Proces próżniowej obróbki cieplnej

Co to jest próżniowa obróbka cieplna?

 

Obróbka cieplna próżniowa odnosi się do procesu, w którym części formy są umieszczane w urządzeniach do próżniowej obróbki cieplnej w celu ogrzewania, izolacji i chłodzenia. Jest to jedna z obecnie zaawansowanych technologii obróbki cieplnej form. Ponieważ wymagania jakościowe form stają się coraz wyższe, ogólna obróbka cieplna ma trudności z spełnieniem wymagań technicznych. Po próżniowej obróbce cieplnej formy powierzchnia nie zostanie utleniona ani odwęglona, ​​odkształcenie przy hartowaniu będzie małe, twardość powierzchni będzie jednolita, wydajność ulegnie poprawie, a żywotność formy ogólnie wzrośnie. , generalnie może wzrosnąć o ponad 30%. Ponadto,próżniowa obróbka cieplnamoże zmniejszyć naddatek na obróbkę (szlifowanie lub polerowanie) o 1/3 ~ 1/2, poprawiając w ten sposób wydajność produkcji i zmniejszając koszty produkcji form. Próżniowa obróbka cieplna jest szczególnie odpowiednia w przypadku form o wysokiej precyzji, które wymagają stabilnych wymiarów i wydajności. Technologie próżniowej obróbki cieplnej form obejmują: hartowanie próżniowe, odpuszczanie próżniowe, nawęglanie próżniowe, azotowanie próżniowe, próżniową infiltrację metalu itp. Rysunek 1 przedstawia sprzęt do próżniowej obróbki cieplnej formy, a rysunek 2 przedstawia zdjęcie formy.

 

Rysunek 1 Sprzęt do próżniowej obróbki cieplnej form

 

Parametry procesu próżniowej obróbki cieplnej

 

(1) Stopień próżni

Stopień podciśnienia wpływa bezpośrednio na chropowatość powierzchni formy, wpływając w ten sposób na jakość powierzchni i wydajność. Aby zapobiec ulatnianiu się pierwiastków stopowych na powierzchni formy, należy dobrać rozsądny stopień podciśnienia. Odpowiednią zależność pomiędzy stopniem próżni i temperaturą nagrzewania podczas nagrzewania próżniowego formy ze stali stopowej pokazano w tabeli. 1.

 

Tabela 1 Zależność pomiędzy stopniem próżni i temperaturą ogrzewania

Temperatura/stopień ogrzewania	Mniejsza lub równa 900 stopni	1000 ~ 1100 stopni	1100 ~ 1300 stopni
Stopień próżni/Pa	Większe lub równe 0.133	1.33~13.3	1100 ~ 1300 stopni

 

 

(2) Temperatura podgrzewania

Gdy temperatura ogrzewania próżniowej obróbki cieplnej wynosi 1000 ~ 1100 stopni, podgrzewanie wstępne przeprowadza się w temperaturze 800 ~ 850 stopni; gdy temperatura ogrzewania przekracza 1200 stopni, formy o prostych kształtach można podgrzać w temperaturze 850 stopni, a większe lub złożone formy można podgrzać w temperaturze 850 stopni. Następnie należy dwukrotnie przeprowadzić podgrzewanie w temperaturze 500 ~ 600 stopni i 800 ~ 850 stopni.

 

(3) Izolacja

1) Temperatura ogrzewania. Temperatura ogrzewania w przypadku hartowania próżniowego stanowi zazwyczaj dolną granicę pieca do kąpieli solnej i pieca powietrznego. Temperatury ogrzewania w przypadku odpuszczania próżniowego, wyżarzania próżniowego, obróbki przesycania próżniowego i starzenia próżniowego są na ogół takie same jak w przypadku konwencjonalnej obróbki cieplnej.

 

Utrzymywanie czasu. W normalnych warunkach czas nagrzewania próżniowego jest 6 razy dłuższy niż w piecu solnym i 2 razy dłuższy w przypadku pieca powietrznego. Wzór empiryczny to τ=KB + T, gdzie τ to czas utrzymywania ogrzewania (min), K to współczynnik czasu utrzymywania (min/mm), B to efektywna grubość formy (mm) oraz T to margines czasu (lub czas stały) (min).

