生产。与电加热的真空炉相比,燃气真空炉具有以下优点：较高的生产率,高的热效率。较低的运行本钱。削减维护保养。具有电加热真空炉的全部优点。图 1-1 电能和自然气单位能量本钱比较燃气真空炉自 1986 年问世以来,进展很快。下表列出了欧洲主要燃气真空炉生产厂家生产需求打算。由此可以看出,2023 年燃气真空炉的产量是 1997 年的 6.5倍。图 1-2 示出了燃气辐射管真空炉的构造示意图。图 1-2 辐射管加热真空回火炉构造图(2) 真空炉研制构造设计优化。(3) 半连续式和连续式真空炉及其特点。近年来,随着技术进步和工业需求的增长,半连续式和连续式真空炉研制开发进一步扩大。与间歇式真空炉相比,半连续式真空炉牛产效率可提高 2530,连续式真空炉可提高生产率 4050。半连续和连续式真空炉热效率高,热损火少,生产率高、节能节材(气体、油等),生产本钱低,适于连线生产的大批量产品加工,图1-3图1-5 示出了半连续式和连续式真空热处理炉概貌。1. 高压气淬室 2.加热室 3.油淬室图 1-3 半连续式真空油气(高压气淬)淬火炉图 1-4 Hayes 公司的 VBQ 型连续式真空气冷炉生产线图 1-5 ALD Vacuum 公司的多室连续真空炉生产线1.2 45钢的特征与性能介绍45 号钢,是GB 中的叫法,JIS 中称为:S45C,ASTM 中称为 1045,080M46,DIN 称为:C45 45 号钢为优质碳素构造用钢 ,硬度不高易切削加工,模具中常用来做模板,梢子,导柱等,但须热处理。45钢广泛用于机械制造,这种钢的机械性能很好。但是这是一种中碳钢,淬火性能并不好,45 号钢可以淬硬至 HRC4246。所以假设需要外表硬度,又期望发挥45钢优越的机械性能,常将 45 号钢外表渗碳淬火,这样就能得到需要的外表硬度。45 钢淬火后没有回火之前,硬度大于 HRC55最高可达 HRC62为合格。 实际应用的最高硬度为 HRC55高频淬火 HRC58。45 钢不承受渗碳淬火的热处理工艺。调质处理后零件具有良好的综合机械性能,广泛应用于各种重要的构造零件, 特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但外表硬度较低, 不耐磨。可用调质外表淬火提高零件外表硬度。渗碳处理一般用于外表耐磨、芯部耐冲击的重载零件,其耐磨性比调质外表淬火高。其外表含碳量 0.81.2,芯部一般在 0.10.25特别状况下承受0.35。经热处理后,外表可以获得很高的硬度HRC5862,芯部硬度低,耐冲击。假设用 45 钢渗碳,淬火后芯部会消灭硬脆的马氏体,失去渗碳处理的优点。现在承受渗碳工艺的材料,含碳量都不高,到 0.30芯部强度已经可以到达很高,应用上不多见。0.35从来没见过实例,只在教科书里有介绍。可以承受调质高频外表淬火的工艺,耐磨性较渗碳略差。45 热处理推举热处 理温度：正火 850,淬火 840 ,回火 600 .45 号钢为优质碳素构造用 钢 ,硬度不高易 切削加工 ,模具中常用来做模板 ,梢子,导柱等,但须热处理 .图 1-6 为 45 号钢管.图 1-6 45 号钢管45 号钢淬火后没有回火之前 ,硬度大于 HRC55最高可达 HRC62 为合格。实际应用 的最高硬度为 HRC55 高频淬火 HRC58 。45 号钢不要承受渗碳淬火的热处 理工艺。 调质处理后零 件具有良好的综合机械性能,广泛应用于各种重要的构造零件,特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、 齿轮及轴类等 。