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行业新闻
真空热处理技术将成为高端模具制造的新途径
发布时间:2017-07-15

1.前言

真空热处理是真空技术与热处理技术相结合的新型热处理技术,真空热处理所处的真空环境指的是低于一个大气压的气氛环境,包括低真空、中等真空、高真空和超高真空,真空热处理实际也属于气氛控制热处理。真空热处理是在热处理工艺的全部和部分在真空状态下进行的,真空热处理可以实现几乎所有的常规热处理所能涉及的热处理工艺,热处理质量大大提高。与常规热处理相比,真空热处理的同时,可实现无氧化、无脱碳、无渗碳,可去掉工件表面的磷屑,并有脱脂除气等作用,从而达到表面光亮净化的效果。

2.模具真空热处理的性能特点及其关键技术

真空热处理是指金属制件在真空或先抽真空后通惰性气体条件下加热,然后在油或气体中淬火冷却的技术。由于真空热处理时,工件基本不氧化,钢件不脱碳,采用通气对流加热方式还可使加热均匀,减少表面和心部的温差,从而也减少畸变。目前它已成为优质工模具不可或缺和首选的热处理工艺。更为可贵的是,真空热处理在生产过程中不会产生任何污染环境的物质,从而被大家公认属于清洁生产技术范畴。可以毫不夸张地说,真空热处理已成为当前先进热处理生产技术的主要标志。当前真空热处理发展的主要特点是对流加热、高压气淬、低压渗碳、离子渗碳、乙炔渗碳等诸方面。

真空热处理技术是近些年发展起来的一种新型的热处理技术,它所具备的特点,正是模具制造中所迫切需要的,比如防止加热氧化和不脱碳、真空脱气或除气,消除氢脆,表面质量好,变形微小,综合力学性能优异,无污染无公害,自动化程度高等一系列突出优点,从而提高材料(零件)的塑性、韧性和疲劳强度。真空热处理技术在我国近年得到迅速发展。它所具备的特点正是模具制造中所迫切需要的。

零件经真空热处理后,畸变小,质量高,且工艺本身操作灵活,无公害。因此真空热处理不仅是某些特殊合金热处理的必要手段,而且在一般工程用钢的热处理中也获得应用,特别是工具、模具和精密耦件等,经真空热处理后使用寿命较一般热处理有较大的提高。例如某些模具经真空热处理后,其寿命比原来盐浴处理的高40400%,而有许多工具的寿命可提高34倍左右。此外,真空加热炉可在较高温度下工作,且工件可以保持洁净的表面,因而能加速化学热处理的吸附和反应过程。因此,某些化学热处理,如渗碳、渗氮、渗铬、渗硼,以及多元共渗都能得到更快、更好的效果。

真空加热缓慢、零件内外温差较小等因素,决定了真空热处理工艺造成的零件变形小等。热处理过程的计算机模拟技术的成功开发和应用,使得模具的智能化热处理成为可能。由于模具生产的小批量(甚至是单件)、多品种的特性,以及对热处理性能要求高和不允许出现废品的特点,又使得模具的智能化热处理成为必须。国外工业发达国家,如美国、日本等,在真空高压气淬方面,发展的也很快,主要针对目标也是模具。

我国真空热处理技术的发展应当满足工业发展和技术进步的需求,结合我国国情,应当集中力量发展急需适用的先进真空热处理技术,主要优先发展的真空热处理关键技术如下:具有低温对流加热和分级等温淬火功能的真空高压气淬热处理技术及智能控制系统;连续式真空热处理生产线及智能控制系统;真空清洗技术;真空渗氮技术;真空渗碳中碳黑污染、尖角过渗问题;各种典型模具钢的真空热处理工艺的制度化;真空热处理炉的高效率化。

3.模具真空热处理的开发和应用

一般而言,把充满低于大气压的特定空间称之为真空,如果将一般热处理的加热、保温等过程放在负压的气氛中进行,就是真空热处理。真空热处理技术具有综合力学性能优异和一系列突出优点,多年来一直是国际热处理技术发展的热点。在热加工生产中,传统的热处理和现代化的真空技术、计算机技术、自动化技术相结合构成了先进的真空热处理技术。

