金属热处理:真空热处理

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    真空热处理将金属工件在 1个大气压以下(即负压下)加热的金属热处理工艺。20世纪20年代末﹐随著电真空技术的发展﹐出现了真空热处理工艺﹐当时还仅用於退火和脱气。由於设备的限制﹐这种工艺较长时间未能获得大的进展。60～70年代﹐陆续研製成功气冷式真空热处理炉﹑冷壁真空油淬炉和真空加热高压气淬炉等﹐使真空热处理工艺得到了新的发展。在真空中进行渗碳﹐在真空中等离子场的作用下进行渗碳﹑渗氮或渗其他元素的技术进展﹐又使真空热处理进一步扩大了应用范围。  
    特点   
    金属零件在真空中的热处理能防止氧化脱碳并具有脱气效应﹐但金属元素可能蒸发。   
    防止氧化脱碳   
    真空热处理炉的加热室在工作时处於接近真空状态﹐仅存在微量一氧化碳和氢气等﹐它们对於加热的金属是还原性的﹐不发生氧化脱碳的反应﹔同时还能使已形成的氧化膜还原﹐因此加热后的金属工件表面可以保持原来的金属光泽和良好的表面性能。  
    脱气效应   
    金属零件在真空环境中加热时﹐金属中的有害气体﹐例如鈦合金中的氢和氧﹐会在高温下逸出﹐有利於提高金属的机械性能。  
    金属元素蒸发   
    各种元素都有自身的蒸气压﹐如果环境中的压力低於某种元素的蒸气压﹐这种元素就会蒸发。在真空热处理时﹐应根据钢中所含合金元素的蒸气压来选择加热时的真空度或温度﹐以避免合金元素蒸发。  
    工艺   
    真空热处理可用於退火﹑脱气﹑固溶热处理﹑淬火﹑回火和沉淀硬化等工艺。在通入适当介质后﹐也可用於化学热处理。  
    真空中的退火﹑脱气﹑固溶处理主要用於纯净程度或表面质量要求高的工件﹐如难熔金属的软化和去应力﹑不锈钢和镍基合金的固溶处理﹑鈦和鈦合金的脱气处理﹑软磁合金改善导磁率和矫顽力的退火﹐以及要求光亮的碳钢﹑低合金钢和铜等的光亮退火。真空中的淬火有气淬和液淬两种。气淬即将工件在真空加热后向冷却室中充以高纯度中性气体(如氮)进行冷却。适用於气淬的有高速钢和高碳高铬钢等马氏体临界冷却速度较低的材料。液淬是将工件在加热室中加热后﹐移至冷却室中充入高纯氮气并立即送入淬火油槽﹐快速冷却。如果需要高的表面质量﹐工件真空淬火和固溶热处理后的回火和沉淀硬化仍应在真空炉中进行。   
    真空渗碳是将工件装入真空炉中﹐抽真空并加热﹐使炉内净化﹐达到渗碳温度后通入碳氢化合物(如丙烷)进行渗碳﹐经过一定时间后切断渗碳剂﹐再抽真空进行扩散。这种方法可实现高温渗碳(1040℃)﹐缩短渗碳时间。渗层中不出现内氧化﹐也不存在渗碳层表面的含碳量低於次层的问题﹐并可通过脉衝方式真空渗碳﹐使盲孔和小孔获得均匀渗碳层。  
    应用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40～400％﹐而有许多工具的寿命可提高3～4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。