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1、2018/3/9,1,真空应用Vacuum Application,主讲： 王晓冬Dr. X D Wang ,2018/3/9,2,课程内容与学时安排,1真空应用概论(4学时)2 真空冶金（12学时）3 真空热处理（4学时）4 真空技术与太阳能利用（2学时）5 真空冷冻干燥（2学时）6 真空绝热（2学时）7 真空压力浸渍（2学时）8 真空镀膜（2学时） 考试（2学时）,2018/3/9,3,3 真空热处理,3.1真空热处理原理及设备1）真空热处理的作用和特点2）真空热处理的工艺流程及分类3） 真空热处理炉3.2 真空电阻炉的工作原理与结构3.3 真空电阻炉的设计计算及真空系统3.4 电阻炉内部
2、流动与传热的数值模拟,2018/3/9,4,3.1 真空热处理原理及设备,改善材料的性能的主要两个途径调整化学成分合金化进行热处理结晶结构改变热处理工艺通过加热、保温、冷却的操作方法使材料的组织结构发生变化以获得所需性能,真空条件对热处理工艺的影响,在外界压力变化时，固体金属相变温度、金相组织将发生变化；但相差一个大气压下的真空环境下，固体金属相变热力学、动力学等特性没有明显变化。可参照常压下固态相变原理进行真空热处理工艺。,2018/3/9,5,2018/3/9,6,1)真空热处理的作用和特点,真空热处理的作用(1)保护作用防氧化、防脱碳、防增碳、防吸气、防腐蚀保持了金属表面原有化学成分和光
3、泽，真空热处理称为光亮处理。(2)表面净化作用氧化物、氮化物、氢化物等杂质还原分解或挥发；获得光洁金属表面,2018/3/9,7,真空热处理的作用2,(3)真空除气作用物理吸附与脱附对温度和压力都是可逆的；化学吸附与脱附对压力可逆，对温度不可逆。(4)脱脂作用机械加工过程中使用的冷却剂和润滑剂在真空和加热条件下挥发或分解，得到光洁表面。,2018/3/9,8,真空热处理的作用3,(5)蒸发作用使零件之间、零件与料框之间发生粘接；使金属工件表面粗糙；金属中某些元素脱出（如铬），破坏工件表面特性；电极绝缘性能下降，易发生短路事故。为防止金属的蒸发，可充入保护气体，调节炉内压力。,2018/3/9,
4、9,真空热处理的特点,(1)高质量工件不氧化、不脱碳、不增碳的光亮处理；工件变形量是普通热处理变形量的10%，显著减小。(2)低成本变形量小，减少下一道工序加工余量；减少废品率和加工费。(3)低能耗保温好，热损失少，电耗少。(4)无公害(环保),2018/3/9,10,真空热处理的特点2,真空热处理的缺点易产生蒸发现象；设备较复杂；设备成本较高。,2018/3/9,11,2）真空热处理的工艺流程及分类,加热(升温)保温(使温度均匀)冷却在上述处理过程中，材料组织结构发生变化，获得需要的性能。真空热处理工艺流程装料抽空加热保温冷却出炉不同热处理要求不同的工艺条件，而不同的工件要求的工艺条件又有所
5、差别，要指定具体的工艺曲线。,2018/3/9,12,真空热处理压力、温度随时间变化,2018/3/9,13,热处理的分类,(1)普通热处理：退火，正火消除应力，降低工件硬度，改善切削加工性能；淬火提高硬度和耐磨性；回火获得较好的韧性和塑性。(2)表面热处理表面淬火火燃加热，感应加热；化学热处理渗碳，渗氮，碳氮共渗。,2018/3/9,14,真空淬火,(1)淬火原理将工件加热到奥氏体转化温度并保温一定时间使工件受热充分均匀再急速冷却，阻止奥氏体向珠光体的转变，转化为高硬度的马氏体使表面和内部获得高硬度和耐磨性。(2)淬火方法气体淬火油淬火水淬火冷却速度依次提高,2018/3/9,15,气淬,冷
