真空熱處理加熱滯后時間的研究

wanglinyou

真空熱處理加熱滯后時間的研究
摘要：簡要介紹了真空熱處理加熱滯后時間的計(jì)算方法,，為準(zhǔn)確,、合理地確定真空熱處理加熱保溫時間提供了理論基礎(chǔ),。
關(guān)鍵詞：真空熱處理；加熱滯后時間

1 前言

真空熱處理以輻射加熱為主,，其特點(diǎn)是爐膛升溫速度比工件升溫速度快得多,。一方面由于爐膛的隔熱材料大多采用石墨氈和陶瓷纖維，這類材料的熱容量小，保溫性能好,，因此,，爐膛的熱慣性小，升溫速度快,。另一方面,，由于爐內(nèi)氣體極為稀薄，加熱元件對工件的傳熱方式以輻射傳熱為主,，對流傳熱作用極其微弱,，所以，工件的升溫速度很慢,。故存在加熱滯后時間的問題,。真空熱處理加熱保溫時間實(shí)際上是由以下兩部分組成的，一是工件透燒時間（即溫度均勻化時間,，也就是我們所討論的加熱滯后時間,；，二是組織轉(zhuǎn)變的時間,。任何方式的熱處理加熱保溫時間實(shí)際上均是由這兩部分構(gòu)成的,，只不過由于真空熱處理的加熱方式很特殊，所以使第一部分（即加熱滯后時間）成為比較突出的問題,。

2 影響加熱滯后時間的主要因素

影響工件在真空爐中加熱滯后時間的因素有工件的材料,、尺寸、形狀和表面光亮度,，以及加熱溫度與加熱方式,、裝爐量與裝爐方式等。本試驗(yàn)是在WZC-30G真空爐上進(jìn)行的,。

2.1 加熱溫度的影響

40CrMnSiMoVA超高強(qiáng)度鋼在加熱溫度分別為920℃,、900℃、870℃,，試樣尺寸為φ50mmX150mm,，僅裝1件試樣，且跟蹤熱電偶插在試樣心部的試驗(yàn)條件下,，采用的加熱曲線示于圖1,。由于加熱元件的輻射能量與其絕對溫度的四次方成正比，因此,，溫度越高,，輻射效率越高，工件的加熱滯后時間也就越短,，工件的升溫速度也就越快,。


2.2 加熱方式的影響

40CrMnSiMoVA超高強(qiáng)度鋼在加熱溫度為920℃，試樣尺寸為φ35mmX105mm，分裝兩層,，如圖2所示,，且上、下兩層的4號試樣的上部與外表面分別固定一支跟蹤熱電偶,。每層7件,，共重10kg的試驗(yàn)條件下，采用不同加熱方式獲得的加熱曲線示于圖3-圖5,。


無論預(yù)熱或不預(yù)熱,，試樣的升溫速率均滯后于爐膛的升溫速率；中心試樣的升溫速率滯后于外部試樣的升溫速率,。采取預(yù)熱方式,，可減少工件截面上的溫差以及工件與爐膛之間的溫差，在其后的升溫過程中,，使工件的溫度很快接近爐溫,，有利于減少熱應(yīng)力和變形。








根據(jù)真空加熱的特點(diǎn),，導(dǎo)熱性差的不銹鋼,、高溫合金等材料和含碳量高于0.4%的結(jié)構(gòu)鋼、工模具鋼等,，截面厚度變化大或者有尖角及形狀復(fù)雜的工件,，硬度>35HRC的工件，為減少變形與開裂的危險(xiǎn),，都應(yīng)采取預(yù)熱方式進(jìn)行加熱,。加熱溫度低的，可采取650-700℃預(yù)熱一次,；加熱溫度高的可采取650-700℃和850-900℃二次預(yù)熱,。預(yù)熱時間應(yīng)保證工件有效截面達(dá)到加熱溫度，一般取保溫時間的0.5-1倍,，或者通過實(shí)測來決定,。

2.3 尺寸的影響

40CrMnSiMoVA鋼不同尺寸試樣的單件加熱曲線（加熱溫度為920℃）示于圖6。圖6表明：直徑越大,，加熱滯后時間就越長,。因此真空熱處理時，不同尺寸或形狀的工件不宜混裝在一起進(jìn)行加熱,。需要混裝時，應(yīng)以有效厚度最大的工件到溫為準(zhǔn),，確定加熱時間,。


比較圖3與圖6可以看出：裝爐量大的加熱滯后時間比裝爐量少的加熱滯后時間長，因此，裝爐量應(yīng)適當(dāng),，盡量散放,，以減少工件加熱時的互相屏蔽，使加熱更均勻,。

3 加熱滯后時間的確定

由于工件在真空中加熱的升溫速率比在箱式空氣爐中加熱慢,，比在鹽浴爐中加熱更慢，因此,，不能沿用空氣爐或鹽浴爐的加熱時間做為真空熱處理的加熱時間,。只有在確定加熱滯后時間后，再加上常規(guī)的組織均勻化時間,，才可最終確定真空熱處理的加熱時間,。加熱滯后時間的確定辦法如下所述。

3.1 在工件上直接連接跟蹤熱電偶（實(shí)測法）

這種辦法可以準(zhǔn)確地指示工件到溫時間,，即可準(zhǔn)確地測定工件的加熱滯后時間,。它適用于在室溫下裝出爐的單室真空爐中進(jìn)行的真空退火、真空回火和真空正壓氣淬等工藝,。

3.2 實(shí)際測定特定條件下的加熱時間（模擬法）

實(shí)際測定幾種具有代表性的工件厚度,、加熱溫度、裝爐量與裝爐方式等的加熱曲線,，測定出相應(yīng)的加熱滯后時間,。以后在生產(chǎn)中，根據(jù)工件的材料,、厚度,、加熱溫度、裝爐方式與裝爐量等因素來選用條件最相近（就高不就低）的實(shí)測加熱曲線,，確定加熱滯后時間,。

3.3 將空氣爐的保溫時間延長50%（經(jīng)驗(yàn)法）

如果沒有實(shí)測的加熱曲線可供選用，那么,，將空氣爐的保溫時間延長50%,，作為對工件的加熱滯后時間的補(bǔ)償。如果工件是在7.5X104以上的充氣壓強(qiáng)下進(jìn)行加熱,，則視同在空氣中進(jìn)行加熱,，時間不需補(bǔ)償。

4 結(jié)論

（1）影響工件在真空爐中加熱滯后時間的因素主要有加熱溫度,、加熱方式,、裝爐量及裝爐方式等。
（2）真空熱處理加熱滯后時間的確定,，可采用實(shí)測法,、模擬法和經(jīng)驗(yàn)法,。
（3）只有準(zhǔn)確、合理地確定真空熱處理加熱滯后時間,，才能保證真空熱處理的工件質(zhì)量滿足相關(guān)技術(shù)文件的要求,，而且可以提高經(jīng)濟(jì)效益。