特殊热处理真空淬火精选PPT.ppt
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1、关于特殊热处理真空淬火关于特殊热处理真空淬火第1页,讲稿共47张,创作于星期二2真空条件下金属加热的特点真空条件下金属加热的特点l斯蒂芬斯蒂芬玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律 0C0(/100)4,J/(m,J/(m2 2h);h);C0为绝对黑体的辐射系数为绝对黑体的辐射系数12.7107,J/(m,J/(m2 2hKhK4 4););T T为辐射体绝对温度(为辐射体绝对温度(K K)。)。l实际真空热处理条件下:实际真空热处理条件下:理想灰体传热能与绝对温度的四次方成正比:理想灰体传热能与绝对温度的四次方成正比:C(/100)4C理想灰体辐射系数,理想灰体辐射系数,C=4.96,灰体黑度。灰体黑度
2、。第2页,讲稿共47张,创作于星期二3辐射热交换辐射热交换lQ12=C导导(T1/100)4-(T2/100)4F1 12 (J/h)lC导导=4.96(1/1-1)12+1+(1/2-1)21 J/(m2 hk4)Q12单位时间内,高温面传给低温面的热量;单位时间内,高温面传给低温面的热量;C导导导来辐射系数;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(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(高温面表面积(m2););12 角度系数。角度系数。12=21=112=1 21=F1/F2F2F1F1F2F2F1F2F112=1 21
3、=F1/F212=F2/(F1+F2)21=F1/(F1+F2)第3页,讲稿共47张,创作于星期二4真空炉升温特性真空炉升温特性l真空炉空载时的自身升温速度很高;热惯性小;蓄真空炉空载时的自身升温速度很高;热惯性小;蓄热、散热量微小热、散热量微小l升温主要取决于对炉料可达到的供热能力(被加热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)工件在单位时间、单位面积上从真空炉获得的热量)l在真空炉里比在介质中综合传热的常规加热,供热能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力低得多,特别是辐射效率低的升温阶段(60
4、0600)和回火加热时。)和回火加热时。第4页,讲稿共47张,创作于星期二5钢在真空和其他介质中加热速度钢在真空和其他介质中加热速度GCr15钢钢50mm 100mm试样在不同介质中的加热速度试样在不同介质中的加热速度1盐浴中加热,盐浴中加热,2空气炉中加热,空气炉中加热,3真空中加热,真空中加热,1,2高温装炉;高温装炉;3室温装炉室温装炉第5页,讲稿共47张,创作于星期二6真空加热表面与心部的温差真空加热表面与心部的温差lW18Cr4V钢钢 在在850C预热,预热,继续加热到继续加热到1280C。lGCr15钢钢 采用两种加热方式:采用两种加热方式:1.600C预热,继续加热到预热,继续加
5、热到 850C;2.室温直接加热到室温直接加热到850C。l分段预热的必要性。分段预热的必要性。W18Cr4V高速钢高速钢50mm100mm试样经试样经850 预热加热到预热加热到1280 过程中过程中的表面和心部升温曲线的表面和心部升温曲线1炉温炉温2表面温度表面温度3 芯部温度芯部温度第6页,讲稿共47张,创作于星期二7真空加热表面与心部的温差真空加热表面与心部的温差GCr15钢钢50mm100mm试样试样850 加热时的表面和芯部升温曲线加热时的表面和芯部升温曲线1炉温;炉温;2表面温度,表面温度,3 芯部温度芯部温度GCr15钢钢50mm100mm试样经试样经600 预热加热预热加热到