但外表硬度 较低,不耐磨。可用 调质外表淬火提高零 件外表硬度。45 钢渗碳处理,一般用 于外表耐磨、芯部耐冲 击的重载零件 ,其耐磨性比调质外表淬火高 。其外表含碳量 0.81.2 ,芯部一般 在 0.1 0.25 特别状况下采 用 0.35 。经热处理后 ,外表可以获得很高的 硬度 HRC58 62, 芯部硬度低、 耐冲击。假设用 45 号钢渗碳 ,淬火后芯部会消灭硬脆的 马氏体,失去渗 碳处理的优点.现在承受渗碳工艺的材 料,含碳量都不高 ,到 0.30 芯部强度已经可以到达很高 ,应用上不多见。 0.35 从来没见过实例 ,只在教科书里有介绍。可以承受调质 +高频外表淬火的 工艺。耐磨性较渗碳略差。GB/T699-1999标准规定的 45 钢推举热处理制度 为 850 正火、840 淬火、 600 回火,到达的性能为屈服强度 355MPa 。GB/T699-1999标准规定 45 钢抗拉强度为 600MPa, 屈服强度为 355MPa,伸长率 为 16,断面收 缩率为 40 ,冲击功为 39J。【1】轴类零件的功 用、构造特点及技术要求 :图 1-7 45 号钢薄板轴类零件 是机器中常常遇到的典型零件之 一。(图 1-7 为 45 号钢薄板 )它主要用来支承 传动零件 .45 号钢试验部 件,传递扭矩和承受 载荷.轴类零件是旋转 体零件,其长度大于直径,一般由同心轴 的外圆柱面、 圆锥面、内孔 和螺纹及相应 的端面所组成。依据构造形 状的不同 ,轴类零件 可分为光轴、 阶梯轴、空心 轴和曲轴等。轴的长径 比小于 5 的称为短轴,大于 20 的称为瘦长轴 ,大多数轴介于两者之间 。轴用轴承支承 ,与轴承协作的轴段称为轴颈 。轴颈是轴的装配基准 , 它们的精度和外表 质量一般要求 较高,其技术要求一 般依据轴的主 要功用和工作条件制定 ,通常有以下几 项：尺寸精度 起支承作用的轴颈为了确定轴的 位置,通常对其 尺寸精度要求较高 IT5 IT7。装配传 动件的轴颈尺寸精度一般要求 较低 IT6IT9。几何外形 精度 轴类零件的几何外形精度 主要是指轴颈、外锥 面、莫氏锥孔等的圆度 、圆柱度等 ,一般应将其公差限制在尺寸公差范 围内。对精度要求较高的内 外圆外表 ,应在图纸上标注其允许偏差。相互位置 精度 轴类零件的位置精度要求 主要是由轴在机械中的位置和功用打算的 。通常应保证装配传动件的轴颈 对支承轴颈的同轴度要求 ,否则会影响传动 件齿轮等的传动精度 ,并产生噪声。一般精度的轴 ,其协作轴段对支承轴 颈的径向跳动一般为 0.01 0.03mm, 高精度 轴如主轴通常为 0.001 0.005mm 。外表粗糙度 一般与传动件相协作的轴径外表 粗糙度为 Ra2.5 0.63m,与轴承相协作 的支承轴径的外表粗糙度 为 Ra0.63 0.16m 。轴类零件的毛 坯和材料 :轴类零件 的毛坯 轴类零件可依据使用要 求、生产类型 、设备条件及构造,选用棒料、锻件等 毛坯形式。对于外圆直 径相差不大的轴 ,一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大 的阶梯轴或重要的轴 ,常选用锻件 ,这样既节约材料又削减机械 加工的工作量 ,还可改善机械性能。依据生产 规模的不同 ,毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两 种。中小批生产多承受自由 锻,大批大量生 产时承受模锻。