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1、真空热处理工艺屠恒悦目录前言 1一、真空热处理工艺原理和真空热处理和加热特点 11、工艺原理 12、真空热处理的加热特点： 3二、真空热处理工艺参数的确定 31、真空度： 32、加热和预热温度： 43、真空淬火加热时间 4三、真空热处理的冷却方法 51、气淬 52、真空油淬 73、为减小工件变形采用的分级冷却。 94、真空水淬。 95、真空硝盐淬火。 96、炉冷或控速冷却。 9四、真空退火、真空淬火、真空回火及常用金属材料的真空淬火、回火工艺规范 91、真空退火目的 92、真空淬火： 143、真空回火 19四、常用金属材料的真空淬火、回火工艺规范。 20（1）合金结构钢和超高强度钢 20（2）
2、弹簧钢 22（3）轴承钢 22（4）合金工具钢 22（5）高速钢 23（6）不锈耐热钢 24前言所谓真空热处理是工件在10-110-2Pa真空介质中进行加热到所需要的温度，然后在不同介质中以不 同冷速进行冷却的热处理方法。真空热处理被当代热处理界称为高效、节能和无污染的清洁热处理。真空热处理的零件具有无氧化， 无脱碳、脱气、脱脂，表面质量好，变形小，综合力学性能高，可靠性好（重复性好，寿命稳定）等一 系列优点。因此，真空热处理受到国内外广泛的重视和普遍的应用。并把真空热处理普及程度作为衡量 一个国家热处理技术水平的重要标志。真空热处理技术是近四十年以来热处理工艺发展的热点，也是当 今先进制造技
3、术的重要领域。一、真空热处理工艺原理和真空热处理和加热特点1、工艺原理（1）金属在真空状态下的相变特点。在与大气压只差 0.1MPa 范围内的真空下，固态相变热力学、动力学不产生什么变化。在制订真空 热处理工艺规程时，完全可以依据在常压下固态相变的原理。完全可以参考常压下各种类型组织转变的 数据。（2）真空脱气作用，提高金属材料的物理性能和力学性能。（3）真空脱脂作用。（4）金属的蒸发：在真空状态下加热，工件表面元素会发生蒸发现象。表一 各种金属的蒸气压金属达到下列蒸气压的平衡温度（C）熔点（C）10-2Pa10-1Pa1Pa10Pa133PaCu10351141127314221628103
4、8Ag848936104711841353961Be102911301246139515821284Mg301331343515605651Ca463528605700817851Ba406546629730858717Zn248292323405-419Cd180220264321-321Hg-5.5134882126-38.9Ae80888999611231179660Li377439514607725179Na19523829135643798K12316120726533864In74684095210881260157C22882471268129263214-Si111612231
5、343148516701410Ti1249138415461742-1721Zr166018612001221225491830Sn9221042118913731609232Pb548625718832975328V158617261888207922071697Nb23552539-2415Ta25992820-2996Bi536609693802934271Cr99210901205134215041890Mo209522902533-2625Mn791873980110312511244Fe119513301447160217831535W276730163309-3410Ni1257
6、13711510167918841455Pt174419042090231325821774Au1190131614651646186710635）表面净化作用，实现少无氧化和少无脱碳加热。101010忖1-0图一 各种金属氧化物的分解压力金属的氧化反应是可逆的：Mo = 2M+2O 2OfO2t 取决于气氛中氧的分压和金属氧化物的分压的大小。当氧分压大于金属氧化物的分压时，反应向左进行，金属表面产生氧化。反之，如氧化物的分解压 大于氧的分压，反应向右进行，其结果是氧化物分解。亚氧化物理论和真空炉中碳元素存在，使炉内氧的分压低于金属氧化物的分压，使金属不会氧化。表二 真空度和相对杂质及相对露点
