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(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(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(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，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，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(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(jìn)行加熱，則視同在空氣中進(jìn)行加熱，時間不需補償。

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，可采用實測法、模擬法和經(jīng)驗法。
（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)濟效益。