真空淬火与真空化学热处理技术的应用

真空淬火技术

1)真空油淬。真空油淬时允许油温可达55~190℃。带有多个搅拌器、导流板和热交换器的大容量油槽,可保证整盘工件的油循环均匀一致,并且淬火整盘工件时油的温升保持在<4℃,保证了变形降低。用920℃真空油淬,表面无氧化脱碳,性能均匀,解决了结构复杂的精密件淬火变形问题。

2)真空气淬。负压气淬:采用氮气、氦气和氢气进行亚温负压(如氮气,0.9×105Pa)气淬。高压气淬:采用氮气、氦气、氢气及He+N2等对一般合金结构钢齿轮进行高压(如20×105Pa)气淬。先进的气淬技术还实现了按程序断续淬火、控制冷却、气体分级和等温操作。用继电器、电磁阀控制系统,在珠光体区临界风量激冷,马氏体区小风量缓冷,避免了变形开裂;甚至实现了三段冷却操作。氮气气淬是目前用得最普遍的,可达2MPa (20bar)压力,已安装的设备中85%~95%为氮气气淬。

3)真空硝盐等温淬火。真空硝盐等温淬火获得下贝氏体组织,综合性能更高且变形小。

真空化学热处理技术

1)真空渗碳。采用丙烷裂解气(CH4-H2)和脉冲工艺。用氧探头测控滴入乙醇渗剂气氛,对离合器齿轮进行真空渗碳,有效硬化层深度0.64mm,硬度900HV0.1,表面银灰色无炭黑。

2)真空碳氮共渗。真空碳氮共渗可进一步减少零件变形,提高零件耐磨及耐腐蚀性能,从而极大地提高产品质量。

3)真空离子热处理技术

①离子渗氮。由于渗氮温度较低,齿轮变形小。对于细长轴类,必须使其重力通过自身轴线并处于垂直状态,减少变形。为了进一步提高渗氮速度,在气氛中加入适量稀土有机溶液,可提高渗氮速度。

②离子渗碳。例,通用摩托车公司处理的航空齿轮,离子渗碳渗层比气体渗碳均匀得多.齿根层深为节圆处的86%。这种工艺得到的均匀渗层的盲孔长度/半径值近似于气体渗碳的2倍。高温离子渗碳(>1000℃)可提高渗碳速度。

③离子碳氮共渗。该热处理技术在渗碳气氛中加入适量的N2或NH3,780~860℃离子碳氮共渗。

4)应用

例1,重型汽车的齿圈和齿轮、航空齿轮、重型机车齿轮等。截面尺寸达25mm的工件真空渗碳或碳氮共渗后的心部硬度值可达20~44HRC,淬火介质为油或气体,氮气压力为(5~20)×105Pa,大多数渗碳温度为930~980℃,以不同的工艺时间可得到0.25~2.05mm或更深的渗层。

例2,一盘工件入真空渗碳炉的一个室中,然后抽真空至270Pa。渗碳气体通常以130~2660Pa通入炉内,通入的流量在工艺菜单中设定,典型的使用量为1~4m³/循环。氮气经常在扩散阶段通入,以维持一个设定的压力值。渗碳气体以脉冲的方式被通入和抽出。渗碳处理结束后,工件或者在原位被加热(单室炉)或被快速移至冷却室进行缓冷、油淬或高压气淬。典型汽车5挡齿轮真空渗碳工艺见下表,材料为8620H钢。

典型汽车5挡齿轮真空渗碳工艺及检验结果
真空渗碳工艺与检验结果

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