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算方法,，為準確、合理地確定真空熱處理加熱保溫時間提供了理論基礎,。
關鍵詞：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際上均是由這兩部分構成的,，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,。本試驗是在WZC-30G真空爐上進行的。

2.1 加熱溫度的影響

40CrMnSiMoVA超高強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。


無論預熱或不預熱,，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,，有利于減少熱應力和變形,。








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

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行加熱,。需要混裝時，應以有效厚度最大的工件到溫為準,，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,，裝爐量應適當,，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（實測法）

這種辦法可以準確地指示工件到溫時間，即可準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行的真空退火,、真空回火和真空正壓氣淬等工藝。

3.2 實際測定特定條件下的加熱時間（模擬法）

實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)驗法）

如果沒有實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償,。如果工件是在7.5X104以上的充氣壓強下進行加熱,，則視同在空氣中進行加熱，時間不需補償,。

4 結論

（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,，可采用實測法、模擬法和經(jīng)驗法,。
（3）只有準確,、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)量滿足相關技術文件的要求,，而且可以提高經(jīng)濟效益,。