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關(guān)于真空熱處理14個(gè)經(jīng)典問題

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1.?真空熱處理變形小嗎?為什么?

答:在熱處理變形中有兩個(gè)概念:組織變形和形狀結(jié)構(gòu)扭曲變形。研究所得的結(jié)果是:真空熱處理比其他爐型熱處理獲得同樣組織和硬度時(shí),變形最小。即:組織變形最小。

對(duì)于形狀結(jié)構(gòu)變形,真空熱處理往往不如其他爐型的熱處理變形小,其他爐型的熱處理,例如淬火,很容易采用分級(jí)、等溫、爐外校直等方法來控制變形量,真空淬火由于這些功能的不完善,有時(shí)反而會(huì)增大。

這兩個(gè)概念的混淆,給人們的印象是:真空熱處理變形小,這是錯(cuò)誤或不全面的理解!

2.?高壓氣淬的工件變形一定少嗎?為什么?

答:國(guó)內(nèi)目前高壓氣淬的工件變形一般都比較大,其原因是:國(guó)內(nèi)典型真空高壓氣淬爐爐膛形狀是圓形爐膛,爐膛四周均勻布置淬火冷卻噴嘴希望獲得均勻的氣流場(chǎng)。實(shí)際上,這個(gè)結(jié)構(gòu)的爐內(nèi)冷卻的氣流均勻性很差,前后爐膛的端面附近氣流速度很低,冷卻能力差,靠近爐門處的一端比另一端的冷卻速度快些。在裝料的有效尺寸區(qū)間內(nèi),冷卻氣流速度也較低,在圓柱面上正對(duì)噴嘴處的氣體流速較高,而兩個(gè)相鄰噴嘴之間的冷卻能力很低,工件正對(duì)噴嘴的噴射冷卻痕跡明顯。同爐中的工件在不同的位子上的冷卻差異十分大。這種情況導(dǎo)致工件的淬火變形很大,工件的抗回火能力不一致。

3.?預(yù)抽真空回火爐的換氣次數(shù)如何計(jì)算?

答:預(yù)抽真空回火爐是一種保護(hù)氣氛熱處理爐。對(duì)爐內(nèi)的氧化氣氛排除的方法有充氣法和換氣法。充氣法是對(duì)爐膛連續(xù)充、放氣,趕出爐內(nèi)的氧化雜質(zhì)氣體,使?fàn)t內(nèi)的氣氛純度達(dá)到要求。換氣法是利用機(jī)械泵對(duì)爐內(nèi)的氧化氣體抽出,再充入保護(hù)氣體,然后再抽出不純氣體,充入保護(hù)氣,這樣反復(fù)進(jìn)行幾次直到爐內(nèi)氣體純度合格。高合金鋼真空回火的真空度選用133MPa對(duì)應(yīng)爐內(nèi)的殘氧量為0.132%。

換氣次數(shù)計(jì)算公式:

e-Qt/Vo=(Kt-Kc)/(Ko-Kc)?(2—10)式中:

Vo-爐膛體積;

Q-雜質(zhì)含量為Kc的充氣氣量;

Kt-充氣后t時(shí)刻,爐內(nèi)氣氛雜質(zhì)含量;

Ko-充氣前爐內(nèi)原有雜質(zhì)氣體含量;

Kc-沖洗氣體的雜質(zhì)百分含量。

(1)爐膛原有氣體為空氣時(shí),Ko=21%,最終要求達(dá)到Kt=1%含氧量時(shí),用99.995%高純氮?dú)鈸Q氣,Kc=1-0.99995=0.005%,至少換氣3次。

(2)要求爐內(nèi)最終要求達(dá)到Kt?=10ppm含氧量時(shí),用Kc?=1ppm含氧量的放熱氣體的保護(hù)氣換氣,至少換氣10次。

4.?真空爐床上為什么要采用Al2O3擱條?

答:真空爐床使用的石墨材料,金屬工件或料筐直接放置在此上,在加熱過程中,會(huì)發(fā)生石墨在金屬中的擴(kuò)散,金屬和石墨發(fā)生黏結(jié),當(dāng)加熱溫度高于1148℃附近時(shí),會(huì)出現(xiàn)金屬的燒熔現(xiàn)象,為了防止這些情況的出現(xiàn),真空爐床上往往要用Al2O3擱條來隔開石墨和金屬的直接接觸。

5.?真空雙室加熱油淬火爐淬火增碳的原因是什么?

