真空淬火-教学方案课件.ppt
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1、真空淬火,2,真空条件下金属加热的特点,斯蒂芬玻尔兹曼定律 0C0(/100)4,J/(m2h);C0为绝对黑体的辐射系数12.7107,J/(m2hK4);T为辐射体绝对温度(K)。实际真空热处理条件下:理想灰体传热能与绝对温度的四次方成正比:C(/100)4C理想灰体辐射系数,C=4.96,灰体黑度。,3,辐射热交换,Q12=C导(T1/100)4-(T2/100)4F1 12(J/h)C导=4.96(1/1-1)12+1+(1/2-1)21 J/(m2 hk4)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
2、高温面表面积(m2);12 角度系数。,12=21=1,12=1 21=F1/F2,12=1 21=F1/F2,12=F2/(F1+F2)21=F1/(F1+F2),4,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。,5,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
3、装炉,6,真空加热表面与心部的温差,W18Cr4V钢 在850C预热,继续加热到1280C。GCr15钢 采用两种加热方式:1.600C预热,继续加热到 850C;2.室温直接加热到850C。分段预热的必要性。,W18Cr4V高速钢50mm100mm试样经850 预热加热到1280 过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,7,真空加热表面与心部的温差,GCr15钢50mm100mm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50mm100mm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,8,不同尺寸
4、工件的烧透时间,9,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。,10,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;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。,11,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
5、,12,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,13,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与固体温度tw和气体温度tf之差以及工件表面积(F)大小成正比。对流传热系数K是气体热导率、粘滞系数、流速、密度(压力)的函数K=/d C(d/)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,14,65Mn钢薄片状弹簧支架的真空淬火,原材料
6、:冷轧退火态,细珠光体+铁素体;Q:变形;,15,65Mn钢弹簧支架的真空淬火工艺,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。,16,65Mn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
7、簧片4-底板;5-下斜铁,17,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,18,压铸模真空淬火,淬火温度对3Cr2W8V钢热疲劳抗力的影响800水冷,循环前,49-51HRCA-产生0.4mm裂纹的循环次数,800预热60min,真空度13.31.33Pa1150 油淬,670680 回火,真空度高于1333133Pa低于1.33Pa,1180 C,19,冷冲模具真空淬火,Cr12MoV钢制硅钢片冷冲模凹模Q:8定位销孔要求精度高,A:无需研修,保证型腔边缘硬度。,Cr12Mo
8、V冷冲凹模形状及尺寸,20,冷冲模具真空淬火,冷冲模原工艺,箱式高温电炉,淬入400 硝盐炉中,真空度1.33Pa,入油后通入氮气,后普通油炉回火,21,辊压模真空淬火,制造纺织印染机械中的钢芯的模具Q:螺牙高度0.12mm47,圆度0.003,要求硬度62-64HRCA:真空度13.3-1.33Pa,入油后通入99.9%氮气至0.6105Pa,22,高速钢钻头正压气淬,W6Mo5Cr4V21.5-2.5mm小钻头Q:钻头粘连A:高温加热阶段充高纯氮气真空度降至133Pa,M2高速钢(美国制)钻头真空气淬工艺,23,Cr12MoV钢三角零件真空淬火,针织机用合金工具钢三角形零件,24,Cr12
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