模具真空热处理中主要应用的是真空油冷淬火、真空气冷淬火和真空回火。为保持工件(如模具)真空加热的优良特性,冷却剂和冷却工艺的选择及制定非常重要,模具淬火过程主要采用油冷和气冷。对于热处理后不再进行机械加工的模具工作面,淬火后尽可能采用真空回火,特别是真空淬火的工件(模具),它可以提高与表面质量相关的机械性能,如疲劳性能、表面光亮度、耐腐蚀性等。真空热处理工艺的研究和应用已遍及退火、油()淬、高压气淬、渗碳、渗氮、渗金属、回火、烧结、钎焊、涂敷、清洗等多个领域,并取得了长足的进展。

模具钢经真空热处理后有良好的表面状态,变形小。与大气下的淬火比较,真空油淬后模具表面硬化比较均匀,而且略高一些,主要原因是真空加热时,模具钢表面呈活性状态,不脱碳,不产生阻碍冷却的氧化膜。在真空下加热,钢的表面有脱气效果,因而具有较高的力学性能,炉内真空度越高,抗弯强度越高。真空淬火后,钢的断裂韧性有所提高,模具寿命比常规工艺普遍提高40%400%,甚至更高。冷作模具真空淬火技术已得到较广泛的使用。

70年代真空热处理技术在我国发展初期,人们主要研究探讨真空热处理的基本性质,加热特点,金属蒸发问题和金属在真空下加热工艺的基本规律以及变形问题,同时开展了典型热处理工艺的研究,进行了真空油淬和真空气淬的工艺研究相应用,为真空热处理技术的研究和应用奠定了基础。80年代以来,真空热处理技术在我国迅速发展,引进先进设备增多,真空热处理(井式炉热处理工件的硬度检测方法)工艺应用日益广泛。

高压气淬工艺、真空渗碳技术、真空烧结、真空钎焊、真空离子渗碳(氮、金属)技术的研究和应用相继展开,真空热处理技术开始从研究试验和少量生产走向工业生产领域。随着技术的进步,进入90年代以来,真空热处理工艺技术出现了许多新技术新特点,高压气淬和超高压气淬的应用,真空加热的热风循环回火和快速冷却技术,真空清洗技术,真空热处理设备和工艺智能控制系统,真空渗氮技术、真空离子渗碳等技术蓬勃发展,在美、日等发达国成为新技术发展的热点。我国跟踪国际先进技术,结合国情积极研究,开发了真空热处理新技木新设备,如高压气淬工艺,真空回火热风循环快冷技术,连续式真空热处理工艺和真空渗碳、真空渗氮工艺等。在真空清洗技术、真空热处理工艺智能化控制系统和高温离子热处理等领域也正在进行研究探索和工业应用的开发试验。我国真空热处理工艺的研究和应用已经遍及真空退火、真空油(气)淬火真空高压气体淬火、真空负压高流率气体淬火、真空渗碳、渗氮、真空回火、真空烧结、真空钎焊、真空渗金属、真空离子渗碳、真空清洗、真空喷涂等广阔领域,取得了长足的进展。我国现有专业性真空热处理设备生产厂家33家,主要产品有真空油(气)淬火炉、真空高压气淬炉、真空回火炉、真空钎焊炉、真空烧结炉、真空渗碳炉、离子渗碳(氮)炉和真空连续炉等真空热处理设备。

模具真空热处理设备就是真空热处理炉,真空热处理炉在上世纪20年代才出现,至今已半个多世纪,60年代由于石墨材料的广泛应用,加之宇航、电子等工业的迫切需要,使真空热处理炉得以迅速发展,出现了各种类型的真空炉,从数量、性能、应用上得到提高和发展,并不断向自动化、大型化、连续化方向发展。目前,生产真空炉,并提供真空热处理的厂家很多。在美国较大工厂的热处理车间都有真空炉,可接受真空热处理的厂家有几百家。日本、德国、英国、法国、意大利等国也是真空热处理炉较发达的国家,如日本的海斯公司、英国的托瓦斯公司。我国真空热处理炉发展速度更为可观,虽然所占的比例还很低,但从无到有,近20多年来可生产真空热处理炉的厂家有30多家,已生产各种真空热处理炉近千台。