答:在分析真空熱處理工件增碳現(xiàn)象時(shí),有兩種誤解:第一,認(rèn)為是工件在淬火油中增碳;第二,認(rèn)為是加熱熱室的石墨件造成增碳。由于實(shí)際工藝情況和材料的區(qū)別,很多情況下的“增碳”不是指這兩個(gè)原因,而是加熱熱室的清潔度不高,有大量淬火油在工件進(jìn)出爐、料筐污染、送料小車進(jìn)出帶入熱室,殘留在熱室冷壁上,加熱時(shí)形成揮發(fā)性還原氣氛,對(duì)工件增碳。

除了在1050℃高溫以上的溫度直接入油外。1050℃以下的加熱工件油淬火時(shí),稍做預(yù)冷入油不會(huì)形成“明顯”的增碳現(xiàn)象。

對(duì)加熱室的石墨件等對(duì)工件的增碳情況,也不能排除,但是完全沒有殘留淬火的氣氛嚴(yán)重。

真空加熱淬火的增碳現(xiàn)象更為嚴(yán)重的是來自淬火油污染爐膛的原因,不是人們所說的油中淬火或石墨件的原因!

在進(jìn)行過油淬火處理之后,應(yīng)將全部浸過油的料筐、運(yùn)載部件(進(jìn)出料小車)上的油全部清洗干凈(有三氯乙烯、丙酮或其他清洗方式處理)。

6.?真空度和碳勢(shì)有怎樣的對(duì)應(yīng)關(guān)系?

答:真空分為低真空、中真空、高真空。低真空容器內(nèi)的殘余氣體類似于空氣的氣體組分,中真空狀態(tài)時(shí),原始空氣比例減少,而以各種材料防除的氣體為主。中、高真空加熱的實(shí)質(zhì)是一種可控氣氛保護(hù)加熱。

真空爐殘余氣體在加熱過程中有很大的變化。如果把真空度與相對(duì)雜質(zhì)量看作等價(jià),并把相對(duì)雜質(zhì)量全部認(rèn)為是水蒸汽,則得出真空度與露點(diǎn)之間的關(guān)系,那么可以推導(dǎo)出兩者之間的數(shù)量關(guān)系。

在一定體積內(nèi),壓力與分子數(shù)目成正比。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下:1.033×105Pa:n=Y:X,其中n為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的分子數(shù)目。X為Y壓力下的分子數(shù),把這些氣體都作為雜質(zhì)對(duì)待。假設(shè)Y壓力下的相對(duì)雜質(zhì)為Z,則

??????Z=[Y×n/(1.033×105)]/n×100%

=[Y /(1.033×105)]×100%

通常保護(hù)氣氛爐中,露點(diǎn)在-30~-60℃之間,這相當(dāng)于真空度60~1?Pa。保護(hù)氣氛爐達(dá)到這個(gè)露點(diǎn)已經(jīng)是比較高的要求了,而對(duì)真空爐則是比較容易的事情。利用這個(gè)關(guān)系可以確定加熱的真空度。

7.?如何診斷真空爐的泄露點(diǎn)?

答:爐子的安裝質(zhì)量不好將會(huì)使壓升率達(dá)不到技術(shù)要求,長(zhǎng)期使用之后,真空爐的壓升率也會(huì)增大。當(dāng)真空度壓升率惡化到一定程度后,處理零件的表面質(zhì)量下降,加熱元件的使用壽命會(huì)明顯降低,這是需要對(duì)爐子檢漏,并排除漏氣原因。檢漏及排除漏氣因素的目的就是使漏氣率達(dá)到技術(shù)條件要求。1)?由于存在漏孔產(chǎn)生的漏氣;?2)?由滲透產(chǎn)生的漏氣;滲透式指氣體不是通過固體中的漏孔方式漏氣的現(xiàn)象,而是氣體吸附在固體的高壓一側(cè)表面上,然后沿濃度梯度向固體低壓的一側(cè)擴(kuò)散。在真空爐中的金屬、玻璃、橡皮、陶瓷等材料,都是可以滲透氣體的。

8.?真空爐中熱電偶瓷管是否會(huì)導(dǎo)電?

答:真空雙室油淬爐中使用的熱電偶由于長(zhǎng)期正負(fù)壓的交替作用,其外殼金屬管會(huì)釋放氧化粉塵,被熱電偶內(nèi)的磁管微孔吸收,白色的磁管變成黃色或黑色,造成真空爐中熱電偶瓷管會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)電現(xiàn)象,在做熱電偶的維修時(shí),應(yīng)該經(jīng)常檢查磁管的色澤和使用萬用表檢測(cè)磁管導(dǎo)電性,發(fā)生這種現(xiàn)象應(yīng)該更換熱處理磁管。

9.?1Cr13、2Cr13、3Cr13工件在真空熱處理爐中加熱淬火后發(fā)現(xiàn)表面抗蝕性能顯著下降,有哪些可能的原因?

