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1、调质钢真空热处理的发展前景 中国长城铝业公司建设公司 魏克领摘要本文从高压压气淬、低低压渗碳碳、对流流加热等等调质钢钢真空热热处理发发展的几几个特点点着手，简简要介绍绍了调质质钢真空空热处理理的技术术要点及及以后的的发展前前景。 关键词词：调质质钢 高高压气淬淬 低压渗渗碳 对流加热热 真真空热处处理调质钢广泛泛用于连连杆、齿齿轮、轴轴类、连连接件及及传动件件等许多多机器零零件，工工作时承承受较大大扭距和和弯距，甚甚至还受受到一定定的冲击击载荷，要要求具有有很好的的综合机机械性能能，既要要有高的的强度，有有要有足足够的韧韧性。为为了保证证调质钢钢具备以以上很好好的综合合机械性性能，必必须对调调
2、质钢进进行热处处理，调调质钢热热处理的的方法很很多，本本文针对对调质钢钢真空热热处理做做一下简简要介绍绍。真空热处理理是指金金属制件件在真空空或先抽抽真空后后通惰性性气体条条件下加加热，然然后在油油或气体体中淬火火冷却的的技术。由由于真空空热处理理时，工工件基本本不氧化化，钢件件不脱碳碳，采用用通气对对流加热热方式还还可使加加热均匀匀，减少少表面和和心部的的温差，从从而也减减少畸变变。目前前它已成成为优质质工模具具不可或或缺和首首选的热热处理工工艺。更更为可贵贵的是，真真空热处处理在生生产过程程中不会会产生任任何污染染环境的的物质，从从而被大大家公认认属于清清洁生产产技术范范畴。可可以毫不不夸
3、张地地说，真真空热处处理已成成为当前前先进热热处理生生产技术术的主要要标志。当前真空热热处理发发展的主主要技术术特点是是对流加加热、高高压气淬淬、低压压渗碳、离离子渗碳碳、乙炔炔渗碳等等诸方面面。为了了使热处处理同行行在生产产技术改改造中能能正确了了解和掌掌播真空空热处理理的发展展趋势，从从而能适适当选择择、加以以推广应应用。下下面就这这些技术术发展的的特点分分别加以以介绍，以以飨读者者。1.高压气气淬技术术 高高速钢和和高碳高高合金模模具钢、工工模具经经过真空空加热油油中淬火火后，在在刃部和和薄壁部部分表面面会出现现由合金金碳化物物构成的的高硬度度白亮层层，脆性性很大，服服役时易易崩刃，造造
4、成早期期失效。高高速钢的的熔点较较低，淬淬火加热热的奥氏氏体化温温度接近近熔点，在在真空中中加热时时，表面面得到很很大程度度的净化化，使表表层原子子保持较较高的活活性，而而在处于于一定真真空度下下的油中中淬火冷冷却时，工工模具在在油气膜膜的瞬间间表面也也会增碳碳，从而而进一步步降低熔熔点，以以致表面面局部出出现熔化化现象，所所以高碳碳高合金金工模具具钢真空空加热后后在油中中淬火是是不可行行的。 高高碳、高高合金工工模具钢钢真空加加热奥氏氏体化后后在惰性性、中性性或还原原性气体体中淬火火冷却是是惰性。中中性或还还原性气气体中淬淬火冷却却是保证证质量的的唯一可可行途径径。但是是负压和和常压下下的气
5、冷冷不能使使大型工工件或批批量炉料料都获得得好的淬淬硬效果果。一则则气体本本身也需需要冷却却，二则则在有限限体积条条件下要要增加气气体的冷冷却能力力，只有有靠增加加冷却气气体的量量，即提提高冷却却气体的的压力来来实现。 119755年开发发出了第第一台00.2MMPa的的气淬炉炉，而第第一台00.5MMPa气气淬炉是是19777年开开发出的的。 BBernnd EEdennhoffer对对各种液液体和不不同压力力下的各各种气体体淬冷介介质的导导热能力力进行了了定量的的比较。可可以看出出，随着着气体压压力的提提高，其其导热能能力逐步步增加。常常用的各各种冷却却气体的的导热能能力有很很大差别别，在