随着我国汽车工业的发展,汽车用模具的制造水平也得到了日新月异的提高。在汽车生产中,几乎所有的模具类型都已被涉猎,如冷冲模、热锻模、冷镦模、热镦模、压铸模和铸塑模等,因此汽车制造对模具的需求量特别大。对一个汽车企业来说,随着市场经济的深入发展,车型原来的30年一贯制,现改为一年内上几个车型。一般中型载重汽车的改型需要模具4000多套,重量达2000t。模具费用已占产品成本的15%30%,它的总产值在工业发达国家已经超过机床工业。汽车质量的改善、生产效率的提高、成本的降低,以及产品更新换代的速度,在很大程度上取决于模具的制造精度和质量、制造周期、生产成本及使用寿命等因素。所以有人说,模具是汽车工业发展的基础,它是汽车制造业走向成熟的标志。支持模具制造业发展的基础是模具材料工业。近几年来,随着技术的引进和提高,模具制造业的发展极为迅速。

4.模具真空热处理的方法

真空热处理所具备的特点,正是模具制造中所迫切需要的。如防止加热氧化和不脱碳、真空脱气或除气、消除氢脆,从而提高材料(模具)的塑性、韧性和疲劳强度。真空加热缓慢、零件内外温度较小等因素,决定了真空热处理工艺造成的零件变形小等。按采用的冷却介质不同,真空淬火可分为真空油冷淬火、真空气冷淬火、真空水冷淬火和真空硝盐等温淬火。模具真空热处理中主要应用的真空油冷淬火、真空气冷淬火和真空回火。为保持模具真空加热的优良特性,冷却剂和冷却工艺的选择及制订非常重要,模具淬火过程主要采用油冷和气冷。对于热处理后不再进行机械加工的模具工作面,淬火后尽可能采用真空回火,特别是真空淬火的模具,可提高与表面质量相关的机械性能,如疲劳性能、表面光亮度、耐腐蚀性等。

因为金属工件的加热、冷却等操作,需要十几个甚至几十个动作来完成。这些动作内在真空热处理炉内进行,操作人员无法接近,因此对真空热处理电炉的自动化程度的要求较高。同时,有些动作,如加热保温结束后,金属工件进行淬火工序须六、七个动作并且要在15s以内完成。这样敏捷的条件来完成许多动作,很容易造成操作人员的紧张而构成误操作。因此,只有较高的自动化才能准确、及时按程序协调。金属零件进行真空热处理均在密闭的真空炉内进行,严格的真空密封众所周知。因此,获得和坚持炉子原定的漏气率,保证真空炉的工作真空度,对确保零件真空热处理的质量有着非常主要的意义。所以真空热处理炉的一个关键问题,就是要有可靠的真空密封构造。为了保证真空炉的真空性能,真空热处理炉结构设计中必须道循一个基本原则,就是炉体要采用气密焊接,同时在炉体上尽量少开或者不开孔,少采用或者避免采用动密封结构,以尽量减少真空泄露的机遇。安装在真空炉体上的部件、附件等如水冷电极、热电偶导出装置也都必须设计密封构造。大部分加热与隔热材料只能在真空状态下使用。

真空热处理炉的加热与隔热衬料是在真空与高温下工作的,因而对这些材料提出了耐高温,辐射成果好,导热系数小等要求。对抗氧化性能要求不高。所以,真空热处理炉广泛采用了钽、钨、钼和石墨等作加热与隔热构料。这些材料在大气状态下极易氧化,因此,普通热处理炉不能采用这些加热与隔热材料。采用水冷装置:真空热处理炉的炉壳、炉盖、电热元件、水冷电极、中间真空隔热门等部件,均在真空、受热状态下工作。在这种极为不利的条件下工作,必须保证各部件的结构不变形、不损坏,真空密封圈不过热、不烧毁。因此,各部件应该根据不同的情况设置水冷装置,以保证真空热处理炉能够正常运行并有足够的利用寿命。