可能的原因:①熱處理加熱時(shí)真空度太高造成合金元素Cr的嚴(yán)重?fù)]發(fā);②在加熱過程中表面形成增碳現(xiàn)象;③選用油冷淬火,預(yù)冷時(shí)間不夠,淬火時(shí)形成表面增碳;④加熱不充分。

10.?真空泄露放電會(huì)引起故障嗎?

答:輝光放電過程是在低于正常壓強(qiáng)下的氣體內(nèi)進(jìn)行。在真空爐中,當(dāng)發(fā)生泄漏時(shí),空氣就以爐殼作為陽(yáng)極,爐內(nèi)的加熱電極作為陰極,如果氣壓達(dá)到某個(gè)數(shù)值時(shí),氣體產(chǎn)生電離,發(fā)生弧光放電現(xiàn)象。

放電的結(jié)果會(huì)引起熱電偶測(cè)溫信號(hào)波動(dòng),測(cè)溫不準(zhǔn)。燒壞工件。泄漏點(diǎn)燒壞等。

11.?真空淬火油池的油是怎么流動(dòng)的?

真空淬火油池的油是通過攪拌在油池中部劇烈的向下流動(dòng),并與油池中周圍的熱油向上流動(dòng)形成上下循環(huán)。

12.?如何保證真空熱處理工件出爐時(shí)的顏色?

答:回火之后鋼的表面呈現(xiàn)一種氧化膜的顏色,稱為回火色。很多情況下,需要根據(jù)回火色判定回火溫度?;鼗鹕S溫度變化,因此可以根據(jù)回火色大體判定回火溫度。但是回火色還與回火時(shí)間有關(guān),通常都以5min時(shí)間為準(zhǔn)。碳鋼不同溫度時(shí)的回火色,以5min為準(zhǔn)

要保證真空回火之后的工件由于其表面潔凈,沒有氧化保護(hù)膜,出爐之后如果工件溫度高的話,表面就會(huì)和空氣中的氧結(jié)合立即氧化,出現(xiàn)氧化色澤,生成氧化膜,從以上的鋼種、溫度與色澤之間的關(guān)系,我們可以看到真空出爐時(shí)工件的溫度。出爐溫度時(shí),也會(huì)氧化,但是由于溫度低,工件表面得氧化速度變慢,所以可以在出爐的工件表面涂布防銹油,來保持工件的表面色澤。

不銹鋼可以采用鈍化處理,提高其防銹能力。

13.?氣淬的氣體壓力如何確定?怎么維持?

答:真空氣淬時(shí),充氣結(jié)束時(shí)的氣體正壓力表指達(dá)到了需要淬火壓力,但是此時(shí)的氣體是受熱狀態(tài),在隨后開動(dòng)冷卻循環(huán)風(fēng)機(jī)用此氣體去淬火工件時(shí),氣體受熱交換器的冷卻把爐內(nèi)以及工件的熱量帶走,氣體體積就會(huì)縮小,形成真空氣壓降低。

壓力(P)、體積(V)、溫度(T)三者的關(guān)系符合公式:PV=nRT,例如:起始?xì)怏w壓力設(shè)定為P1、溫度T1=1000℃+273=1273K、氣體提體積就是爐膛的體積,仍然為V;,淬火冷卻到300℃時(shí)的壓力為P2,那么此時(shí)的壓力P2=P1×T2/T1=?P1×(300+273)/1273=0.450P1,可以見到壓力降低很多,為了維持氣體的冷卻能力,應(yīng)該開動(dòng)充氣閥補(bǔ)充淬火氣體,來維持P1的壓力。

14.?電極引出處沉積殘油的壞處是什么?

答:真空雙室油淬爐圓形爐膛的引出電極分布中,其中至少有一個(gè)引出端的爐膛一側(cè)容易沉積殘油,這里的沉積殘油在熱處理加熱過程中,容易受熱揮發(fā)形成氣體。在比較高的真空度和潔凈的工件表面條件下,會(huì)對(duì)工件表面增碳,損害工件表面狀態(tài)和改變組織,形成淺層高硬度。

所以應(yīng)該保持電極引出處的干凈,經(jīng)常擦去這部分沉積殘油。

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