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Q345NH耐候钢板热处理中真空加热简介

2019-10-28 14:18:18字体:
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  Q345NH耐候钢板真空热处理是指将钢件在真空状态下进行加热、保温和冷却的工艺方法,钢件在负压下加热,炉内真空度很低,炉内的空气已稀薄到无法与钢件进行氧化反应,炉内氧气的含量对工件的铁元素氧化不起作用,因此避免了工件在真空炉加热过程中出现氧化和脱碳现象的发生,确保钢件表面的原始状态不变,工件表面清洁和光亮。

  它是随着航天、航空技术的发展而迅速开发的新技术,也是近几十年来国内外热处理设备中具有前途的一类,从某种程度上讲它可替换盐浴炉、电阻炉、可控气氛炉、流动粒子炉和燃气炉等。真空炉加热的原理是依据电极(金属或石墨等电热元件)的辐射作用完成对工件的加热的,由于辐射热量的传递(即加热速度)比较慢,故工件的内外加热较为均匀、变形量小。尤其是要求变形十分严格的工具、模具等钢件热处理的首选设备。


  经真空炉热处理后的钢件表面光亮,确保其表面的元素成分和状态不变。根据炉内真空度的高低不同,分为低真空、中真空和高真空三种。通常使用的为中真空和高真空状态,真空度分别为1.33~0.133Pa和1.33×10-2~1.33×10-3Pa,一般使用的真空度范围为103~10-4Pa。


  目前国内双室油冷真空炉的型号有ZC系列、WZ系列、VCQ系列等;单室气淬炉有VFC系列、VVFC系列、HPV系列高压气淬系列等。它们具有各自的加热和冷却特点,其技术已经成熟,得到使用厂家的认可和肯定,正发挥其十分重要的作用。


  按工艺的种类真空炉可以实现真空淬火和回火、真空退火、真空固溶和时效、真空烧结、真空化学热处理(渗碳、渗氮、低温氮碳共渗等)以及真空镀膜等,因此真空炉可实现其他热处理设备无法处理的复杂工艺。国外热处理设备制造公司已经生产出水淬真空炉、硝盐淬火真空炉、高压气淬真空炉、油气两用真空炉等,为淬透性差的碳素钢材料等真空热处理奠定了基础,因此从某种意义上讲,真空炉为几乎所有的有色金属和黑色金属退火、淬火、回火、化学热处理等提供了技术保障。


  真空热处理炉与其他类型的热处理炉相比,具有其他设备无法比拟的优点:


  a.工件热处理变形量小,仅为盐浴变形量的1/10~1/4,可明显减少了钢件的磨削加工余量(可将磨削量压缩2/3),降低了制造成本;


  b.具有除气和脱脂作用,显著提高工件的力学性能、延长和提高了钢件的使用寿命;


  c.真空加热避免了钢件表面的氧化和烧损,工件无氧化、脱碳、表面光亮,确保Q345NH耐候钢板钢件表面的化学成分和表面状态保持不变,减少了热处理表面缺陷,生产成本低。


  从上述几点来看,盐浴炉、空气电阻炉(井式电阻炉和箱式电阻炉)、燃气炉等热处理设备根本无法达到以上要求,因此真空炉在热处理领域具有广阔的市场前景,将为钢件的热处理提供更佳的处理方法。真空热处理具有以上优点是下列原因决定的。


  a.真空炉具有防止氧化的作用 金属和合金在真空中加热时,如果真空度低于相应的氧化物的分解压力,这种氧化物就会分解,形成的游离氧立即被排出真空炉,使钢件的表面质量进一步改善,金属的氧化和氧化物的分解,具体表示为:2Me+O2→2MeO,当真空炉中氧的分压大于氧化物的分解压时,金属被氧化。而MeO的分压大于真空中的氧分压,MeO会分解出金属来,金属氧化的分解压力如图3-2。一般而言,绝大多数钢铁钢件在13.3~1.33×10-3Pa范围内进行加热冷却后获得光亮的表面。


  1Torr=133.322Pa


  b.真空的脱气作用 金属脱气可提高金属的塑性和强度,真空度越高和温度越高,脱气时间长,则越有利于金属的脱气效果,因此钢的抗拉强度提高,造成氢脆断裂所需的氢浓度降低,而真空热处理的脱气作用便可满足这一要求。


  c.真空的脱脂作用 用于易损伤的金属箔、线材等Q345NH耐候钢的脱脂,油脂为碳、氢、氧的化合物,钢件进行机械加工使用的切削液、润滑剂和防锈油等,在真空加热时油脂分解为氢、二氧化碳和水蒸气等,蒸气压较高,在真空中加热时被挥发分解,随后被真空泵抽走。油脂会影响真空炉内的清洁度,钢件表面存在污物等将对真空泵的性能产生重要影响,因此钢件在入炉前要清洗干净。


  d.真空下元素的蒸发 在常压下的金属热处理时,合金与金属元素的蒸发微乎其微,而在真空状态下,钢件表面层中的常见合金元素如锌、镁、锰、铝、铬等在蒸气压较高时,极易挥发,因此造成表面合金元素的贫乏(减少),使表面的组织成分发生变化,钢件的力学性能变差。尽管钢件的表面不会产生氧化和脱碳现象,但需注意在真空加热的状态下,钢件表面的合金元素和状态有明显的变化,为了避免这种情况的发生,为了保证钢件表面的光亮度,减少合金元素的蒸发,先抽真空到较高的真空度后,随即充入高纯氮气,使真空炉内的压力维持在200~26.6Pa,即可防止金属元素的蒸发,加热效果十分明显。对于含有上述元素的钢在800℃以下可直接升温,在800℃以上加热时则通入一定量的中性气体等,有助于防止元素的蒸发。


  真空炉存在的不足为由于是靠辐射加热工件,因此加热速度慢,另外在真空状态下部分合金元素会出现蒸发现象,需要在高温状态下及时充入氮气,才能避免这种情况的出现。


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