采用低电压大电流:真空容器内的通电导体在较高的电压下,会产生辉光放电现象。在真空热处理炉内,严重的弧光放电会烧毁电热元件、隔热层等,造成重大事故和损失。因此,真空热处理炉的电热元件的工作电压一般都不超过80100V。同时在电热元件结构设计时要采取有效办法,如尽量避免有尖端的部件,电极间的间距不能太小,以防止辉光放电或者弧光放电的产生。

5.常用模具真空淬火、回火与渗氮工艺

真空淬火技术已经广泛应用于各种渗碳结构钢、合金钢、高速钢、不锈钢以及各种时效合金。模具经真空淬火后表面光亮度好、变形小、硬度高而且均匀、使用寿命长。

真空退火技术如前相似,模具进行真空退火最终可得到光亮表面,这对一些表面质量要求高的模具优势明显,现在应用于真空退火的模具材料有钢、铜及其合金等。

当前真空高压气冷淬火技术发展较快,相继出现了负压( < 1 × 1 0 5 P a ) 高流率气冷、加压( 1 × 1 0 54 × 1 0 5 P a ) 气冷、高压( 5 × 1 0 5 1 0 × 1 0 5P a ) 气冷、超高压一(10×10520×105Pa)气冷等新技术,不但大幅度提高了真空气冷淬火能力,且淬火后工件表面光亮度好,变形小,还有高效、节能、无污染等优点。

真空高压气冷淬火的用途是材料的淬火和回火,不锈钢和特殊合金的固溶、时效,离子渗碳和碳氮共渗,以及真空烧结,钎焊后的冷却和淬火。

6×105Pa高压氮气冷却淬火时、被冷却的负载只能是松散型的,高速钢(W6Mo5Cr4V2)可淬透至70100mm,高合金热作模具钢(如4Cr5MoSiV)可达25100mm。用10×105Pa高压氮气冷却淬火时,被冷却负载可以是密集型的,比6×105Pa冷却时负载密度提高约30%4O%。用20×105Pa超高压氮气或氦气和氮气的混合气冷却淬火时,被冷却负载是密集的并可捆绑在一起。其密度较6×105Pa氮气冷却时提高80%150%,可冷却所有的高速钢、高合金钢、热作工模具钢及Cr13%的铬钢和较多的合金油淬钢,如较大尺寸的9Mn2V钢。

具有单独冷却室的双室气冷淬火炉的冷却能力优于相同类型的单室炉。2×105Pa氮气冷却的双室炉的冷却效果和4×105Pa的单室炉相当。但运行成本、维修成本低。由于我国基础材料工业(石墨、钼材等)和配套元器件(电动机)等水平有待提高。所以在提高6×105Pa单室高压真空护质量的同时,发展双室加压和高压气冷淬火炉比较符合我国的国情。

低压(真空)渗碳技术和常规气体渗碳相比,低压渗碳具有一系列优点,诸如在渗层中不会出现内氧化和反常组织。工件表面光亮、渗速快,易于实现离子渗碳和高温渗碳,进一步提高渗速。低压渗碳后再施行高压气淬,可使渗碳淬火的钢件畸变减到最低程度。近几年陆续问世的半连续和连续式低压渗碳炉以及渗碳淬火回水连续式生产线为推广低压渗碳技术创造了良好条件。由于采用渗碳气体的特种喷射入炉机构和把通入的气体压力降低到1×10-4MPa以下,以及施行脉冲供气方式,炉中和工件表面积存炭黑现象已不复存在。目前的低压渗碳技术能保证渗层深度在0.6mm情况下,渗层均匀度在0.1mm以内。

低压渗碳时,不存在渗碳气体和钢件的平衡反应,钢件在高温下处于碳氢化合物气体中,数分钟内表面即可达到很高的含碳量,从而增大工艺控制的难度。目前,生产中仍采用在不同温度和气压条件下碳传递速度的试验测定数据来控制。这些数据存储在数据库和有关碳渗入和扩散的计算机程序中。当计算的钢件表面含碳量达到奥氏体的饱和极限时,控制系统就中止渗碳。此过程仅持续数分钟,依次施行渗碳、排气和扩散直到获得规定的渗层厚度为止。