Stal	Współczynnik czasu trzymania K/min·mm-1	margines czasu T/min	Uwaga
Niestopowa stal narzędziowa	1.9	5~10	Rozgrzej raz w temperaturze 560 stopni
Niskostopowa stal narzędziowa	2.0	10~20	Rozgrzej raz w temperaturze 560 stopni
Wysokostopowa stal narzędziowa	0.48	20~40	Rozgrzej raz w temperaturze 560 stopni i raz w temperaturze 800 stopni
stal szybkotnąca	0.33	15~25	Rozgrzej raz w temperaturze 560 stopni i raz w temperaturze 800 stopni

2. Hartowanie próżniowe formy

 

(1) Rozgrzewanie

Stal niskostopową (40Cr, 60Si2Mn itp.) i stal średniostopową (CrWMn, 9CrSi, 5CrNiMo itp.) można wybrać do ogrzewania dwustopniowego (np. podgrzewanie wstępne 650 stopni → ogrzewanie hartownicze 850 stopni); można wybrać stal wysokostopową (H13, Cr12MoV itp.) Ogrzewanie trójstopniowe (takie jak podgrzewanie wstępne do 650 stopni → podgrzewanie wstępne do 850 stopni → ogrzewanie hartownicze do 1030 stopni).

 

(2) Wybór czasu nagrzewania i przetrzymywania

Czas przetrzymywania musi nie tylko zapewniać całkowite rozpuszczenie określonej ilości węglików, zwiększać zawartość stopu w austenicie i gwarantować wyraźny powrót twardości podczas odpuszczania w szczytowej temperaturze utwardzania wtórnego, ale nie może powodować przegrzania i wpływać na jakość formy.

 

(3) Metoda chłodzenia

Hartowanie próżniowe stali formierskiej może obejmować hartowanie w oleju, hartowanie w gazie, hartowanie w wodzie, hartowanie w soli azotanowej itp. Wszystkie stale stopowe na formy można hartować próżniowo w oleju, aby uzyskać jasną powierzchnię i rozsądną wydajność. W porównaniu z hartowaniem chłodzonym powietrzem, wysoką wytrzymałość i wytrzymałość można łatwo uzyskać dzięki dużej szybkości chłodzenia oleju. Hartowanie chłodzone powietrzem może spowodować mniejsze zniekształcenia hartowania.

 

Sposób chłodzenia poprzez hartowanie próżniowe należy dobrać w zależności od kształtu, materiału, wielkości, wymagań technicznych itp. formy. Szczegółowe informacje można znaleźć w tabeli 3.

 

Tabela 3. Wybór metod chłodzenia poprzez hartowanie próżniowe

metoda chłodzenia	Zakres zastosowania
Hartowanie próżniowe w oleju	Nadaje się do stopowej stali narzędziowej, wysokowęglowej stali stopowej o wysokiej zawartości chromu, szybkotnącej stali narzędziowej i innej stali formierskiej, przy zastosowaniu specjalnego hartowania próżniowego w oleju. Hartowanie w oleju próżniowym jest szczególnie odpowiednie w przypadku form wymagających dużej wytrzymałości i wytrzymałości.
Chłodzony powietrzem	Aby zmniejszyć odkształcenia formy, skrócić cykl procesu i osiągnąć czystą obróbkę cieplną, na całym świecie coraz częściej stosuje się hartowanie powietrzem. Wymagania dotyczące szybkości chłodzenia: stal H13 (4Cr5MoSiV1) większa lub równa 28 stopni/min, stal Cr12MoV większa lub równa 17 stopni/min 1) 0.2MPa hartowanie powietrzem próżniowym: to znaczy hartowanie powietrzem próżniowym pod niskim ciśnieniem. Maksymalne ciśnienie chłodzenia podczas hartowania N2 wynosi 0,2 MPa, a czystość N2 przekracza 99,95% (ułamek objętościowy). Jest powszechnie stosowany do stali narzędziowej szybkotnącej i stali zimnej, które nie wymagają dużej prędkości chłodzenia. Stal matrycowa do pracy na gorąco 2) Hartowanie w gazie pod wysokim ciśnieniem 0.6 MPa: Ciśnienie hartowania N2 wynosi 0.6 MPa. Jest powszechnie stosowany do hartowania szybkotnącej stali narzędziowej, wysokowęglowej stali stopowej o wysokiej zawartości chromu i niektórych stopowych stali narzędziowych do produkcji form. 3) Hartowanie w gazie pod bardzo wysokim ciśnieniem powyżej 1 MPa: zwykle stosowane do wszystkich stali szybkotnących, stali do pracy na gorąco, stali do pracy na zimno, stali Cr13 i niektórych stali stopowych hartowanych w oleju. Nadaje się również do hartowania dużych i średnich form
Hartowanie próżniowe w wodzie	Stosowany do hartowania i chłodzenia metali nieżelaznych, stopów żaroodpornych, stopów tytanu i stali węglowej itp.
Próżniowe hartowanie azotanów	Stosowanie soli azotanowej do klasyfikacji form lub hartowania izotermicznego może zmniejszyć odkształcenia formy, uniknąć pęknięć i zapobiec odwęgleniu stali konstrukcyjnej o wysokiej wytrzymałości. Całkowita wydajność chłodzenia statycznej kąpieli azotanowej jest równoważna wydajności oleju. Mieszanie może poprawić skuteczność kąpieli solnej. Wydajność chłodzenia, ogólna temperatura robocza jest kontrolowana w zakresie 160 ~ 280 stopni

