第七章 真空热处理设备2017

第七章真空热处理设备南京工程学院材料教研室（2学时）第一节真空热处理特点P105真空热处理特点：优点：1)不氧化、不脱碳，热处理后可保持表面光亮和原有光泽，通常可不加工；2)热处理变形小；3)对工件有脱脂、脱气作用。缺点：1)工件加热速度慢(仅靠辐射传热)；2)加热均匀性较差(仅靠辐射传热)；3)真空下金属元素易蒸发；4）设备一次性投资大。基本概念真空：低于一个大气压的空间。真空度：真空状态下气体稀薄程度。真空热处理炉的真空度大多在103-10-4Pa范围，真空度在105-102Pa范围称为低真空，在102-10-1Pa范围称为中真空，在10-1-10-5Pa范围称为高真空，低于10-5称为超高真空。第二节真空系统P105思考题：1.真空热处理有哪些优点和缺点？2.为什么真空热处理炉加热速度慢、加热均匀性差？3.真空热处理炉的真空度大多在什么范围？4.根据真空度，将真空区域划分为低真空、中真空、高真空和超高真空，目前热处理用的真空炉真空度范围在：A)101～102Pa；B)102～103Pa；C)10-2～10-3Pa；D)103～10-5Pa真空系统构成真空系统:真空容器、真空泵、真空伐、连接件及真空测量仪表等。真空泵：旋片油封式机械泵(简称旋片泵)、滑伐油封式机械泵(简称滑伐泵)、油增压泵、油扩散泵等。油扩散泵与其它泵组成真空机组才可获得高真空度。思考题：1.真空热处理炉的真空系统由哪些部件组成？2.常见的真空泵有哪些？5.真空加热特点是什么?(防止氧化脱碳作用；真空脱气作用；脱脂作用和真空下元素蒸发作用。)为减少合金元素蒸发可采取的有效措施是什么?(将炉内先抽至较高的真空度，随即充入高纯氩气或氮气，使炉内压力维持在200-26.6Pa下加热。)6.简述真空热处理特点。(防止氧化、脱碳，可进行成品热处理；脱气、脱脂，表面光亮，防止氢脆，提高产品质量；淬火变形小、节省材料和加工工序；能耗少，无污染、无公害。但一次性投资大。)第三节外热式真空热处理炉定义：工件在真空罐内，加热元件和耐火材料等在真空罐外的真空热处理炉。应用：适用于合金退火、真空除气和真空渗金属等。特点：优点：1)结构简单，制造容易，造价低，操作维护方便；2)密封容易，抽气量小，易达到要求真空度；3)不存在真空放电问题(因为电热元件在罐外)；4)工件加热质量高，生产安全可靠。缺点：1)热惰性大，加热速度慢，生产周期长；2)受炉罐高温强度限制，炉子尺寸小，最高使用温度≤1100℃；3)合金钢或耐热钢炉罐价格昂贵，不易加工。思考题：1.什么是外热式真空热处理炉？2.外热式真空热处理炉有哪些工程应用？3.外热式真空热处理炉有哪些优点？第四节内热式真空热处理炉定义：工件及加热装置等均在真空容器内的真空热处理炉。特点：优点：1)没有炉罐(电热元件和工件均在真空容器内)；2)可制造大型高温真空炉(因不存在炉罐高温强度限制问题)；3)加热和冷却速度快，生产效率高。缺点：1)炉内结构复杂，电器绝缘性要求高；2)炉内容积大，各种构件表面吸附大量气体，需配备大功率抽气系统；3)考虑真空放电和电器绝缘性，需配备低压大电流供电系统。分类按外形和结构分立式、卧式、单室、双室和三室等；按冷却方式分自冷、负压气冷、负压油冷和加压气冷(2×105Pa)、高压气冷(5×105Pa)及超高压气冷(20×105Pa)等；按热处理工艺分为淬火炉和回火炉等。思考题：1.什么是内热式真空热处理炉？2.内热式真空热处理炉有哪些优点？3.内热式真空热处理炉有哪些缺点？4.按冷却方式不同，真空热处理炉分为哪几种？真空气体淬火炉操作流程负压油冷真空热处理炉操作流程：第五节真空热处理电热元件材料镍铬及铁铬铝合金:1000℃以下、真空度不超过1.33×10-1-1.33×10-2Pa范围的真空炉。钼、钨、钽纯金属:使用温度受合金挥发限制，长期加热会使晶粒粗化而变脆。石墨电热元件:热膨胀系数小，耐热冲击性能好，高温机械性能好，易于加工，价格便宜。炉衬材料：外热式真空炉炉衬与箱式电阻炉一样；内热式真空炉炉衬采用隔热屏或保温炉衬，1100℃以下隔热屏材料常用不锈钢板，1100℃以上采用高熔点金属、石墨或陶瓷等。隔热屏一般5-6层，金属屏厚度0.3-1mm，石墨屏厚5-10mm。思考题1.适宜于制作真空热处理炉的电热元件是：A）碳化硅；B）二硅化钼；C）石墨带；D）铁铬铝2.在真空炉中主要的传热方式为：A)辐射；B)对流；C)传导；D)辐射+对流3.一种热膨胀系数小、热导率较大、耐急冷急热、易加工，使用温度达2500℃，常在真空热处理炉中使用的电热元件材料是：A)镍铬电热合金；B)铁铬铝电热合金；C)碳化硅电热元件；D)石墨布或石墨带电热元件第六节离子氮化炉组成：炉体、真空系统、供气系统、测温系统和控制系统等。工作原理：工件在炉内作阴极，炉体作阳极，抽真空到13.3－1.33Pa后，通入少量氨、氮或氮氩混合气体，使炉内压强达到133-1333Pa，然后在两极间施加一定电压使氮电离，氮电离后以高速冲击工件(离子轰击)，离子动能转化为热能加热工件至渗氮温度，轰击表面一部分氮夺取电子后直接渗入工件表面，在工件表面形成含氮很高的蒸发态FeN，并不断向工件内部扩散，达到渗氮目的。辉光放电伏安曲线（补充）OD段阴阳极间只有微弱电流(微安级)，电压增大到D点时，气体由绝缘体变成良导体，阴阳极间电流突然增大，部分工件表面出现辉光，这种现象叫起辉，D点电压称为起辉电压(观察窗可看到局部辉光)。起辉后，极间电压和电流呈非线性关系(不服从欧姆定律)，极间电压下降到E点，此时增加电源电压或减少限流电阻，两极间电压基本保持不变，电流显著增大，EF称为正常辉光放电区，辉光覆盖面积随电流增大而增加，达到F点时，辉光覆盖全部阴极表面。达到F点后，继续增大电流，两极间电压开始增大，一直到G点，FG段称为异常辉光放电区，离子氮化在该区进行。当极间电压超过G点后，电流急剧增大，电压急速降到几十伏，辉光放电产生质变——即过渡到强烈的弧光放电区，弧光放电会损坏工件，应立即灭弧。