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      模具真空熱處理技術的進展及應用

      時間:2015-09-14  來源:  作者:

         模具真空熱處理技術的進展及應用劉徽平,溫嶸生(南方冶金學院,江西贛州341000)已得到越來越廣泛的應用,筆者結合真空熱處理的新型設備和模具真空熱處理實例,介紹模具真空熱處理的一些最新信息與狀況。

        0刖言模具是工業中重要的成形裝備,現代工業生產對模具提出了速度快、質量好、成本低、壽命長的要求。模具的熱處理是影響上述四大要求的一個關鍵環節,在模具的各種熱處理工藝中,真空熱處理有許多獨特的優點。近年來國內外在模具真空熱處理方面有較快發展,其中外國的一些公司以其先進的模具材料、真空熱處理設備向臺灣、香港進而向大陸地區擴展。筆者曾在深圳的一個外資模具熱處理中心工作了一段時間,對目前國際上最新的模具真空熱處理技術有了一定的了肖解特在此對所了解到的國內外這方面的一些最新信息、狀況作一介紹。

        1模具真空熱處理的意義模具制造成本高,其質量、壽命是影響產品質量、成本的關鍵因素。所以對模具熱處理時的表面質量、變形等都有很高的要求。為了防止模具在熱處理時產生的表面氧化、脫碳和增碳,傳統的模具熱處理主要采用鹽浴爐加熱或箱式爐保護加熱,后來也采用可控氣氛加熱,但這些加熱方法在高溫加熱時要想使氣體介質、保護劑或鹽浴在全部加熱過程中一直保持中性以防止它們和金屬發生反應是比較困難的。

        真空則可作為理想的加熱介質來處理模具。模具經真空熱處理后,表面光亮、不氧化脫碳增碳、形狀尺寸變化小、耐磨性好、綜合性能優良,使用壽命長,可省去或減少磨削加工m.真空是熱處理的一種理想“氣氛”。真空熱處理具有防止工件表面氧化、凈化表面、脫脂脫氣等作用,工件經真空熱處理后機械性能高而且質量穩定。另外,真空熱處理還具有自動化程度高、無污染、無公害、操作環境好等優點。

        我國熱處理行業“九五規劃和2010年設想”所列的四個技術目標為:金屬材料的少或無氧化加熱;真空熱處理;節能;電子計算機的應用。而真空熱處理是其中一個重要的發展方向。

        2現代真空熱處理的一些最新技術真空熱處理的實施,受設備的制約很大,需要有現代的真空熱處理爐才能加熱到足夠高的溫度,有足夠的冷卻能力和生產效率實現對不同鋼種、較大尺寸與較大重量的工件進行不同工藝的處理。

        40多年來,真空熱處理從無到有,爐子的制造技術及真空熱處理技術不斷地發展提高,F代真空熱處理爐所采用的一些先進技術主要為加熱、冷卻技術。

        1對流加熱真空爐每次熱處理開始時都先要抽真空到1~10Pa才開始加熱。傳統真空爐僅僅只有輻射加:劉徽平(1963-)男,江西興國人,材料與化學工程學院副教授,主要從事金屬材料與熱處理的教學與研究。

        熱,這使低溫階段的加熱速度很慢,F代真空爐開發了真空正壓對流加熱技術,該技術是在真空爐升溫的低溫階段充入約1.5XlOia的惰性氣體(N2),開動循環風扇實施對流加熱。加熱至750°C左右后,再將充入的惰性氣體抽出(抽至所需要的真空度)在升溫的高溫階段仍然實施真空輻射加熱。這既提高了低溫階段的加熱速度,又保留了高溫階段真空輻射時加熱脫氣、加熱均勻的效果。這是第三代真空爐加熱的特點,可以達到高裝載量、密集裝爐。

        冷卻方式2.2.1高流率高壓氣體淬火真空熱處理的冷卻方式是由油冷發展到氣冷的。經實踐發現,氣冷方式與油冷方式相比除了爐子的構造和操作比較簡單外,處理材料的表面狀態也更好、變形更小,也不需要繁雜的后道脫脂、清洗工序。

        為提高氣體淬火的冷卻能力,現代真空熱處理發展采用了高壓(5~10)XlOa、超高壓(20X10)的氣體(N2或N+He、H2)淬火技術。

        105Pa的N2冷卻時,冷卻能力和一般鹽浴淬火的冷卻能力相當,可使040mm的高速鋼完全淬透,適用于一般工模具鋼的熱處理。

        2R冷卻方式淬火時以2個方向的氣流對工件進行冷卻,稱為2R冷卻。冷卻時,氣體由上向下或由下向上通過爐料流動,氣體方向可交替更換,可以預先規定一個時間間隔,如由上10s再由下10s.這種2R系統可使爐料得到均勻的冷卻并可使變形達到最小。

        2R冷卻方式,不但有上下方向的冷卻氣流變換,且有左右方向的氣流變換。

        等溫冷卻功能為使大尺寸、形狀復雜的工件淬火時不會因表面和心部的冷卻速度差異過大而產生大的變形,先進的真空爐還具有等溫冷卻功能。

        等溫冷卻的溫度一般是在高于馬氏體開始轉變的溫度(400~450°C),實施這一工藝時要在工件的表面和心部分別裝上兩支熱電偶,心部的熱電偶插在模具中心或靠近中心的孔洞或螺孔處。在淬火冷卻過程中當工件表面冷至設定的溫度時,程序控制器會將冷卻氣體的壓力降低,將冷卻風扇的轉速降低一半,這樣工件表面的冷卻速度就會降低,等待工件心部的溫度也降下來。當表面溫度降至低于設定的等溫溫度時,程序控制器又會將爐子的加熱再接通,待工件表面溫度恢復至設定的等溫溫度時加熱又停止……,這樣持續一段時間直到工件心部溫度也降至等溫溫度時,爐子又恢復高壓高速的氣體冷卻,使工件冷卻下來。

        3現代模具真空熱處理的適用范圍3.1現代模具真空熱處理的適用范圍真空對流技術的出現,使得真空熱處理加熱效率提高,能源進一步節約。真空超高壓氣淬技術的實用化,使得接受真空熱處理的材質范圍由高速鋼、不銹鋼、模具鋼擴大至一般合金鋼|21.現代模具的真空熱處理包括各種模具的淬火、回火、退火以及真空滲碳和滲金屬等工藝。由于工模具的重要性、成分特性及允許更高造價的特性,使得工模具成為應用真空熱處理最廣泛、最普及的產品。但淬透性小的碳素鋼、低合金鋼因難以真空淬火淬硬,故一般不適于真空淬火處理。

        在上述模具的各種真空熱處理工藝中,以真空淬火用得較多。

        熱擠壓模具鋼都具有很高的淬透性,特別是4Cr5MoSiV1等鋼種,它們采用氣淬可有效地減少淬火變形,更充分發揮真空熱處理的效果。

        3.2模具真空熱處理效果北京:機械工業出版社,1994.475―495.王德文新編模具實用技術300例北京:科學出版社,1996.251―262.模具實用技術叢書編委會模具材料與使用壽命。

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