真空熱處理的應(yīng)用

南京科潤工業(yè)介質(zhì)股份有限公司 王錫樵，孫清汝，候奎，鄒磊，龔海華

真空淬火的優(yōu)勢(shì)

真空熱處理技術(shù)在國外應(yīng)用較早，美國的海斯公司和日本真空研究所在19 68年先后研制出真空淬火油和水劑淬火介質(zhì)，從而真空淬火技術(shù)在熱處理行業(yè)得到迅速發(fā)展，從單室爐發(fā)展到了多組合機(jī)群，從一般的真空淬火發(fā)展到高壓氣淬、真空水劑淬火、真空滲碳、真空碳氮共滲及多元共滲等。經(jīng)過幾十年的努力，國內(nèi)真空爐制造廠商在設(shè)計(jì)、制造水平和質(zhì)量上得到了很大的提高，用國產(chǎn)真空設(shè)備替代從國外進(jìn)口的真空設(shè)備逐漸增多，從而降低了使用單位的生產(chǎn)成本，使真空熱處理的應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大。目前已經(jīng)在各種工模具鋼、不銹鋼、軸承鋼、碳鋼、硬質(zhì)合金、合金鋼及高合金鋼等重要零件的真空熱處理和真空化學(xué)熱處理上得到了較好的應(yīng)用，因?yàn)檎婵諢崽幚砭哂泻芏鄡?yōu)點(diǎn)：

（1）可以實(shí)現(xiàn)光亮淬火 工件在低于大氣壓力下加熱，不接觸空氣，表面不會(huì)發(fā)生氧化，當(dāng)爐內(nèi)的真空度抽到1～10-1Pa時(shí)，工件表面達(dá)到了不脫碳、不滲碳的目的，從而實(shí)現(xiàn)了光亮淬火的目的。1983年衡陽紡機(jī)廠從首都機(jī)械廠（現(xiàn)在的神箭）購買了一臺(tái)雙室真空淬火爐，用于GCr15軸承鋼做的紡機(jī)零件錠底的光亮淬火，該錠底的技術(shù)要求非常高，其錠底的內(nèi)部頂尖處，冷沖壓R后不再進(jìn)行任何機(jī)加工，淬火后表面不允許有任何脫碳等缺陷。以前用含氯化鈉鹽浴加熱，后改變用50%Na Cl＋50%Na2CO3的中溫鹽加熱，淬火冷卻介質(zhì)是用20%Na OH水溶液，其操作條件較差。用真空爐淬火后質(zhì)量得到了很好的保證和提高，操作條件得到了極大的改進(jìn)。用Cr12Mo V鋼制造的針織機(jī)上的三角經(jīng)真空淬火后產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定又耐磨，提高了產(chǎn)品的壽命。從此在紡機(jī)行業(yè)中，根據(jù)產(chǎn)品的規(guī)格要求，有關(guān)企業(yè)分別購買了各種規(guī)格的國產(chǎn)真空爐，椐不完全統(tǒng)計(jì)，約30余臺(tái)國產(chǎn)真空爐在使用。

另外，在精密的小微型（軸承內(nèi)徑﹤9mm）軸承上應(yīng)用也較多，如浙江慈溪的慈興、上海微型、上海中隆、上海鳴志等軸承廠對(duì)采用不銹鋼和軸承鋼等材質(zhì)制作的軸承套圈進(jìn)行真空淬火后的質(zhì)量非常好，因?yàn)樘兹?jīng)真空淬火后表面沒有脫碳、滲碳現(xiàn)象，套圈的材質(zhì)又可以進(jìn)行脫氣，其雜質(zhì)可以降低到1.5p pm以下，使硬度分布均勻，畸變極小，從而提高了軸承的耐磨性，并具有高的彈性極限和接觸疲勞強(qiáng)度，延長了軸承的使用壽命，提高了市場競爭力。

（2）具有脫氣作用 在真空度低于金屬或合金的相應(yīng)分解壓力時(shí)，其氧化物會(huì)發(fā)生分解，形成游離氧并立即被排出真空室外，使工件內(nèi)部的質(zhì)量得到提高。由于鋼鐵零件的坯料在冶煉時(shí)會(huì)吸入大氣中極少量的氫氣、氮?dú)?、一氧化碳等氣體，從而產(chǎn)生微小氣孔，易造成氫脆等缺陷，硬質(zhì)合金。在壓制時(shí)也會(huì)有空氣進(jìn)入，所以對(duì)于工模具鋼來說，通過真空技術(shù)可以將工件內(nèi)部的殘余氣體抽掉，使組織得到純凈。對(duì)于硬質(zhì)合金來說，通過真空處理同樣可以將工件內(nèi)部的殘余氣體抽掉。如湖南某硬質(zhì)合金廠用于鉆礦機(jī)械上的鑿巖工具的硬質(zhì)合金柱（片）的固溶處理，從199 2年開始在衡陽紡機(jī)進(jìn)行真空熱處理，十幾年前該公司自己購買了北京機(jī)電所的真空爐，專門做真空固溶處理等相關(guān)的真空熱處理，經(jīng)真空固溶處理后的硬質(zhì)合金在服役時(shí)可以不易碎裂，從而提高了耐磨性和耐沖擊性，延長了使用壽命，在硬質(zhì)合金行業(yè)得到了推廣。由于真空技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)于Cr12MoV、Cr12、Cr4W2MoV、6Cr4W3Mo2VNb(65Nb)、9CrSi、7CrMo3V2Si(LD)、W6Mo5Cr4V2等冷作模具鋼和需要承受較大負(fù)荷及強(qiáng)韌性的3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1、5Cr4W5Mo2V等的熱作模具鋼而言，用其制作的拉伸模、擠壓模、熱碾模等，因?yàn)樵谡婵諣t內(nèi)加熱時(shí)具有脫氣作用，真空淬火后其強(qiáng)度和耐磨性能得到很大的提高，模具的使用壽命一般可以提高30%～120%，個(gè)別的使用壽命還會(huì)更高。對(duì)于W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V1、W18Cr4VCo5、W4Mo3Cr4Vsi、W2Mo8Cr4Co8（M42）等高速鋼刀具用真空淬火不但可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，更主要的可取代高耗能的高溫鹽浴淬火生產(chǎn)線，從而節(jié)約大量的能源，減少環(huán)境污染，改善操作條件。真空爐在中小型企業(yè)及專業(yè)工模具工廠使用得比較普遍，特別是私營企業(yè)在刀具、工模具及電動(dòng)工具等工件的淬火上采用真空爐的比率也在逐漸增多。