6、到850 的表面和芯部升温曲线的表面和芯部升温曲线1炉温;炉温;2表面温度,表面温度,3 芯部温度芯部温度第7页,讲稿共47张,创作于星期二8不同尺寸工件的烧透时间不同尺寸工件的烧透时间不同直径的不同直径的GCr15钢钢试样的加热时间试样的加热时间1600 预热,预热,2室温直接到室温直接到850 ,3经经600 预热后加热到预热后加热到850 加热系数加热系数1.0-1.5min/mm不同直径的不同直径的W18Cr4V钢钢试样试样的加热时间:的加热时间:1850 预热,预热,2经经850 预热后加热到预热后加热到1280 加热系数加热系数0.46-0.52min/mm第8页,讲稿共47张,创
7、作于星期二9真空加热时的真空度的确定真空加热时的真空度的确定l大多数金属在大多数金属在500-1350,10-10-3Pa条件条件下加热。下加热。l综合考虑表面光亮度、除气、脱碳和合金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。元素蒸发等效果来确定加热过程的真空度。l“充气法充气法”克服合金元素选择性蒸发。克服合金元素选择性蒸发。第9页,讲稿共47张,创作于星期二10真空淬火优缺点真空淬火优缺点l真空淬火后的工件表面光亮、不增碳、不脱碳。可提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;高承受摩擦和接触应力的工模具的使用寿命
8、;l淬火后工件尺寸和形状变化小,可省去修复变形的机淬火后工件尺寸和形状变化小,可省去修复变形的机加工。加工。l淬火后的工件硬度均匀、机械性能高、质量稳定。淬火后的工件硬度均匀、机械性能高、质量稳定。l设备投资大。设备投资大。第10页,讲稿共47张,创作于星期二11真空淬火的冷却真空淬火的冷却l真空气淬:真空气淬:l冷速与气体种类、气体压力、流速、炉子结果及装冷速与气体种类、气体压力、流速、炉子结果及装炉状况有关;炉状况有关;l冷却气体的种类冷却气体的种类l提高气体冷却能力的方法提高气体冷却能力的方法l真空油淬:真空油淬:l真空淬火油的特性真空淬火油的特性l真空淬火油的使用真空淬火油的使用第11
9、页,讲稿共47张,创作于星期二12冷却气体的种类冷却气体的种类l可供冷却气有氩、氦可供冷却气有氩、氦氢、氮气等。氢、氮气等。l与相同条件下的空气与相同条件下的空气的传热速度比较,空的传热速度比较,空气为气为1,则氮为,则氮为0.99,氩为氩为0.70,氢,氢7,氦为,氦为6。氢、氦、氩气的相对冷却性能氢、氦、氩气的相对冷却性能第12页,讲稿共47张,创作于星期二13提高气体冷却能力的方法提高气体冷却能力的方法l只考虑对流传热,按牛顿公式则传热量为:只考虑对流传热,按牛顿公式则传热量为:Q=K(tw-tf)F(kJ/h)lQ与固体温度与固体温度tw和气体温度和气体温度tf之差以及工件之差以及工件
10、表面积(表面积(F)大小成正比。)大小成正比。l对流传热系数对流传热系数K是气体热导率是气体热导率、粘滞、粘滞系数系数、流速、流速、密度密度(压力)的函数压力)的函数K=/d C(d/)ml提高冷却气体的密度(压力)和流速可以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。正比例加大对流传热效率。气压对冷却速度的影响气压对冷却速度的影响1-0.66m3/s;2-0.566m3/s第13页,讲稿共47张,创作于星期二1465Mn钢薄片状弹簧支架的真空淬火钢薄片状弹簧支架的真空淬火l原材料:原材料:冷轧退火态,冷轧退火态,细珠光体细珠光体+铁素体;铁素体;lQ:变形;:变形;图图2.1