6、却方式：内循环、外循环由充气循环装置、风机、换热器实现冷却。冷却速度慢，适用于小工件处理。冷却速度：与冷却气体的种类、压力、炉子结构、流量装炉量有关。随着气体压力的不断增加，处理能力大幅度提高。冷却介质：不与工件反应的气氛氢气、氦气、氮气、氩气等冷却能力依次降低,2018/3/9,16,气淬气体,氢冷却速度快，易爆炸，不能用于1058以上的热处理中；氦冷却速度快，成本高（为氮气的100倍）,很少使用；氩冷却速度慢，价格高于氮气，不宜使用；氮价格便宜，安全，最多使用（高纯氮)。,2018/3/9,17,提高冷却速度的办法,提高流量受到风机功率的限制;提高压力“加压气淬”，P=(6-9.3)*10
7、4Pa；“高压气淬”，P=(2-5)*105Pa。降低冷却介质的温度设置热交换器。,2018/3/9,18,油淬与水淬,油淬冷却速度快，适用于大工件和淬透性差的工件由油池、冷却器、搅拌装置实现冷却。由于油的污染以及工件需清洁等原因，油淬的使用在减少。水淬生产中有需要，技术上有些问题有待研究。,2018/3/9,19,3）真空热处理炉,（1）炉型和作业方式立式、卧式、混合式周期式、半连续式、连续式（2）炉子组成加热室真空系统水冷系统电源电控系统风冷系统或油淬装置,真空热处理炉炉型结构1,2018/3/9,20,真空热处理炉炉型结构2,2018/3/9,21,真空热处理炉炉型结构3,2018/3/
8、9,22,2018/3/9,23,周期式真空热处理炉,2018/3/9,24,高压气淬炉,2018/3/9,25,半连续式真空热处理炉,2018/3/9,26,连续式真空热处理炉,2018/3/9,27,立式真空电阻炉,2018/3/9,28,卧式真空电阻炉,2018/3/9,29,连续式真空电阻炉,2018/3/9,30,真空钎焊炉,2018/3/9,31,（3）气淬风冷系统,（a）结构组成风机（一般为离心式）、气流循环管道、热交换器（内交换或外交换）（b）风机结构真空风机或液压马达（c）风机参数风量： （m3/s）F风道截面积；v风速，v=10m/s。功率： H风压；K安全系数；1风机效率
9、，1=0.4-0.5；2机械效率，直联电机，2=1。,2018/3/9,32,内循环风冷真空风机,2018/3/9,33,内循环风冷液压马达,外循环风冷系统1,2018/3/9,34,外循环风冷系统2,2018/3/9,35,外循环风冷系统3,2018/3/9,36,2018/3/9,37,（4）淬火油槽,槽体+淬火油+冷却装置+搅动装置+加热装置(1)油量：(8-14)倍工件质量(2)槽体高度：淬火油深度+(0.15-0.5)米淬火油深度料筐高度+(0.1-0.5)+(0.1-0.4)米(3)油的冷却:槽体外冷却水套或槽内(侧面和底部)冷却水管(4)油加热:提高流动性，采用管状加热器，直接插
10、入油中，或插入槽体上的钢管中。,2018/3/9,38,淬火油槽搅拌装置,(5)搅拌装置促进油循环流动，均匀油温，加快冷却；电机(500转/分)+联轴器+叶轮(直径200-400毫米)+动密封；设置位置：底部，侧壁和上部。,2018/3/9,39,6 电阻炉真空系统,1)低真空系统2)中真空系统罗茨泵+机械泵油增压泵+机械泵3)高真空系统扩散泵+罗茨泵+机械泵扩散泵+机械泵扩散泵+油增压泵+机械泵,2018/3/9,39,2018/3/9,40,中真空系统罗茨泵+机械泵,2018/3/9,40,2018/3/9,41,中真空系统油增压泵+机械泵,2018/3/9,41,2018/3/9,42,高真空系统扩散泵+罗茨泵+机械泵,2018/3/9,42,2018/3/9,43,高真空系统扩散泵+机械泵,2018/3/9,43,2018/3/9,44,第3章(a)结束,3.1真空热处理原理及设备3.2真空电阻炉的工作原理与结构3.3真空电阻炉的设计计算3.4电阻炉内部流动与传热的数值模拟,