在真空渗氮过程中,由于模具表面的吸咐的其它气体和粘附物会被“抽气”时抽走并排出炉外,钢表面的活性大大提高,促进了对渗氮过程中活性氮原于的吸收,加快了渗氮的过程。此外,普通气体渗氮加热之前要先通入NH3排除炉内的非渗氮气氛,尤其是氧化性气氛,但炉内仍会有少量氧化性气氛,即使是高纯气体,其中也含有0.1的杂质。而在1.33Pa的真空中,杂质含量只有0.001。可见,真空渗氮的净化作用有两方面,一是可净化工件表面,二是可净化炉内气氛。另外,与离子渗氮相比,真空渗氮有以下特点:一是渗氮温度均匀易控制,而离子渗氮时工件依靠正离子的轰击而被加热,温度的测量和控制都存在一定的困难;二是渗氮表面质量高,离子渗氮过程中,正离子不断轰击工件表面,在表面产生许多小坑,尤其当电流大时这种现象就更严重;三是工件渗氮层分布均匀,尤其是形状复杂和带小孔的工件在离子渗氮时是很难得到均匀一致的渗氮层,真空渗氮由于间隙式抽气。

炉内气氛较普通气体渗氮时流动更均匀,保证了工件各部位都能得到均匀一致的渗氮层。真空渗氮技术发展时间不长,还有待进一步研究。

6.模具真空炉热处理技术

真空热处理炉是实现真空热处理的重要设备。炉内气压低于正常气压。炉内气氛相当于一种气体,可使热处理工作不氧化。真空处理炉的用途很广,主要用于结构钢、不诱钢、耐热合金、精密合金以及材料的真空回火,时效、退火、淬火,也可以用于真空除气,钎焊和烧结等方面。真空热处埋炉使用安全可靠,可买现自动化操作,没有污染公害等间题。但是设备比较复杂,造价较高。真空热处理炉的种类较多,一般按以下几种特证进行分类:按用途可分为:回火炉、退火护、淬火炉、钎焊炉及烧结炉按真空度可分为:低真空护、中真空炉、高真空炉,按热源可分为:电阻加热、感应加热、电子束加热、等离子加热和燃气加热真空炉。

对模具寿命影响最大的是模具的设计(包括了正确的选择材料)模具的材料,模具的热处理,模具的使用和维护等。如果模具的设计合理,材料优质,那么热处理的好坏直接决定了模具的使用寿命。目前国内外都在设法采用更先进的热处理手段来提高模具的性能延长模具的使用寿命。而真空热处理则是模具热处理中较先进的方式之一。从模具热处理来看,热处理加工设备的状态、热处理的工艺、生产过程的控制显得尤为重要。而设备的先进性是保证先进工艺实现的前提。真空高压气淬炉是实现真空热处理最为理想的设备。

真空炉具有不脱碳,不氧化的效果,具有温度均匀,加热和冷却速度可控,可以实现不同的工艺过程,真空炉由于没有污染,是国际上公认的“绿色热处理”。现在国际上已有220bar的真空高压气淬炉,可以完全满足模具的真空热处理的要求。按照发热体在真空容器的内部和外部,真空热处理炉可分为内热炉和外热炉。外热式真空热处理炉在这种真空炉的炉罐外面有普通的空气炉,通过对真空容器加热,对工件进行旁热式加热。这种热处理炉的热效率差,冷却时间也长。此外,因工件和炉罐之间有温差、真空外压还将导致炉罐的变形和破损。这种热处理炉虽然便宜,但不适合实际工业生产。

内热式真空热处理炉内热式是在真空容器内有电热体和绝缘物,容器自身为水冷。处理温度低时,仅对真空密封部份水冷或不水冷。与外热式相比,内热式真空炉因工件面对发热体,所以热效率高。发热体材料有电热合金、半金属、以及锆发热体等。