（3）可以減少熱處理后的機(jī)加工余量 真空熱處理因?yàn)闆]有氧化脫碳現(xiàn)象，畸變很少且清潔光亮，所以廣泛用于GCr 15、W6Mo5Cr 4V2、27Si Mn Mo VA油泵油嘴偶件的真空淬火和真空滲碳，這樣可以避免用鹽浴爐造成偶件內(nèi)孔有時(shí)因殘鹽清冼不干凈或用保護(hù)氣氛造成表面出現(xiàn)黑色組織（脫碳）現(xiàn)象，對(duì)于27Si Mn Mo VA滲碳鋼的針閥體來說，要求的0.5～0.9mm滲碳層用真空滲碳能得到保證，而用可控氣氛爐滲碳較難得到保證。對(duì)于柱塞泵等精密液壓件來說，用真空淬火可以減少畸變，提高耐磨性，確保工件質(zhì)量穩(wěn)定。油泵油嘴偶件及柱塞泵液壓件應(yīng)用真空技術(shù)淬火已經(jīng)幾十年了，在提高產(chǎn)品質(zhì)量上得到了廣泛的認(rèn)可。

（4）清潔工藝 真空熱處理是清潔熱處理工藝，它在整個(gè)熱處理過程中占有重要地位，可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，改變熱處理車間的面貌，改善操作環(huán)境，是一個(gè)值得推廣應(yīng)用的技術(shù)。

（5）真空滲碳的優(yōu)勢(shì) 真空滲碳比可控氣氛爐滲碳的產(chǎn)品質(zhì)量好，對(duì)于要控制淬火變形的齒輪滲碳，在用可控氣氛爐滲碳后需要用淬火壓床進(jìn)行邊淬火邊矯正，其質(zhì)量有時(shí)還達(dá)不到技術(shù)要求，況且滲碳層的滲層和碳濃度分布均勻性較難得到保證，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)內(nèi)氧化現(xiàn)象，造成非馬氏體黑色組織的出現(xiàn)，生產(chǎn)率有時(shí)也會(huì)受到影響，所以對(duì)于質(zhì)量要求較高的摩托車、汽車減速器、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)等部件內(nèi)的中小型齒輪及齒輪軸等工件的滲碳，在有條件的企業(yè)中已經(jīng)逐漸從可控氣氛滲碳向真空滲碳過渡。對(duì)于質(zhì)量要求更高的齒輪及齒輪軸等工件的滲碳，可用低壓真空滲碳與高壓氣淬技術(shù)，它在國內(nèi)已逐漸得到應(yīng)用，如上海汽車減速器有限公司、浙江雙環(huán)傳動(dòng)機(jī)械有限公司等應(yīng)用法國ECM的技術(shù)已經(jīng)具有比較成熟的經(jīng)驗(yàn)。擁有該技術(shù)的國產(chǎn)設(shè)備也已投放市場多年了。

真空淬火介質(zhì)

真空淬火的輔料有裝料架（筐）及裝料盤、氮?dú)夂痛慊鹄鋮s介質(zhì)。其中裝料架（筐）及裝料盤需要用40Cr25Ni20等耐熱鋼材料制作，氮?dú)饨ㄗh用含量＞99.995%的液氮較好，因?yàn)橛靡旱鼙ＷC氮?dú)獾募兌?，操作維護(hù)較方便。淬火冷卻介質(zhì)需要用專門的真空淬火油，它適合低于大氣壓條件下使用，其餾程短，飽和蒸氣壓低，抗氧化能力強(qiáng)，不易揮發(fā)，易抽真空，光亮性好，易清洗，油的帶耗少，熱氧化安定性好，冷卻性能穩(wěn)定，以及使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，因此淬火后的工件硬度均勻性好，畸變少且清潔光亮?？茲櫣緭碛泻艹墒斓慕?jīng)驗(yàn)及友好的售后服務(wù)，可以根據(jù)工件的規(guī)格不同，做到量身定制，提供冷卻速度不同的快、中、慢三種真空淬火油。

行業(yè)使用情況

目前使用國內(nèi)外真空設(shè)備的數(shù)量，椐不完全統(tǒng)計(jì)有2000余臺(tái)套，其中分別在工模具、軸承、油泵油嘴、液壓件、齒輪、硬質(zhì)合金等行業(yè)使用。