Процес вакуумної термообробки

Що таке вакуумна термообробка?

 

Вакуумна термічна обробка відноситься до процесу, в якому деталі прес-форми поміщаються в обладнання для вакуумної термообробки для нагрівання, ізоляції та охолодження. Це одна з сучасних передових технологій термічної обробки прес-форм. Оскільки вимоги до якості форм стають все вищими і вищими, загальна термічна обробка важко відповідати технічним вимогам. Після вакуумної термічної обробки прес-форми поверхня не буде окислюватися або зневуглецьовуватися, деформація гарту буде невеликою, твердість поверхні буде рівномірною, продуктивність буде покращена, а термін служби форми буде загалом збільшений. , як правило, може зрости більш ніж на 30%. В додаток,вакуумна термообробкаможе зменшити припуск на обробку (шліфування або полірування) на 1/3~1/2, тим самим покращуючи ефективність виробництва та знижуючи витрати на виготовлення прес-форм. Вакуумна термічна обробка особливо підходить для високоточних форм, які потребують стабільних розмірів і продуктивності. Технології вакуумної термічної обробки прес-форм включають: вакуумне гартування, вакуумний відпуск, вакуумне цементування, вакуумне азотування, вакуумну інфільтрацію металу тощо. На малюнку 1 показано обладнання для вакуумної термообробки прес-форми, а на малюнку 2 показано фото форми.

 

Малюнок 1 Обладнання для вакуумної термічної обробки форми

 

Параметри процесу вакуумної термообробки

 

(1) Ступінь вакууму

Ступінь вакууму безпосередньо впливає на шорсткість поверхні форми, тим самим впливаючи на якість поверхні та продуктивність. Щоб запобігти випаровування елементів сплаву на поверхні прес-форми, слід вибрати розумний ступінь вакууму. Відповідне співвідношення між ступенем вакууму та температурою нагріву під час вакуумного нагріву форми з легованої сталі показано в таблиці. 1.

 

Таблиця 1 Відповідність між ступенем вакууму і температурою нагріву

Температура нагріву / град	Менше або дорівнює 900 градусам	1000 ~ 1100 градусів	1100 ~ 1300 градусів
Ступінь вакууму/Па	Більше або дорівнює 0.133	1.33~13.3	1100 ~ 1300 градусів

 

 

(2) Температура попереднього нагріву

Коли температура нагріву вакуумної термообробки становить 1000 ~ 1100 градусів, попередній нагрів виконується при 800 ~ 850 градусах; коли температура нагріву перевищує 1200 градусів, прес-форми простих форм можна попередньо нагріти до 850 градусів, а більші або складні форми можна попередньо нагріти до 850 градусів. Потім попереднє нагрівання слід виконати двічі при 500~600 градусів і 800~850 градусів.

 

(3) Ізоляція

1) Температура нагріву. Температура нагріву для вакуумного гартування зазвичай є нижньою межею печі з соляною ванною та повітряної печі. Температури нагріву для вакуумного гарту, вакуумного відпалу, обробки розчином у вакуумі та старіння у вакуумі, як правило, такі ж, як і для звичайної термічної обробки.

 

Ведення часу. За звичайних умов час вакуумного нагрівання в 6 разів перевищує час нагрівання в соляній ванні та в 2 рази більше, ніж у повітряній печі. Емпірична формула τ=KB + T, де τ — час витримки нагріву (хв), K — коефіцієнт часу витримки (хв/мм), B — ефективна товщина форми (мм) і T - запас часу (або фіксований час) (хв).

сталь	Коефіцієнт часу витримки K/хв·мм-1	запас часу T/хв	Зауваження
Нелегована інструментальна сталь	1.9	5~10	Попередньо нагрійте один раз до 560 градусів
Низьколегована інструментальна сталь	2.0	10~20	Попередньо нагрійте один раз до 560 градусів
Високолегована інструментальна сталь	0.48	20~40	Розігрійте один раз при 560 градусах і один раз при 800 градусах
швидкорізальна сталь	0.33	15~25	Розігрійте один раз при 560 градусах і один раз при 800 градусах

2. Вакуумне гартування форми

 

(1) Попереднє нагрівання

Низьколегована сталь (40Cr, 60Si2Mn тощо) і середньолегована сталь (CrWMn, 9CrSi, 5CrNiMo тощо) можуть бути обрані для двоступеневого нагрівання (наприклад, попередній нагрів 650 градусів → нагрівання гарту на 850 градусів); можна вибрати високолеговану сталь (H13, Cr12MoV тощо). Трирівневий нагрів (наприклад, попередній нагрів 650 градусів → попередній нагрів 850 градусів → нагрівання гарту 1030 градусів).

 

(2) Вибір часу нагрівання та витримки

Час витримки повинен не тільки забезпечити повне розчинення певної кількості карбідів, збільшити вміст сплаву в аустеніті та гарантувати очевидне відновлення твердості під час відпустки при температурі піку вторинного зміцнення, але не повинен викликати перегріву та впливати на якість прес-форми.

 

(3) Метод охолодження

Вакуумне гартування сталевої форми може використовувати гартування в маслі, газі, воді, нітратній солі тощо. Усі леговані сталі можна гартувати у вакуумному маслі для отримання яскравої поверхні та прийнятної продуктивності. Порівняно із загартуванням повітряним охолодженням, висока в’язкість і міцність легко досягаються завдяки швидкій швидкості охолодження масла. Гартування повітряним охолодженням може досягти менших спотворень гарту.