6、NN2、H2、Hee和Arr4种气气体中以以HZ的的冷却能能力最强强， Hee次之， N2第三;Ar最差。N2的冷却能力虽然较差，但其价格最低，且安全，故使用最广。2MPa以上压力以用用He居居多，但但He很很贵，每每次淬火火后必须须考虑回回收。 在在炉中施施行单件件加热和和淬冷时时，06MPPa的NN2即可达达到油在在搅拌状状态下的的冷却能能力；006MMPa的的He可可达到聚聚合物淬淬火介质质，甚至至水的冷冷却能力力； 006MMPa的的 H22可完全全达到水水的冷却却能力。而而整批装装料时，11MPaa的N22也达不不到熔盐盐的冷却却能力；2 MMPa的的He也也只能达达到油冷冷却能力力
7、的下限限；而224 MPaa的HZZ的冷却却能力可可完全包包容油冷冷能力的的范围。气气冷淬火火，包括括高压气气冷淬火火的另一一最大优优点是工工件的淬淬火畸变变很小，开开裂倾向向也小。在在气冷淬淬火时，适适当控制制气体温温度还可可得到等等温或分分级淬火火效果，从从而进一一步减少少畸变。 可可改变气气流方向向的真空空高压气气淬炉早早在200世纪880年代代初即已已开发。而而气流方方向可在在上下、前前后变化化的垂直直气流通通过整装装炉料的的高压气气沙方式式直到33年前才才出现。靠提高气体体压力和和采用HHe、HH2高热导导率气体体冷却可可以提高高单室气气淬炉的的淬冷能能力，但但也会提提高生产产成本。
8、改改善炉子子结构，使使气流通通道通畅畅，减少少阻力，采采用新开开发的强强力风扇扇，使用用提高热热交换面面积500的新新式水冷冷热交换换器等措措施不会会使单室室炉的投投资明显显增加，但但却能提提高其淬淬火冷却却能力330。经经过如此此改进的的单室炉炉仍然难难于和油油淬炉相相比，而而针对既既定材料料和已知知截面尺尺寸的零零件已足足以使工工件淬硬硬，但旧旧式一般般单室炉炉却难以以达到。双室高压气气淬炉相相对于单单室炉在在冷却效效果上具具有无可可置疑的的优越性性。工件件在加热热室被加加热奥氏氏体化以以后转移移到冷的的炉腔再再进行气气体冷却却，可以以使需冷冷却的物物料质量量减少550，由由于冷态态炉腔截
9、截面有可可能进一一步缩小小，就使使气体的的流速加加大。在在单室炉炉的热态态炉腔中中气冷，气气体本身身湿度可可达20002250，而在在冷护腔腔中冷却却时，气气体温度度则只有有50，另外外在工件件和气体体间的悬悬殊温差差也会导导致炉子子冷却能能力显著著增加。 经经过如此此改进的的在双室室炉的冷冷腔中气气淬可以以使炉子子的综合合冷却能能力比单单室护提提高600一880 。 多多层工件件密集装装炉时，高高压气冷冷就很难难达到油油的冷却却效果。采采用高速速气流喷喷嘴可以以显著提提高气淬淬时的冷冷却能力力。高速速喷嘴可可使气流流速度从从10mm/s直直到 2200mms。单单个和单单层零件件在0.1MP
10、Pa的空空气或氢氢气喷射射气流中中冷却时时相当于于 1MMPa He在在多层密密装炉时时的冷却却能力。006MMPa N2的喷射射气流在在单件或或单层装装料时可可达到快快速淬火火油的平平均淬火火烈度，而而在全密密集装料料时却需需要4MMPa的的H2。Ipsenn公司还还开发出出一种FFluxxSeensoor（气气流传感感器），可可放在炉炉料中直直接测出出冷却曲曲线，测测出流过过传感器器表面的的热流，从从而计算算出传热热系数。此此传感器器可放在在任何真真空护中中，在各各种装料料条件下下使用，获获得每炉炉次的冷冷却热流流和传热热系数值值。该传传感器的的主要功功能是判判别不同同真空炉炉的淬冷冷能力
11、，其其次是证证实每个个炉次淬淬冷周期期的重现现性。利利用这种种测量装装置，配配以适当当的软件件系统把把新测出出的传热热系数推推及到其其他材料料和不同同尺寸零零件，预预测其淬淬火冷却却条件。这这种控制制系统被被称作VVacuuQuuencchEExpeert（真真空淬火火专家系系统）；另外它它还储存存有关于于装炉方方式、与与温度有有关的材材料数据据、连续续转变曲曲线以及及求解热热交换和和传热问问题的必必要的计计算机程程序。2.低压（真真空）渗渗碳技术术 和和常规气气体渗碳碳相比，低低压渗碳碳具有一一系列优优点，诸诸如在渗渗层中不不会出现现内氧化化和反常常组织，工工件表面面光亮、渗渗速快，易易于实
