真空熱處理加熱滯后時(shí)間的研究

wanglinyou

真空熱處理加熱滯后時(shí)間的研究
摘要：簡(jiǎn)要介紹了真空熱處理加熱滯后時(shí)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(shí)間提供了理論基礎(chǔ),。
關(guān)鍵詞：真空熱處理,；加熱滯后時(shí)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(lèi)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(duì)工件的傳熱方式以輻射傳熱為主，對(duì)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(shí)間的問(wèn)題,。真空熱處理加熱保溫時(shí)間實(shí)際上是由以下兩部分組成的,，一是工件透燒時(shí)間（即溫度均勻化時(shí)間，也就是我們所討論的加熱滯后時(shí)間,；,，二是組織轉(zhuǎn)變的時(shí)間。任何方式的熱處理加熱保溫時(shí)間實(shí)際上均是由這兩部分構(gòu)成的,，只不過(guò)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(shí)間）成為比較突出的問(wèn)題。

2 影響加熱滯后時(shí)間的主要因素

影響工件在真空爐中加熱滯后時(shí)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(duì)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(shí)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(hào)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(wú)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(guò)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(kāi)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(shí)間應(yīng)保證工件有效截面達(dá)到加熱溫度，一般取保溫時(shí)間的0.5-1倍,，或者通過(guò)實(shí)測(cè)來(lái)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(shí)間就越長(zhǎng),。因此真空熱處理時(shí)，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(shí),，應(yīng)以有效厚度最大的工件到溫為準(zhǔn)，確定加熱時(shí)間,。


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

3 加熱滯后時(shí)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(shí)間做為真空熱處理的加熱時(shí)間,。只有在確定加熱滯后時(shí)間后,，再加上常規(guī)的組織均勻化時(shí)間，才可最終確定真空熱處理的加熱時(shí)間,。加熱滯后時(shí)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(cè)法）

這種辦法可以準(zhǔn)確地指示工件到溫時(shí)間，即可準(zhǔn)確地測(cè)定工件的加熱滯后時(shí)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(cè)定特定條件下的加熱時(shí)間（模擬法）

實(shí)際測(cè)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(cè)定出相應(yīng)的加熱滯后時(shí)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(lái)選用條件最相近（就高不就低）的實(shí)測(cè)加熱曲線，確定加熱滯后時(shí)間,。

3.3 將空氣爐的保溫時(shí)間延長(zhǎng)50%（經(jīng)驗(yàn)法）

如果沒(méi)有實(shí)測(cè)的加熱曲線可供選用,，那么，將空氣爐的保溫時(shí)間延長(zhǎng)50%,，作為對(duì)工件的加熱滯后時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)間的確定，可采用實(shí)測(cè)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(shí)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,。