11、 弹簧片形状尺寸示意图弹簧片形状尺寸示意图第14页,讲稿共47张,创作于星期二1565Mn钢弹簧支架的真空淬火工艺钢弹簧支架的真空淬火工艺 l冷态真空度冷态真空度1.33Pa,升温后真,升温后真空度下降空度下降66.5Pa,应考虑,应考虑Mn的蒸的蒸气压较高且随温度升高而增大。气压较高且随温度升高而增大。l相变点附近相变点附近680预热:热处理预热:热处理变形小,升温速度慢,受热均匀变形小,升温速度慢,受热均匀;l入油后充入入油后充入350-400Torr氮气:氮气:超过真空淬火油临界压力的中性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体,使真空淬火油达到使钢淬透的冷却速度
12、。冷却速度。弹簧片真空热处理工艺弹簧片真空热处理工艺N2第15页,讲稿共47张,创作于星期二1665Mn钢弹簧支架的真空淬火预应力钢弹簧支架的真空淬火预应力l真空热处理前的预应力对薄真空热处理前的预应力对薄而长的弹簧片热处理后的变而长的弹簧片热处理后的变形影响很大;形影响很大;l工件自重、相互挤压力不工件自重、相互挤压力不均、振动均可导致变形;均、振动均可导致变形;l各弹簧片间、弹簧与夹具间各弹簧片间、弹簧与夹具间贴合紧密、受力均匀,限制贴合紧密、受力均匀,限制热变形。热变形。弹簧片装夹示意图弹簧片装夹示意图1-固定螺栓;固定螺栓;2-上斜铁;上斜铁;3-弹簧片弹簧片4-底板;底板;5-下斜铁
13、下斜铁第16页,讲稿共47张,创作于星期二17压铸模压铸模l3Cr2W8V钢制电机转子铝压钢制电机转子铝压铸模铸模lQ:模具工况恶劣(高压、高模具工况恶劣(高压、高温铝冲刷,手工脱模需锤击,温铝冲刷,手工脱模需锤击,水冷),要求耐磨性、耐热水冷),要求耐磨性、耐热疲劳性及足够的硬度和韧性。疲劳性及足够的硬度和韧性。lA:预热:预热+回火回火3Cr2W8V钢压铸模尺寸钢压铸模尺寸0.23第17页,讲稿共47张,创作于星期二18压铸模真空淬火压铸模真空淬火淬火温度对淬火温度对3Cr2W8V钢热疲劳抗力的影响钢热疲劳抗力的影响800水冷,循环前,水冷,循环前,49-51HRCA-产生产生0.4mm裂
14、纹的循环次数裂纹的循环次数800预热预热60min,真空度,真空度13.31.33Pa1150 油淬,油淬,670680 回火,真空度高于回火,真空度高于1333133Pa低于低于1.33Pa1180 C3Cr2W8V钢压铸模真空热处理工艺钢压铸模真空热处理工艺N2 99.999第18页,讲稿共47张,创作于星期二19冷冲模具真空淬火冷冲模具真空淬火lCr12MoV钢制硅钢片钢制硅钢片冷冲模凹模冷冲模凹模lQ:88定位销孔要求定位销孔要求精度高,精度高,lA A:无需研修,保证:无需研修,保证型腔边缘硬度。型腔边缘硬度。Cr12MoV冷冲凹模形状及尺寸冷冲凹模形状及尺寸第19页,讲稿共47张,
15、创作于星期二20冷冲模具真空淬火冷冲模具真空淬火冷冲模原工艺冷冲模原工艺箱式高温电炉,淬入箱式高温电炉,淬入400 硝盐炉中硝盐炉中真空度真空度1.33Pa,入油后通入氮气,后普通入油后通入氮气,后普通油炉回火油炉回火Cr12MoV冷冲模真空热处理工艺冷冲模真空热处理工艺99.99%N2第20页,讲稿共47张,创作于星期二21辊压模真空淬火辊压模真空淬火l制造纺织印染机械中的钢芯的模具制造纺织印染机械中的钢芯的模具lQ:螺牙高度:螺牙高度0.12mm47,圆度,圆度0.003,要求硬度,要求硬度62-64HRClA:真空度真空度13.3-1.33Pa,入油后通入入油后通入99.9%氮气至氮气至
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