12、现现离子渗渗碳和高高温渗碳碳，进一一步提高高渗速。低低压渗碳碳后再施施行高压压气淬，可可使渗碳碳淬火的的钢件畸畸变减到到最低程程度。近近几年陆陆续向世世的半连连续和连连续式低低压沙碳碳炉以及及渗碳淬淬火回水水连续式式生产线线为推广广低压渗渗碳技术术创造了了良好条条件。可可以想象象，汽车车工业中中大量渗渗碳淬火火件改用用低压渗渗碳的技技术革新新高潮已已指日可可待了。 770年代代开发的的低压渗渗碳技术术由于渗渗层均匀匀性和炉炉中集炭炭问题的的阻碍，早早期的低低压渗碳碳炉未能能得到广广泛采用用。当前前这些问问题基本本上都得得到解决决。由于于采用渗渗碳气体体的特种种喷射人人炉机构构和把通通人的气气体
13、压力力降低到到1X110-44 MPPa以下下，以及及施行脉脉冲供气气方式，炉炉中和工工件表面面积存炭炭黑现象象已不复复存在。目目前的低低压渗碳碳技术能能保证渗渗层深度度在06mmm情况下下，渗层层均匀度度在土001mmm以内内。 德德国 ALLD Vaacuuum TEECHNNOLOOGIEES AGG公司新新开发的的半连续续式低压压渗碳护护用于汽汽车同步步环9660的渗碳碳，在22MPaa的Hee中淬火火。用过过的Hee气可以以回收再再用。和和油淬相相比，高高压气淬淬后的齿齿轮畸变变显著减减小。 IIpseen公司司新开发发的三室室离子渗渗碳炉具具有油淬淬和气淬淬双重功功能。渗渗碳气体体
14、可用CCH4、 CC3 H8，冷却却气体用用N2、H2或Arr。工件件渗碳后后气冷在在另一冷冷腔内进进行，气气体压力力可达006MMPa，在在整炉装装料条件件下，用用N2、H2冷却时时，可接接近或达达到油的的冷却能能力。 IIpseen公司司新开发发的AvvaC 渗碳技技术是在在低压渗渗碳过程程中采用用乙炔（CC2H2）作为为渗碳气气体。在在一般低低压渗碳碳时，CCH4的分解解度极低低，渗碳碳效果很很差，CC2H4、C3H8等气体体的渗碳碳能力都都较强，而而渗碳和和渗透能能力最强强的是乙乙炔。用用乙炔可可使3mmm X990mmm的不通通孔内部部都渗上上碳，而而且从孔孔口到底底部渗碳碳淬火后后
15、都能达达到77708840HHV；的的硬度。这这对于发发动机喷喷油嘴内内孔渗碳碳十分有有利。为为此Ippsenn公司开开发的RRVTCC低压渗渗碳和冷冷腔高压压气淬双双室炉，可可用于航航空工业业的齿轮轮、轴承承或特种种零件的的渗碳淬淬火。另另外，该该公司新新开发的的用乙炔炔渗碳的的半连续续式低压压渗碳、油油中淬火火、清洗洗、回火火生产线线用于生生产汽车车变速箱箱齿轮，每每条线每每日生产产量可达达54000kgg。低压渗碳时时，由于于不存在在渗碳气气体和钢钢件的平平衡反应应，钢件件在高温温下处于于碳氢化化合物气气体中，数数分钟内内表面即即可达到到很高的的合碳量量，从而而增大工工艺控制制的难度度。
16、到目目前为止止生产中中仍采用用在不同同温度和和气压条条件下碳碳传递速速度的试试验测定定数据来来控制。这这些数据据存储在在数据库库和有关关碳渗入入和扩散散的计算算机程序序中。当当计算的的钢件表表面合碳碳量达到到奥氏体体的饱和和极限时时，控制制系统就就中止渗渗碳（强强渗）。此此过程仅仅持续数数分钟，依依次施行行渗碳、排排气和扩扩散直到到获得规规定的渗渗层厚度度为止。3.对流加加热技术术 在在真空条条件下加加热工件件，主要要依赖辐辐射。由由于辐射射传热与与温度的的4次方方成比例例，所以以在8550以下辐辐射效果果不高，工工件加热热速度很很慢；其其次，因因为金属属材料中中的某些些合金元元素在低低压条件件下加热热时有