轴类零件 的材料 轴类零件应依据不同的 工作条件和使用要求选用不同的材料并采 用不同的热处理标准如调质、 正火、淬火等 ,以获得确定的强度、韧性 和耐磨性。45 钢是轴类零件的常用材料 ,它价格廉价经过调 质或正火 后,可得到较好的切削性 能,而且能获得 较高的强度和韧性等综合机械性 能,淬火后外表硬度可 达 4552HRC 。40Cr 等合金构造钢适用于中等精度而转 速较高的轴类零件 ,这类钢经调质和淬火后 ,具有较好的综合 机械性能。轴承钢 GCr15 和弹簧 钢 65Mn, 经调质和外表高频淬火后 ,外表硬度可达50 58HRC, 并具有 较高的耐疲乏性能和较好的耐 磨性能,可制造 较高精度 的轴。周密机 床的主轴例如磨床砂轮轴 、坐标镗床主轴 可选 38CrMoAIA 氮化钢。这种钢经调质和表 面氮化后 ,不仅能 获得很高的外表硬度 ,而且能保持较软的芯部 ,因此耐冲击韧 性好。与渗碳淬火钢比较 ,它有热处理变形很小 , 硬度更高的特 性。45 号钢广泛用于机械制造 ,这种钢的机械性能很 好。但是这是一种中碳钢,淬火性能并不好 , 45 号钢可以淬硬至 HRC4246 。所以假设需要外表硬度 , 又期望发 挥 45钢优越的机械性能 ,常将 45 钢外表渗碳淬火 ,这样就能得到需要的外表 硬度。形态为 锭、坯、条、管、板、带状态不 热处理、退火、正火、高温回火,抗拉强度 Mpa600 屈服强 度 Mpa355 伸长率% 16 【2】。1.3 真空淬火技术的介绍真空热处理原理：真空热处理是在低于 1×105Pa通常为 10-110-3Pa的环境中加热的热处理工艺,在一般淬火加热温度下,氧的分压低于氧化铁的平衡分解压。真空炉中氧分压能用氧探头直接测出。对全部的金属,加热温度越高,所需真空度越低。“低温用高真空”,“高温用低真空 ”是选择工作真空度的根本原则。对碳素钢 ,650以上加热,在任何真空度条件下,都可以实现无氧化加热。对高铬高锰合金钢,在 850以上加热,工作真空度在 13.3Pa 可实现无氧化加热,真空度不需要很高。以削减合金元素的蒸发。在高温、高真空条件下加热。如在 1250,真空度在 1.33×10-2Pa 以上,有些绝缘材料如 SiO2,会复原成金属,破坏绝缘。所以在实际工作中,应严格把握真空炉的漏气率,和炉衬材料的放气率。正确选择工作真空度。大局部低合金构造钢、合金工具钢、高铬钢淬火加热,真空度一般可以选择 1.3313.3Pa,高合金钢的真空回火,真空度选用 1.33×10-2Pa。碳钢的真空度不要低于 133Pa。高速钢淬火加热,高温加热时要充入 6.67×103Pa 的高纯氮,充氮前要停泵。真空热处理的特点与应用及工艺：将金属工件在1个大气压以下(即负压下)加热的金属热处理工艺。特点:金属零件在真空中的热处理能防止氧化脱碳并具有脱气效应,但金属元素可能蒸发。防止氧化脱碳真空热处理炉的加热室在工作时处于接近真空状态,仅存在微量一氧化碳和氢气等,它们对于加热的金属是复原性的,不发生氧化脱碳的反响;同时还能使已形成的氧化膜复原，因此加热后的金属工件外表可以保持原来的金属光泽和良好的外表性能。脱气效应金属零件在真空环境中加热时,金属中的有害气体,例如鈦合金中的氢和氧,会在高温下逸出,有利于提高金属的机械性能。金属元素蒸发各种元素都有自身的蒸气压,假设环境中的压力低於某种元素的蒸气压,这种元素就会蒸发。在真空热处理时,应依据钢中所含合金元素的蒸气压来选择加热时的真空度或温度,以避开合金元素蒸发。工艺:真空热处理可用于退火脱气固溶热处理淬火回火和沉淀硬化等工艺。