模具热处理过程中,所采用的工艺参数对模具性能也有着至关重要的影响:它包括了加热温度、加热速度、保温时间、冷却方式、冷却速度等。正确的热处理工艺参数可以保证模具获得最佳性能,反之,将产生不良甚至严重后果。实践表明,正确的热处理工艺可以获得优良的组织,优良的组织形态才能保证优良的机械性能。合适的工艺方法可以有效的控制模具热处理时的变形和开裂。模具在加热和冷却过程中,模具表面温度和心部温度的差异(加热的不均匀性和冷却的不均匀性)是造成模具变形的主要因素。(真空炉具有控制加热速度和冷却速度的能力)。不同的工艺方法可以使模具满足不同的使用条件和不同的性能要求。

从模具的使用寿命来看,满足硬度的要求只是达到模具技术要求的一个方面,它还有些性能要求是不好测量的,如强度韧性等等。模具质量的好坏并不能完全用硬度指标来进行认定,它不可能用硬度测量方法最终来检验出模具的使用寿命,热处理作为特殊工序(即特殊过程),它只能通过工艺验证,性能实验,确认合理的工艺参数,并严格实施经确认的工艺参数(工序过程控制)来保证产品质量的可靠性和稳定性。大量数据表明,真空热处理加工的冷冲模具变形较小、很少发生线切割开裂、磨裂的现象。压铸模采用先进的工艺方法,在一定程度上减少模具的龟裂以及使用中粘模的现象。真空高压气淬工艺具有加热和冷却速度自由控制的优点,可以编制不同的工艺参数,得到预想的金相组织和性能。真空热处理是现代真空技术与金属热处理相结合产物。模具真空热处理具有无环境污染、高质量、长寿命、低能耗和较低成本的优点。工业发达国家模具真空热处理达到90%以上,我国起步较晚,不足10%。推广应用和普及真空热处理将为我国尖端技术、机械工业和模具制造作出贡献。

7.模具真空热处理的发展趋势

随着国民经济的高速发展,市场对模具的需求量不断增长。近年来,模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展,模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化,除了国有专业模具厂外,集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。随着与国际接轨的脚步不断加快,市场竞争的日益加剧,人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一,模具制造技术现已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志,并在很大程度上决定企业的生存空间。近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度,将技术进步视为企业发展的重要动力。模具真空热处理有如下发展趋势:

对流加热技术:对流即流体各部分之间发生相对位移,依靠冷热流体互相掺混和移动所引起的热量传递方式,对流是液体或气体中热传递的主要方式。在真空条件下加热工件,主要依赖辐射。由于辐射传热与温度的4次方成比例,所以在850℃以下辐射效果不高,工件加热速度很慢;其次,因为金属材料中的某些合金元素在低压条件下加热时有蒸发损失现象,会造成表面合金元素的贫乏,以致影响其淬火后的表面层性能。对流加热技术是指先将真空炉炉膛抽到一定真空度,然后通以0.10.2MPa的惰性(ArHe)、中性N2或还原性H2气体,并在充分搅动条件下施行加热,与在单纯真空条件下比较,加热速度至少可提高一倍以上。

高压气淬技术:高速钢和高碳高合金模具钢、工模具经过真空加热油中淬火后,在刃部和薄壁部分表面会出现由合金碳化物构成的高硬度白亮层,脆性很大,服役时易崩刃,造成早期失效。高速钢的熔点较低,淬火加热的奥氏体化温度接近熔点,在真空中加热时,表面得到很大程度的净化,使表层原子保持较高的活性,而在处于一定真空度下的油中淬火冷却时,工模具在油气膜的瞬间表面也会增碳,从而进一步降低熔点,以致表面局部出现熔化现象,所以高碳高合金工模具钢真空加热后在油中淬火是不可行的。高碳、高合金工模具钢真空加热奥氏体化后在惰性、中性或还原性气体中淬火冷却是惰性。中性或还原性气体中淬火冷却是保证质量的唯一可行途径。但是负压和常压下的气冷不能使大型工件或批量炉料都获得好的淬硬效果。一则气体本身也需要冷却,二则在有限体积条件下要增加气体的冷却能力,只有靠增加冷却气体的量,即提高冷却气体的压力来实现。Ipsen公司开发出一种FluxSensor(气流传感器),可放在炉料中直接测出冷却曲线,测出流过传感器表面的热流,从而计算出传热系数。此传感器可放在任何真空护中,在各种装料条件下使用,获得每炉次的冷却热流和传热系数值。该传感器的主要功能是判别不同真空炉的淬冷能力,其次是证实每个炉次淬冷周期的重现性。利用这种测量装置,配以适当的软件系统把新测出的传热系数推及到其他材料和不同尺寸零件,预测其淬火冷却条件。