7、关系真空度Pa1.33X1041.33X1031.33X1021.33X101.331.33X10-11.33X10-21.33X10-3托10010110-110-210-310-410-5相对杂质含量%13.21.320.1321.32X10-21.32X10-31.32X10-41.32X10-51.32X10-6PPM（百 万分比）132013213.21.320.1320.0132相对露点（C）+11-18-40-59-74-88-1016）金属实现无氧化加热所需的真空度。Nb於检（(Pa)1.1aLm图二 为不同金属无氧化加热温度和真空度的关系曲线2、真空热处理的加热特点：两个显著
8、特点：一是空载时炉子的升温速度快，二是工件的加热速度慢。二、真空热处理工艺参数的确定1、真空度：表三 各种材料在真空热处理时的真空度材料真空热处理时真空度Pa合金工具钢、结构钢、轴承钢（淬火温度在900 C以下）110-1含Cr、Mn、Si等合金钢（在1000C以上加热）10Pa （回填高纯氮）不锈钢（析出硬化型合金）、Fe、Ni基合金，钻基合金10-110-2钛合金10-2咼速钢1000C 以上充 66613.3Pa %Cu及其合金13313.3Pa高合金钢回火1.310-2在考虑工作真空度时应注意几点：（1）在900C以前，先抽O.lPa以上高真空，以利脱气。（2）10-iPa进行加热，相
9、当于1PPM以上纯度惰性气体，一般黑色金属就不会氧化。（3）充入惰性气体时，如充133Pa, （50%N+50%H）的氮氢混合气体，其效果比10-210-3Pa真空还好。此时氧分压66.5Pa是安全的。（4）真空度与钢表面光亮度有对应关系。（5）一般10-3133Pa真空范围内，真空度温差为5C,如气压上升，温度均匀性下降，所以充气压力 应尽量可能低些。2、加热和预热温度：表四 预热温度参考表淬火加热温度（C）预热温度（1） （C）预热温度（2） （C）预热温度（3） （C）800900550-6001000-1100550-600800-8501200以上550-600800-8501000
10、-10503、真空淬火加热时间廉世1（）淳時升活NOil 53)5) iW帥IU1&001000| num图三 真空加热时的特性曲线工n呱制平om（ A）丄4占而蛊整图四 炉温和被加热工件表面与中心温度t =t +t 总均保t 为相变时间， 保t =a X h均t 为均热时间，均a为透热系数（分/mm）, h为有效厚度（mm）。表五a透热系数的确定加热温度（C）600800100011001200a (分/mm)1.62.20.81.00.30.50.20.4预热情况600 C预热600、800C 预热600、800、1000C 预热注：没有预热，直接加热，a应增大1020%表六 t 时间确定
11、钢材碳素工具钢低合金钢高合金钢t保（分）51010202040三、真空热处理的冷却方法1、气淬1 ）各种冷却气体的性质表七 各种冷却气体的性质（100C时）气体密度(Kg/m3)普朗特数粘度系数（Kg.s/m3）热传导率(kcal/m.h. C)热传导率比N20.8870.702.5X10-60.02691Ar1.3050.692.7640.01770.728He0.1720.722.310.1431.366H20.06360.691.0480.1891.46806 J2 1 24 30 M 42 M 60时间/ min图五 氢、氦、氮、氩的相对冷却性能为保证工件表面不氧化，具有高的光亮度，对
12、冷却气体N2纯度有一定要求。表八 氮气纯度标准处理材料氮气纯度（）轴承钢、高速钢99.99599.998高温耐热合金99.999高温活性金属99.9999半导体材料99.99999表九 热处理用氩气、氢气、氮气的行业标准名称指标要求，% （V/V）氩含量氮含量氢含量氧含量总碳含量（以甲烷计）水含量高纯氩气三 99.9990.00050.00010.00020.00020.004氩气三 99.990.0070.00050.0010.0010.002高纯氮-三 99.9990.00010.00030.00030.0005纯氮-三 99.9960.00050.001C0W0.0005CO20.0005CH40.00050.0005工业 用气 态氮I类-99.5-0.5-露点-43CII类I级-99.5-0.5-游离水100ml/瓶II类II级-98.5-1.5-游离水100ml/瓶氢气-0.006三 99.990.0005C0W0.0005CO20.0005CH40.0