在通入适当介质后,也可用于化学热处理。真空中的退火脱气固溶处理主要用于纯洁程度或外表质量要求高的工 件,如难熔金属的软化和去应力不锈钢和镍基合金的固溶处理鈦和鈦合金的脱气处理软磁合金改善导磁率和矫顽力的退火,以及要求光亮的碳钢低合金钢和铜等的光亮退火。真空中的淬火有气淬和液淬两种。气淬马上工件在真空加热后向冷却室中充以高纯度中性气体(如氮)进展冷却。适用於气淬的有高速钢和高碳高铬钢等马氏体临界冷却速度较低的材料。液淬是将工件在加热室中加热后,移至冷却室中充入高纯氮气并马上送入淬火油槽,快速冷却。假设需要高的外表质量,工件真空淬火和固溶热处理后回火和沉淀硬化仍应在真空炉中进展。真空渗碳是将工件装入真空炉中,抽真空并加热,使炉内净化,到达渗碳温度后通入碳氢化合物(如丙烷)进展渗碳，经过确定时间后切断渗碳剂，再抽真空进展集中。这种方法可实现高温渗碳(1040),缩短渗碳时间。渗层中不消灭内氧化， 也不存在渗碳层外表的含碳量低於次层的问题，并可通过脉动方式真空渗碳，使盲孔和小孔获得均匀渗碳层。应用 零件经真空热处理后,畸变小,质量高,且工艺本身操作灵敏,无公害。因此真空热处理不仅是某些特别合金热处理的必要手段,而且在一般工程用钢的热处理中也获得应用 ,特别是工具模具和周密耦件等 , 经真空热处理后使用寿命较一般热处理有较大的提高。例如某些模具经真空热处理后,其寿命比原来盐浴处理的高 40400,而有很多工具的寿命可提高 34 倍左右。此外,真空加热炉可在较高温度下工作,且工件可以保持干净的外表,因而能加速化学热处理的吸附和反响过程。因此,某些化学热处理,如渗碳渗氮 渗铬渗硼,以及多元共渗都能得到更快更好的效果【3】。真空淬火油的选择：真空油淬对真空淬火油有特定的要求,因而热处理工作者应当把握真空淬火油的技术指标, 以及真空淬火油使用中的技术特性及影响因素。我国研制开发的ZZ- 1 号, ZZ- 2 号真空淬火油性能优良, 满足我国真空热处理生产技术的要求, 争论探讨压力( 气压) 对真空淬火油的性能影响, 油量设计、真空淬火油的品质特性, 温度的影响, 高温瞬时渗碳现象等应用技术问题, 对真空淬火油的争论、开发和应用起指导作用。真空阀门构造设计、制造与装配真空炉为了提高生产率和改善处理质量, 消灭了双室、三室真空热处理炉, 室与室间安装真空闸阀, 使各室允许有不同的压力、温度和加工处理, 从而保证加热始终处于要求的工作温度和真空度, 而不受装入料和取出工件的影响。研制的真空炉热闸阀是一种既能密封又能隔热的插板式复合闸门。真空密封闸阀主要技术参数设计计算是真空热闸阀研制技术的根底, 争论给出了阀板运动速度的设计考虑因素、计算公式及阀板运动( 提升、下降) 时间的计算公式。介绍了电机功率的计算公式, 阀门压紧力的计算公式, 真空热闸阀的加工制造特点、技术要求以及真空密封闸阀炉体安装的技术要求等。一种典型的WZ 型真空炉热闸阀承受阀板和阀框双水冷却构造, 四连杆压紧装置, 四连杆机构的弹簧装置和齿轮齿条传动机构以及闸阀真空密封和隔热复合构造。1.4 45钢小零件热处理介绍钢的退火退火是将刚加热到适当温度,保温确定时间,然后缓慢冷却的热处理工艺。退火主要用于铸、锻、焊毛抷和半成品零件,为预备热处理。退火后获得珠光体型组织。退火的主要目的是：软化钢材以利于切削加工：消退内应力以防止工件变形：细化晶粒改善组织,为零件的最终热处理做好预备。钢的正火将钢加热到 Ac3或 Accm以上 30 到 50 摄氏度,保温适当时间,出炉后在空气中冷却的热处理工艺叫正火。