特殊热处理真空淬火

淬火温度对3Cr2W8V钢热疲劳抗力的影响
800℃水冷，循环前，49-51HRC A-产生0.4mm裂纹的循环次数
800℃预热60min，真空度13.3－1.33Pa 1150 ℃油淬，，670－680 ℃回火，真空度高于1333－133Pa低于1.33Pa
17
冷冲模具真空淬火
Cr12MoV钢制硅钢片 冷冲模凹模
F2 F1
φ12= F2 / (F1 +F2) φ21= F1/ (F1 +F2)
Q12单位时间内，高温面传给低温面的热量；C导导来辐射系数； T1，T2分别为高温面（炉子）和低温面（工件）的绝对温度（K）；
F1高温面表面积（m2）；φ12 角度系数。
2
真空炉升温特性
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
程中的表面和心部升温曲线 1－炉温2－表面温度3 －芯部温度
5
真空加热表面与心部的温差
GCr15钢φ50mm×100mm试样
850 ℃加热时的表面和芯部升温曲线
1－炉温；2－表面温度， 3 芯部温度
GCr15钢φ50mm×100mm试样经600 ℃ 预热加热到850 ℃的表面和芯部升温曲线
1－炉温；2－表面温度， 3 芯部温度
1
辐射热交换
Q12=C导[(T1/100)4-(T2/100)4]F1 φ12 (J/h)
C导=4.96[(1/ε1-1) φ12 +1+(1/ε2-1) φ21 [J/(m2 • h•k4)]
F2 F1
φ12 =φ21=1
F2
F1 φ12=1 φ21=F1/F2
F2 F1
φ12=1 φ21=F1/F2
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）
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（<600℃）和回火加热时。
3
钢在真空和其他介质中加热速度
GCr15钢50mm× 100mm试样在不同介质中的加热速度 1－盐浴中加热，2－空气炉中加热，3－真空中加热， 1，2－高温装炉；3－室温装炉
淬火后工件尺寸和形状变化小，可省去修复变 形的机加工。
淬火后的工件硬度均匀、机械性能高、质量稳 定。
设备投资大。
9
真空淬火的冷却
真空气淬：
冷速与气体种类、气体压力、流速、炉子结果 及装炉状况有关；
冷却气体的种类 提高气体冷却能力的方法
真空油淬：
真空淬火油的特性 真空淬火油的使用
10
冷却气体的种类
可供冷却气有氩、氦 氢、氮气等。
与相同条件下的空气 的传热速度比较，空 气为1，则氮为0.99， 氩为0.70，氢7，氦 为6。
氢、氦、氩气的相对冷却性能
11
提高气体冷却能力的方法
只考虑对流传热，按牛顿公式则传 热量为： Q=K（tw-tf）F （kJ/h）
Q以与及固工体件温表度面t积w和（气F）体大温小度成tf之正差比。
压铸模
3Cr2W8V钢制电机转子 铝压铸模
Q:模具工况恶劣（高压、 高温铝冲刷，手工脱模 需锤击，水冷），要求 耐磨性、耐热疲劳性及 足够的硬度和韧性。
A：预热+回火
－0.23
3Cr2W8V钢压铸模尺寸
16
压铸模真空淬火
N2 99.999％
1180 °C
3Cr2W8V钢压铸模真空热处理工艺
6
不同尺寸工件的烧透时间
不同直径的GCr15钢试样的加热时间
1－600 ℃预热，2－室温直接到850 ℃ ， 3－经600 ℃ 预热后加热到850 ℃
加热系数1.0-1.5min/mm
不同直径的W18Cr4V钢试样
的加热时间：1－850 ℃预热， 2－经850 ℃预热后加热到1280 ℃
加热系数0.46-0.52min/mm
7
真空加热时的真空度的确定
大多数金属在500-1350℃,10-10-3Pa条件 下加热。
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。
“充气法”克服合金元素选择性蒸发。
8Baidu Nhomakorabea
真空淬火优缺点
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；
Q：变形；
图2.弹1 簧片形状尺寸示意图
13
65Mn钢弹簧支架的真空淬火工艺
N2 弹簧片真空热处理工艺
冷态真空度1.33Pa，升温后 真空度下降66.5Pa，应考虑 Mn的蒸气压较高且随温度升 高而增大。
相变点附近680℃预热：热处 理变形小，升温速度慢，受 热均匀;
入油后充入350-400Torr氮气： 超过真空淬火油临界压力的 中性气体，使真空淬火油达 到使钢淬透的冷却速度。
14
65Mn钢弹簧支架的真空淬火预应力
真空热处理前的预应力 对薄而长的弹簧片热处 理后的变形影响很大；
工件自重、相互挤压力 不均、振动均可导致变 形；
各弹簧片间、弹簧与夹 具间贴合紧密、受力均 匀，限制热变形。
弹簧片装夹示意图 1-固定螺栓；2-上斜铁；3-弹簧片
4-底板；5-下斜铁
15
4
真空加热表面与心部的温差
W18Cr4V钢 在850°C预热， 继续加热到1280°C。
GCr15钢 采用两种加热方式：
1. 600°C预热，继续加热 到
850°C；
2. 室温直接加热到850°C。 W18Cr4V高速钢φ50mm×100mm
试样经850 ℃预热加热到1280 ℃过
分段预热的必要性。
对流传热系数K是气体热导率λ、 粘滞系数η、流速ω、密度ρ(压力） 的函数 K=λ/d C（ωdρ/η）m
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。
气压对冷却速度的影响 1-0.66m3/s; 2-0.566m3/s
12
65Mn钢薄片状弹簧支架的真空淬火
原材料： 冷轧退火态， 细珠光体+铁素体；
真空条件下金属加热的特点
斯蒂芬——玻尔兹曼定律 Ｅ0＝C0(Ｔ/100)4 ,[J/(m2h)]; C0为绝对黑体的辐射系数12.7×107 ,[J/(m2hK4)]; T为辐射体绝对温度（K）。
实际真空热处理条件下： 理想灰体传热能Ｅ与绝对温度Ｔ的四次方成正比： Ｅ＝C(Ｔ/100)4 C理想灰体辐射系数，C=4.96ε ，ε 灰体黑度。