Przykład: Bardzo duża forma do odlewania ciśnieniowego stopu aluminium ze stali H13 (4Cr5MoSiV1) (5 ton) jest hartowana w urządzeniu Ipsen Super Turbopiec próżniowya temperatura ogrzewania wynosi 1000 stopni. Po wystarczającej izolacji hartuje się go i chłodzi azotem o ciśnieniu 1,5 MPa, a chłodzenie zatrzymuje się w temperaturze 400 stopni. Etap utrzymywania izotermicznego w celu zmniejszenia odkształceń formy i uniknięcia pęknięć.

 

Ostatecznie uzyskano doskonałe właściwości mechaniczne i minimalne odkształcenia hartownicze. Konkretne wyniki kontroli przedstawiono w tabeli 4.

Tabela 4 Wyniki formy ze stali H13 po hartowaniu próżniowym w powietrzu

projekt	powierzchnia	Serce
Mikrostruktura	mały	Drobny (w stanie hartowanym)
Wielkość/gatunek ziarna	10~11	9
Wytrzymałość na rozciąganie Rm/MPa	1287	1264
Granica plastyczności ReL/MPa	1044	1019
Wydłużenie po zerwaniu A (%)	19.5	17.8
Skurcz przekroju Z (%)	52.8	49.1
Energia absorpcji uderzenia/J	262,282,279	221,239,238

(4) Hartowanie próżniowe

Zalety stosowania pieca próżniowego (takiego jak jednokomorowy piec do odpuszczania nadciśnieniowego serii WZH) do odpuszczania: dokładna i równomierna kontrola temperatury; zapewnienie braku utleniania podczas etapów ogrzewania i utrwalania ciepła; można go powoli schłodzić za pomocą pieca lub szybko schłodzić poprzez nadmuchanie. Proces chłodzenia można wypełnić N2 o wysokiej czystości lub mieszaniną N2 o wysokiej czystości i innych gazów redukujących (takich jak H2), aby zapobiec utlenianiu lub zabarwieniu podczas chłodzenia.

 

Szybkość nagrzewania odpuszczającego wynosi 0,8 min/mm, a rdzeń jest utrzymywany w cieple przez co najmniej 2 godziny. Temperatura odpuszczania zależy od wymagań dotyczących twardości. Pierwsze i drugie odpuszczanie są obowiązkowe, trzecie odpuszczanie można pominąć w zależności od wymagań technicznych i twardości końcowej.

 

3. Wyżarzanie próżniowe formy

Wyżarzanie próżniowe formy (modułu) może z łatwością osiągnąć obróbkę cieplną bez utleniania i odwęglenia, co jest korzystne dla poprawy jakości powierzchni i wydajności produkcji formy, skracając cykl procesu, a powierzchnia formy może być jasna, a mikrostruktura jest jednolita .

