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真空油淬炉:应用和独特的性能

真空油淬炉:应用和独特的性能

钢的淬火是热处理中的一项主要操作。最初在水溶液中进行,淬火介质的性质会影响最终钢的特性,因此可以优化硬度、微观结构以及处理部件的变形。根据钢种和所需的结果,淬火行业转向油、盐浴或(近年来)随着真空炉的日益使用而使用加压惰性气体。本文不会详述硬化的机制。然而,它将描述在真空炉中进行真空油淬炉与传统真空油淬炉和 20 bar 高压气淬相比的潜力。

真空油淬炉问题

与任何淬火过程一样,真空油淬炉的目的是通过快速冷却将奥氏体相转变为马氏体结构,以达到所需的硬度值。根据钢种和冷却曲线,可以实现几种不同的结构(图 1)。当奥氏体化零件浸入油中时,存在几个连续的冷却阶段(图 2)。蒸气相:与零件接触的油会通过传导升温,从而产生适度的冷却。沸腾相:由于热效应,油转化为气相。由于蒸发潜热的吸收,这将导致最快的冷却。这是回火/硬化操作中最具决定性的阶段,但也是最难控制的阶段。在零件周围形成蒸汽护套会导致过度绝缘,从而降低冷却速度效率。对流相:当温度变低从而不足时,气相消失。然后油的对流可以完成冷却到平衡温度。这些理论曲线的充分性保证了手术的成功。当然,这种愿景是简单化的。事实上,由于零件本身的不同截面厚度,零件的冷却永远不会均匀。这些冷却不均匀性——无论是轻微的还是重要的——将导致淬火阶段不同时间的马氏体转变。Ms 点在不同时间的交叉会产生突然的零件膨胀并导致淬火操作中固有的变形。增加的冷却速度将导致零件中更高的温度梯度。因此建议将速度调整到最佳值。适当调整淬火参数可以实现机械特性,减少变形并获得可接受的几何标准。如果气淬方法通过降低冷却速度来减少变形,对于低合金钢和块状零件来说效率不高,因为很难达到核心硬度。

真空油淬炉

真空油淬炉的优点在过去的 20 年中,真空热处理变得越来越普遍。然而,它通常与加压惰性冷却气体有关。真空油淬炉火仍然微不足道,但它为行业带来了有趣的优势。加热过程中的优势加热在真空炉中进行,可以通过完全不氧化或脱碳来保护表面。气体分压的简单管理进一步扩展了可能性。惰性气体(氮气、氩气)的分压限制了合金元素的升华。此外,活性气体的分压允许在低压和较高温度下进行渗碳或碳氮共渗,从而缩短循环时间。

冷却控制

由于炉料的转移是在真空或惰性气体保护下对炉子进行真空吹扫后进行的,因此零件表面始终受到保护,直到它完全浸入油中。无论是在油中淬火还是在气体中淬火,表面保护都非常相似。与传统常压真空油淬炉解决方案相比,其主要优势在于冷却参数的精确控制。使用真空炉,可以修改标准淬火参数——温度和搅拌——也可以修改淬火槽上方的压力。改变油箱上方的压力会导致油浴内部的压力差,从而改变在大气压下定义的油冷却效率曲线。事实上,沸腾区是冷却速度最高的阶段。由于负载的热量,油压的变化将改变其汽化(图 3)。压力降低将激活汽化现象,从而启动沸腾阶段。这将提高淬火液的冷却效率并提高相对于大气条件的硬化能力。然而,大量产生的蒸汽会导致鞘层现象并导致潜在的变形。油中压力的增加抑制了蒸汽的形成并延缓了蒸发。护套粘在零件上,冷却得更均匀但不太剧烈。因此,真空油淬炉更均匀,变形更小。油压控制与其初始冷却规格、温度和搅拌模式的选择相结合,为用户提供了优化硬化条件的额外杠杆,并提高了他在速度和均匀性之间找到正确折衷方案的能力,以及,因此,介于硬度和变形之间。与通常在真空或低压炉中使用的高压气淬 (HPGQ) 处理相比,油的高冷却效率提供了保证和安全裕度,尤其是大截面零件或低淬透性钢零件。对于这些应用,真空不再是真空油淬炉的障碍。经验表明,对淬火条件的精确控制,包括油压调整,可以导致变形与具有更高装料密度的气体淬火和带有夹具和篮子的混合装料

真空油淬炉

维护和消耗品

的低成本在淬火过程中完全没有氧气不仅可以保护零件,而且可以防止油氧化。即使在受控气氛下,硬化操作也不会像传统的油硬化那样产生油的燃烧。因此,油老化仅限于热循环。油的特性,主要是其冷却效率和粘度,随着时间的推移保持极其稳定,从而提高了结果的重现性并减少了所需的控制。淬火过程中产生的油蒸汽冷凝在炉膛内壁上,主要是在为此目的而设计的水冷冷凝器中。因此,油直接返回到浴中。仅偶尔和部分需要更新,只是为了补充由于卸载时零件的保留而导致的消耗。油中的少量杂质仅由负载产生,因此无需连续过滤。这消除了油过滤器堵塞和消耗的风险。中性气体的消耗也限于在接近大气压的压力下填充淬火槽的需要。与高压气淬和等效载荷的最佳解决方案相比,这种消耗降低了10-15倍。不再需要使用昂贵的气体或混合物来确保淬火质量。


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