与退火相比,正火的生产周期短,节约能量,而且操作简便,冷却速度较快,得到的组织比较细小,强度和硬度也稍高一些。生产中常优先承受正火工艺。钢的淬火淬火是将钢加热到 Ac3 或 Ac1 以上,保温确定时间,冷却后获得马氏体和或 贝氏体组织的热处理工艺。淬火是钢的最有效最经济的强化手段之一。回火回火是将淬火钢加热到 Ac1 一下某一温度,保温确定时间,然后冷却至室温的热处理工艺。回火是淬火的后续工序。回火的主要目的是削减或消退淬火应力, 防止工件变形或开裂,稳定工件尺寸及获得工件所需的组织和性能。淬火后钢的坐直是不稳定的,具有向稳定组织转变的自发倾向。加热回火加速了这个自发转变的过程【4】。1.5 论文的目的与意义本课题主要是争论真空热处理工艺对45钢组织性能的影响,常用的热处理工艺主要有正火、淬火、回火等。影响其热处理工艺的因素主要有加热温度、保温时间、冷却速度等。本文主要针对影响其最为重要的几个变量进展书面查阅论述得到相关数据并进展分析,以获得有用的结论。争论45 钢小零件真空热处理的目的是找到提高其综合性能的途径,进而为与其相关的各个行业的进展作铺垫。而45 钢的性能与其处理方法设备选择直接相关,所以对其工艺设备选择和组织分析的争论将是本课题的重中之重。为了把握什么样的热处理工艺条件下45钢可得到最正确的综合性能,必需通过相互比照,因此不同热处理条件下热处理后的试样的异同点的比照对本次论述至关重要。即本文不同种类的人热处理方式的比照是本文论述的又一重点。其次章 45 钢小零件真空淬火技术工艺流程介绍2.1 真空热处理设备2.1.1 真空热处理炉简介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局部在真空状态下进展的。我国将真空划分为低、中、高和超高真空。目前大多数真空热处理炉的工作真空度在1.330.00133MPa。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、氮化,在淬火工艺中可实现气淬、油淬、硝盐淬火、水淬等,还可以进展真空钎焊、烧结、外表处理等。真空热处理炉热效率高,可实现快速升温存降温,可实现无氧化、无脱碳、无渗碳,可去掉工件外表的磷屑,并有脱脂除气等作用,从而到达外表光亮净化的效果。一般来说,被处理的工件在炉内加热缓慢,内热温差较小,热应力小, 因而变形小。产品合格率高。可降低本钱,有除气作用,从而提高了工作的机械性能和使用寿命。工作环境好,操作安全,没有污染和公害。被处理的工件没有氢脆危急,对钛材和难熔金属壳防止外表氢脆,真空热处理工艺的稳定性和重复性好。这一系列的优点,开发真空热处理设备和工艺被越来越重视和应用越来越广。一般金属材料在空气炉中加热,由于空气中存在氧气、水蒸气、二氧化碳等氧化性气体,这些气体与金属发生氧化作用易使被加热的金属外表产生氧化膜或氧化皮,完全失去原有的金属光泽。同时这些气体还要与金属中的碳发生反响,使其外表脱碳。假设炉中含有一氧化碳或甲烷气体,还会使金属外表增碳。对于化学性质格外活泼的Ti、Zr以及难溶金属W、Mo、Nb、Ta等,在空气炉中加热,除了要生成氧化物、氢化物、氮化物外,还要吸取这些气体并向金属内部集中,使金属材料的性能严峻恶化。这些氧化、脱碳、增碳、吸气甚至产生腐蚀等弊病,在可控气氛炉或盐浴炉中加热,有时也难以避开。为解决这一问题,通常的做法是在工件热处理前留有加工余量,热处理后在加工去掉氧化、脱碳层等【5】。