(1) Zwykły proces wyżarzania próżniowego

Rysunek 3 przedstawia zwykły proces wyżarzania próżniowego modułu ze stali H13 (4Cr5MoSiV1). Do wyżarzania form wykorzystuje się piec próżniowy (taki jak jednokomorowy piec próżniowy serii WZT, stopień próżni końcowej 0.1Pa), a moduł jest powoli podgrzewany do 870 stopnia z prędkością 6{{ 14}} stopień/godz. Czas utrzymywania (2~4h) ustalany jest w zależności od efektywnej wielkości modułu. Po nagrzaniu można go utrzymać na poziomie 0,8 min/mm. Ciśnienie podczas etapu utrwalania cieplnego jest kontrolowane w zakresie 0,1 ~ 10 Pa. Chłodzenie pieca można podczas chłodzenia prowadzić w stanie próżni. Gdy temperatura jest niższa niż 500 stopni, można wypełnić w celu ochłodzenia 1×105Pa N2 o wysokiej czystości lub mieszaninę N2 o wysokiej czystości i innych gazów redukujących (takich jak H2), aby zapewnić, że powierzchnia modułu jest nieutleniona i nie -kolorowy. Twardość modułu wyżarzonego wynosi<235HBW, and the structure is pearlite + uniformly distributed granular carbides.

 

Główne parametry danych próżniowego pieca hartowniczego w gazie pod wysokim ciśnieniem
Model	Średni rozmiar strefy temperatury	Maksymalna temperatura	Ostateczne ciśnienie	Szybkość wzrostu ciśnienia	Jednolitość temperatury	Objętość ładowania
RVSQ-224	250×250×400	1300	4×10-1	0.5	±5	50
RVSQ-335	300×300×500	1300	4×10-1	0.5	±5	100
RVSQ-446	400×450×600	1300	4×10-1	0.5	±5	200
RVSQ-558	500×500×800	1300	4×10-1	0.5	±5	300
RVSQ-669	600×600×900	1300	4×10-1	0.5	±5	500
RVSQ-7710	700×700×1000	1300	4×10-1	0.5	±5	800
RVSQ-8812	800×800×1200	1300	4×10-1	0.5	±5	1200
RVSQ-70×11	Φ700×1100	1300	4×10-1	0.5	±5	800

 

Rysunek 3 Proces wyżarzania próżniowego stali H13

 

(2) Proces wyżarzania izotermicznego stali formierskiej H13

Ciśnienie w piecu próżniowym wynosi 0,1~10Pa, powoli wzrasta do 875~890 stopni przy prędkości mniejszej lub równej 200 stopni/h i utrzymuje przez 2~4 godziny, następnie szybko schładza do 710~740 stopni i utrzymuje przez 3 ~ 4 godziny i użyć azotu o wysokiej czystości do ochłodzenia do temperatury poniżej 100 stopni i rozładowania.

 

(3) Proces wyżarzania izotermicznego stali formierskiej Cr12MoV

Ciśnienie w piecu próżniowym wynosi 0,1~10Pa, powoli wzrasta do 830~870 stopni przy prędkości mniejszej lub równej 200 stopni/h i utrzymuje przez 2~4 godziny, następnie szybko schładza do 720~740 stopni i utrzymuje przez 3 ~ 4 godziny i użyj N2 o wysokiej czystości, aby ochłodzić się do temperatury poniżej 100 stopni i rozładować.

 

4. Nawęglanie próżniowe formy

Nawęglanie próżniowe polega na podgrzaniu formy do stanu austenityzowanego w temppiec próżniowy, nawęglić go w atmosferze nawęglającej, a następnie rozproszyć i ugasić. Ponieważ forma jest podgrzewana w stanie próżniowym, powierzchnia formy jest bardzo gładka, co nadaje się do nawęglania form o wysokich wymaganiach dotyczących jakości powierzchni.

 

Przykład: Nawęglanie próżniowe matrycy do wytłaczania korbowodu odbierającego ze stali 65Nb (65Cr4W3Mo2VNb).

 

(1) Medium nawęglające (ułamek objętościowy): 70% CH4 + 30% H2. H2 stosuje się jako gaz rozcieńczający, a CH4 (metan) jako gaz nawęglany. Urządzenie do nawęglania to ogrzewany wewnętrznie mały piec do nawęglania próżniowego. Proces nawęglania próżniowego formy pokazano na rysunku 4.

Żywotność. Po obróbce cieplnej nawęglaniem próżniowym żywotność form ze stali 65Nb jest 2,5 razy dłuższa niż form bez nawęglania i 7,5 razy dłuższa niż form ze stali Cr12MoV (konwencjonalna obróbka cieplna).

Popularne Tagi: proces próżniowej obróbki cieplnej, Chiny producenci, dostawcy, fabryki procesów próżniowej obróbki cieplnej