真空热处理的应用

2015-11-16南京科润工业介质股份有限公司王锡樵孙清汝候奎邹磊龚海华

金属加工(热加工) 2015年19期

南京科润工业介质股份有限公司王锡樵，孙清汝，候奎，邹磊，龚海华

真空淬火的优势

真空热处理技术在国外应用较早，美国的海斯公司和日本真空研究所在19 68年先后研制出真空淬火油和水剂淬火介质，从而真空淬火技术在热处理行业得到迅速发展，从单室炉发展到了多组合机群，从一般的真空淬火发展到高压气淬、真空水剂淬火、真空渗碳、真空碳氮共渗及多元共渗等。经过几十年的努力，国内真空炉制造厂商在设计、制造水平和质量上得到了很大的提高，用国产真空设备替代从国外进口的真空设备逐渐增多，从而降低了使用单位的生产成本，使真空热处理的应用范围迅速扩大。目前已经在各种工模具钢、不锈钢、轴承钢、碳钢、硬质合金、合金钢及高合金钢等重要零件的真空热处理和真空化学热处理上得到了较好的应用，因为真空热处理具有很多优点：

（1）可以实现光亮淬火工件在低于大气压力下加热，不接触空气，表面不会发生氧化，当炉内的真空度抽到1～10-1Pa时，工件表面达到了不脱碳、不渗碳的目的，从而实现了光亮淬火的目的。1983年衡阳纺机厂从首都机械厂（现在的神箭）购买了一台双室真空淬火炉，用于GCr15轴承钢做的纺机零件锭底的光亮淬火，该锭底的技术要求非常高，其锭底的内部顶尖处，冷冲压R后不再进行任何机加工，淬火后表面不允许有任何脱碳等缺陷。以前用含氯化钠盐浴加热，后改变用50%Na Cl＋50%Na2CO3的中温盐加热，淬火冷却介质是用20%Na OH水溶液，其操作条件较差。用真空炉淬火后质量得到了很好的保证和提高，操作条件得到了极大的改进。用Cr12Mo V钢制造的针织机上的三角经真空淬火后产品质量稳定又耐磨，提高了产品的寿命。从此在纺机行业中，根据产品的规格要求，有关企业分别购买了各种规格的国产真空炉，椐不完全统计，约30余台国产真空炉在使用。

另外，在精密的小微型（轴承内径﹤9mm）轴承上应用也较多，如浙江慈溪的慈兴、上海微型、上海中隆、上海鸣志等轴承厂对采用不锈钢和轴承钢等材质制作的轴承套圈进行真空淬火后的质量非常好，因为套圈经真空淬火后表面没有脱碳、渗碳现象，套圈的材质又可以进行脱气，其杂质可以降低到1.5p pm以下，使硬度分布均匀，畸变极小，从而提高了轴承的耐磨性，并具有高的弹性极限和接触疲劳强度，延长了轴承的使用寿命，提高了市场竞争力。

（2）具有脱气作用在真空度低于金属或合金的相应分解压力时，其氧化物会发生分解，形成游离氧并立即被排出真空室外，使工件内部的质量得到提高。由于钢铁零件的坯料在冶炼时会吸入大气中极少量的氢气、氮气、一氧化碳等气体，从而产生微小气孔，易造成氢脆等缺陷，硬质合金。在压制时也会有空气进入，所以对于工模具钢来说，通过真空技术可以将工件内部的残余气体抽掉，使组织得到纯净。对于硬质合金来说，通过真空处理同样可以将工件内部的残余气体抽掉。如湖南某硬质合金厂用于钻矿机械上的凿岩工具的硬质合金柱（片）的固溶处理，从199 2年开始在衡阳纺机进行真空热处理，十几年前该公司自己购买了北京机电所的真空炉，专门做真空固溶处理等相关的真空热处理，经真空固溶处理后的硬质合金在服役时可以不易碎裂，从而提高了耐磨性和耐冲击性，延长了使用寿命，在硬质合金行业得到了推广。由于真空技术的应用，对于Cr12MoV、Cr12、Cr4W2MoV、6Cr4W3Mo2VNb(65Nb)、9CrSi、7CrMo3V2Si(LD)、W6Mo5Cr4V2等冷作模具钢和需要承受较大负荷及强韧性的3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1、5Cr4W5Mo2V等的热作模具钢而言，用其制作的拉伸模、挤压模、热碾模等，因为在真空炉内加热时具有脱气作用，真空淬火后其强度和耐磨性能得到很大的提高，模具的使用寿命一般可以提高30%～120%，个别的使用寿命还会更高。对于W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V1、W18Cr4VCo5、W4Mo3Cr4Vsi、W2Mo8Cr4Co8（M42）等高速钢刀具用真空淬火不但可以提高产品质量，更主要的可取代高耗能的高温盐浴淬火生产线，从而节约大量的能源，减少环境污染，改善操作条件。真空炉在中小型企业及专业工模具工厂使用得比较普遍，特别是私营企业在刀具、工模具及电动工具等工件的淬火上采用真空炉的比率也在逐渐增多。