真空热处理炉的安全操作:真空热处理炉是近年来得到较大进展的先进热处理设备,工件是在超低气压的空间里进展加热和冷却的。它具有质量好、节能、安全和污染少等优点。真空炉的发热体用低压电,但电源电压仍为 380V,操作时仍需要安全用电。真空炉制造时,应确保不漏气、不漏水。真空炉炉体和炉盖等的密封是用橡胶件,因此需要用水隔层进展冷却。假设水漏到炉膛里时,炉膛温度很高,会引起爆炸。真空炉处理的工件,应清洗净外表油污,同时避开淬火油槽的油蒸气进入炉膛。这些油蒸气和空气混合后将形成爆炸气氛,一旦有明火或通电时就会产生爆炸。所以真空炉装料后应关闭炉门,将炉膛抽成真空后,方可通电加热。2.1.2 真空热处理炉的特点(1) 我国研制生产的真空热处理设备品种型式多样,功能齐全,根本满足了国内生产技术的需求,挡住了进口。(2) 我国研制生产的真空热处理炉承受国际通用技术参数和指标及检测方式, 技术指标先进,构造和制作优良,节能效果显著,无公害清洁生产到达国际 90 年月末技术水平。(3) 真空热处理设备承受 PL 型可编程序把握器,智能化控温仪表与真空仪表、传感器、执行元件相结合,实现了对真空系统、机构传动、充气系统和工艺参数的自动把握。运行牢靠,控温精度高,具有故障显示和报警功能,到达国际 90 年月末真空热处理设备先进水平。(4) 我国真空热处理设备的研制材料、传感器、真空泵和阀类元器件、测试仪表等实现了国产化,制造技术和检测技术独立开发,形成了国产化真空热处理设备研制生产体系,因而设备本钱较低廉,适合国情,进展前景宽阔。(5) 水冷装置,真空热处理炉的炉壳、炉盖、电热元件导别处置(水冷电极)、中间真空隔热门等部件,均在真空、受热状态下工作。在这种极为不利的条件下工作,必需保证各部件的构造不变形、不损坏,真空密封圈不过热、不烧毁。因此, 各部件应当依据不同的状况设置水冷装置,以保证真空热处理炉能够正常运行并有足够的使用寿命。(6)承受低电压大电流：在真空容器内,当真空空度确定的范围内时,真空容器内的通电导体在较高的电压下,会产生辉光放电现象。在真空热处理炉内,严峻的会产生弧光放电,烧毁电热元件、隔热层等,造成重大事故和损 失。因此,真空热处理炉的电热元件的工作电压,一般都不超过 80100 伏。同时在电热元件构造设计时要实行有效措施,如尽量避开有尖端的部件,电极间的间距不能太小窄,以防止辉光放电或者弧光放电的发生。图 2-1 真空热处理炉(7) 大局部加热与隔热材料只能在真空状态下使用：真空热处理炉的加热与隔热衬料是在真空与高温下工作的,因而对这些材料提出了耐高温,蒸汽压低,辐射效果好,导热系数小等要求。对抗氧化性能要求不高。所以,真空热处理炉广泛承受了钽、钨、钼和石墨等作加热与隔热构料。这些材料在大气状态下极易氧化, 因此,常规热处理炉不能承受这些加热与隔热材料。(8) 严格的真空密封：众历周知,金属零件进展真空热处理均在密闭的真空炉内进展,因此,获得和维持炉子原定的漏气率,保证真空炉的工作真空度,对确保零件真空热处理的质量有着格外重要的意义。所以真空热处理炉的一个关键问题, 就是要有牢靠的真空密封构造。为了保证真空炉的真空性能,在真空热处理炉构造设计中必需道循一个根本原则,就是炉体要承受气密焊接,同时在炉体上尽量少开或者不开孔,少承受或者避开承受动密封构造,以尽量削减真空泄漏的时机。安装在真空炉体上的部件、附件等如水冷电极、热电偶导出装置也都必需设计密封构造。(9) 自动化程度高：真空热处理炉的自动化程度之所以较高,是由于金属工件的加热、冷却等操作,需要十几个甚至几十个动作来完成。这些动作内在真空热处理炉内进展,操作人员无法接近。