真空渗碳技术:和常规气体渗碳相比,低压渗碳具有一系列优点,诸如在渗层中不会出现内氧化和反常组织,工件表面光亮、渗速快,易于实现离子渗碳和高温渗碳,进一步提高渗速。低压渗碳后再施行高压气淬,可使渗碳淬火的钢件畸变减到最低程度。近几年陆续向世的半连续和连续式低压沙碳炉以及渗碳淬火回水连续式生产线为推广低压渗碳技术创造了良好条件。可以想象,汽车工业中大量渗碳淬火件改用低压渗碳的技术革新高潮已指日可待了。

低压渗碳时,由于不存在渗碳气体和钢件的平衡反应,钢件在高温下处于碳氢化合物气体中,数分钟内表面即可达到很高的合碳量,从而增大工艺控制的件下碳传递速度的试验测定数据来控制。这些数据存储在数据库和有关碳渗入和扩散的计算机程序中。当计算的钢件表面合碳量达到奥氏体的饱和极限时,控制系统就中止渗碳(强渗)。此过程仅持续数分钟,依次施行渗碳、排气和扩散直到获得规定的渗层厚度为止。

辅助材料和配套设备:淬火介质以及其他工艺材料淬火介质是生产中使用最多、最广工艺材料,直接影响零件淬火后的性能、畸变量等。目前,厂家在供货的同时,还主动为用户测定淬火介质性能、进行工艺实验和选购冷却系统。

热处理技术改进的一个发展方向是将传统的热处理工艺与先进的表面处理工艺相结合,提高压铸模具的使用寿命。通过压铸模具热处理技术的不断发展,将使得压铸模具在获得良好性能的同时增加压铸模具表面的质量,从而使国内压铸行业又好又快地发展。近期,有关专家出针对模具基材和表面处理技术的基材预处理技术,在传统工艺的基础上,对不同的模具材料提出适合的加工工艺,从而改善模具性能,提高模具寿命。

近年来,通过引进先进技术和对引进技术的消化吸收,我国的热处理生产技术有了突出的变化,取得长足发展。由于过去的起点低、底子薄,就整体来说,热处理生产技术水平和先进工业国家比较尚有较大的差距。在当前世界经济一体化的大趋势中,提高机械产品质量和在国内外市场的竞争力是当务之急,热处理生产技术也必须迎头赶上,才能抓住机遇、迎接新的挑战,以求尽快减少和缩短与国际先进水平的差距,尽早使我国的热处理技术和机械产品质量进入世界先进行列。根据美国金属学会热处理学会、美国金属处理研究院、美国能源部工业技术厅对美国热处理工业2020年发展远景的预测,未来的热处理工业要有一流的质量,生产具有零变化率的产品零件,在整个工艺中,零分散度是典型的,能量利用率提高到80%,工作环境良好,清洁无污染,生产中采用标准的闭环控制系统,智能系统控制决定产品的性能,综合技术的结果使工艺时间减少50%,成本降低75%。所有这些设想,为真空热处理技术的发展提供了广阔的舞台和机遇。美国当前产品热处理生产中,真空热处理占15%,这一发展趋势今后将进一步增长。

8.结束语

真空热处理技术具有无氧化、无脱碳、脱气、脱脂、表面质量好,变形微小,综合力学性能优异,无污染无公害,自动化程度高等一系列突出优点,多年来始终是国际热处理技术发展的热点,我国近年来亦得到迅速发展。现在,真空热处理已经进入技术领域不断扩大,工艺水平逐渐提高,真空热处理设备不断完善和智能化,新技术接连涌现的稳定发展阶段。真空热处理工艺的发展方兴末艾,前景美好。

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