（3）可以减少热处理后的机加工余量真空热处理因为没有氧化脱碳现象，畸变很少且清洁光亮，所以广泛用于GCr 15、W6Mo5Cr 4V2、27Si Mn Mo VA油泵油嘴偶件的真空淬火和真空渗碳，这样可以避免用盐浴炉造成偶件内孔有时因残盐清冼不干净或用保护气氛造成表面出现黑色组织（脱碳）现象，对于27Si Mn Mo VA渗碳钢的针阀体来说，要求的0.5～0.9mm渗碳层用真空渗碳能得到保证，而用可控气氛炉渗碳较难得到保证。对于柱塞泵等精密液压件来说，用真空淬火可以减少畸变，提高耐磨性，确保工件质量稳定。油泵油嘴偶件及柱塞泵液压件应用真空技术淬火已经几十年了，在提高产品质量上得到了广泛的认可。

（4）清洁工艺真空热处理是清洁热处理工艺，它在整个热处理过程中占有重要地位，可以提高产品质量，改变热处理车间的面貌，改善操作环境，是一个值得推广应用的技术。

（5）真空渗碳的优势真空渗碳比可控气氛炉渗碳的产品质量好，对于要控制淬火变形的齿轮渗碳，在用可控气氛炉渗碳后需要用淬火压床进行边淬火边矫正，其质量有时还达不到技术要求，况且渗碳层的渗层和碳浓度分布均匀性较难得到保证，经常会出现内氧化现象，造成非马氏体黑色组织的出现，生产率有时也会受到影响，所以对于质量要求较高的摩托车、汽车减速器、汽车发动机等部件内的中小型齿轮及齿轮轴等工件的渗碳，在有条件的企业中已经逐渐从可控气氛渗碳向真空渗碳过渡。对于质量要求更高的齿轮及齿轮轴等工件的渗碳，可用低压真空渗碳与高压气淬技术，它在国内已逐渐得到应用，如上海汽车减速器有限公司、浙江双环传动机械有限公司等应用法国ECM的技术已经具有比较成熟的经验。拥有该技术的国产设备也已投放市场多年了。

真空淬火介质

真空淬火的辅料有装料架（筐）及装料盘、氮气和淬火冷却介质。其中装料架（筐）及装料盘需要用40Cr25Ni20等耐热钢材料制作，氮气建议用含量＞99.995%的液氮较好，因为用液氮能保证氮气的纯度，操作维护较方便。淬火冷却介质需要用专门的真空淬火油，它适合低于大气压条件下使用，其馏程短，饱和蒸气压低，抗氧化能力强，不易挥发，易抽真空，光亮性好，易清洗，油的带耗少，热氧化安定性好，冷却性能稳定，以及使用寿命长等优点，因此淬火后的工件硬度均匀性好，畸变少且清洁光亮。科润公司拥有很成熟的经验及友好的售后服务，可以根据工件的规格不同，做到量身定制，提供冷却速度不同的快、中、慢三种真空淬火油。