同时,有些动作如加热保温完毕后,金属工件进展淬火工序须六、六个动作并且要在 15 秒钟以内完成。在这样快速的条件来完成很多动作,是很简洁造成操作人员的紧急而构成误操作。因此,只有较高的目动化才能准确、准时按程序协调动【6】。2.1.3 真空热处理设备关键技术争论开发由于我国真空热处理设备技术的研制工作是从零开头,因而我国真空热处理设备的研制是在仿制国外产品的同时,集中力气争论攻克真空热处理设备的关键技术,以使国产真空热处理设备在设计、构造、性能、自动化水平和寿命等方面追赶国际先进技术水平。经过 20 多年的不懈努力和争论探究,逐步攻克了真空热处理设备研制的关键技术,把握了真空热处理设备设计、构造、关键部件、设备材料与元器件、传感器、电器组件和自动化把握系统等核心技术,为我国真空热处理设备的研制开发奠定了根底。主要技术有：(1) 真空抽气技术和真空机组。(2) 真空加热发热体材料和构造的选择。(3)真空绝热材料和构造的选择。(4)真空动、静密封技术。(5)真空炉的充气冷却技术。(6)真空淬火油的选择。(7) 真空阀门构造设计、制造与装配。真空炉为了提高生产率和改善处理质量,消灭了双室、三室或多室真空热处理炉,室与室间安置真空闸阀,使各室允许有不同的压力、温度和加工处理与工作气氛,从而保证加热始终处于要求的工作温度、真空度及工作气氛,而不受装入料和取出工件的影响。研制的真空炉热闸阀是一种既能密封又能隔热的插板式复合闸门。一种典型的 WZ 型真空炉热闸阀承受阀板和阀框双水冷却构造,四连杆压紧装置,四连杆机构的弹簧装置和齿轮齿条传动机构以及闸阀真空密封和隔热复合构造。(8) 真空炉发热体引出棒密封技术。(9)真空炉电绝缘技术。(10) 真空下温度传感和把握技术。(11) 真空回火及高压气淬气流(热风)循环技术。【7】众所周知,传热系数 (w/m2.K)与气体压力 P 和气体速度 v 的关系有下式：=APvm其中,P 为气体压力,v 为气体流速,A 和 m 是常数,它们是炉子构造、炉料和冷却气体物理性能的函数,m 一般为 0.60.8。依据冷却机理分析,研制了真空回火炉双气流循环的强制对流换热技术和设计构造；研制设计了负压高流率冷却技术并研制了 WZ 型高效率负压高流率真空淬火炉。(12) 真空热处理炉自动把握技术。我国真空热处理设备研制开发特点:通过引进真空热处理炉消化吸取,国内已具有能够自主开发设计制造高水平系列真空炉的力气。目前我国已研制生产各类真空热处理炉、离子渗碳(氮、金属)炉、烧结炉、钎焊炉、真空镀膜及溅射设备等多种类型。在炉型上包括单室、双室、三室、半连续式及连续式真空热处理设备,已经形成了国产真空热处理炉 系列。国产真空炉的主要技术指标已到达或接近国际先进设备的水平。如炉温均匀性到达美国军标 MIL-80233A 规定的指标,即在±5.6以内；压升率指标一般均到达<1.33Pa/h设备最高工作温度及极限真空度也都满足用户要求。国产真空退火炉、真空油气淬火炉等主要炉种已根本站稳了国内市场,满足了各行业的迫切需求。国产真空炉与国外先进设备存在的主要差距是设备质量有待稳定。我国应当从系统工程角度动身,协同真空泵、阀门、仪器仪表、石墨加热元件及制品、电子元器件等制造厂家共同努力,提高其产品质量及使用寿命,进而提高国产真空热处理设备的整体水平。进一步完善和提高国产高压气淬炉和高流率气淬炉的质量水平,并形成批量生产规模。同时,开发研制具有低温对流加热和等温淬火功能的高压气淬炉,以及高温高压真空炉和连续型或组合式往复多用真空热处理炉生产