 

Метод охолодження з вакуумним гартуванням слід вибирати відповідно до форми, матеріалу, розміру, технічних вимог тощо форми. Дивіться таблицю 3 для деталей.

 

Таблиця 3 Вибір методів охолодження вакуумного гарту

метод охолодження	Сфера використання
Вакуумне загартування маслом	Підходить для легованої інструментальної сталі, високовуглецевої високохромистої сталі, високошвидкісної інструментальної сталі та іншої прес-форми з використанням спеціального загартування у вакуумному маслі. Загартування у вакуумному маслі особливо підходить для форм, що вимагають високої міцності та в'язкості.
З повітряним охолодженням	Щоб зменшити деформацію прес-форми, скоротити технологічний цикл і досягти чистої термообробки, загартування повітряним охолодженням все частіше використовується в усьому світі. Вимоги до швидкості охолодження: сталь H13 (4Cr5MoSiV1) більше або дорівнює 28 градусам/хв, сталь Cr12MoV більше або дорівнює 17 градусам/хв. 1) 0.2 МПа вакуумне повітряне гартування: тобто вакуумне повітряне гартування при низькому тиску. Максимальний тиск гасіння охолодження N2 становить 0.2 МПа, а чистота N2 перевищує 99,95% (об’ємна частка). Зазвичай використовується для швидкорізальної інструментальної та холодної зброї, які не потребують високої швидкості охолодження. Штампована сталь для гарячої роботи 2) 0.6 МПа загартування газом під високим тиском: його тиск N2 загартування становить 0.6 МПа. Зазвичай він використовується для загартування швидкорізальної інструментальної сталі, високовуглецевої легованої сталі з високим вмістом хрому та деяких легованих інструментальних сталей для виготовлення форм. 3) Загартування газом під надвисоким тиском понад 1 МПа: зазвичай використовується для всієї швидкорізальної сталі, штампової сталі для гарячої обробки, штампової сталі для холодної роботи, сталі Cr13 і деяких загартованих маслом легованих сталей. Також підходить для гасіння великих і середніх форм
Загартування водою у вакуумі	Використовується для гартування та охолодження кольорових металів, жароміцних сплавів, титанових сплавів і вуглецевої сталі та ін.
Нітратне гасіння у вакуумі	Використання нітратної солі для класифікації прес-форм або ізотермічного гартування може зменшити деформацію форми, уникнути розтріскування та запобігти обезуглероженню високоміцної конструкційної сталі. Загальна охолоджувальна здатність статичної ванни з нітратною сіллю еквівалентна охолоджувальній здатності олії. Перемішування може підвищити ефективність соляної ванни. Потужність охолодження, загальна робоча температура контролюється в межах 160~280 градусів

Приклад: надвелика форма для лиття під тиском із сталі H13 (4Cr5MoSiV1) з алюмінієвого сплаву (5 т) гартується за допомогою Super Turbo Ipsenвакуумна пічі температура нагрівання становить 1000 градусів. Після достатньої ізоляції його гасять і охолоджують азотом 1,5 МПа, а охолодження припиняють при 400 градусах. Ізотермічний етап витримки для зменшення деформації форми та запобігання розтріскування.

 

Нарешті, були отримані чудові механічні властивості та мінімальне спотворення під час гарту. Конкретні результати перевірки наведено в таблиці 4.

Таблиця 4 Результати сталевої форми H13 після загартування повітрям у вакуумі

демонструвати	поверхні	серце
Мікроструктура	маленький	Дрібний (у гашеному стані)
Розмір/сорт зерна	10~11	9
Міцність на розрив Rm/MPa	1287	1264
Межа текучості ReL/MPa	1044	1019
Подовження після розриву A (%)	19.5	17.8
Секційна усадка Z (%)	52.8	49.1
Енергія поглинання удару/Дж	262,282,279	221,239,238

(4) Вакуумний гарт

Переваги використання вакуумної печі (такої як однокамерна піч гарту під тиском серії WZH) для гарту: точний і рівномірний контроль температури; відсутність окислення на стадіях нагріву та теплозбереження; його можна повільно охолоджувати за допомогою печі або швидко охолоджувати, надуваючи. Процес охолодження може бути заповнений N2 високої чистоти або сумішшю N2 високої чистоти та інших відновних газів (таких як H2), щоб уникнути окислення або забарвлення під час охолодження.

 

Швидкість нагрівання загартування становить 0,8 хв/мм, а серцевина зберігається в теплі щонайменше 2 години. Температура відпустки залежить від вимог до твердості. Перший і другий відпуск є обов'язковими, а третій відпуск можна не проводити в залежності від технічних вимог і кінцевої твердості.

 

3. Вакуумний відпал прес-форми

Вакуумний відпал прес-форми (модуля) може легко досягти термічної обробки без окислення та зневуглецювання, що є корисним для покращення якості поверхні та ефективності виробництва прес-форми, скорочення технологічного циклу, а поверхня форми може бути яскравою, а мікроструктура однорідною. .

(1) Звичайний процес вакуумного відпалу

На рисунку 3 зображено звичайний процес вакуумного відпалу сталевого модуля H13 (4Cr5MoSiV1). Для відпалу форми використовується вакуумна піч (наприклад, однокамерна вакуумна піч серії WZT, максимальний ступінь вакууму 0.1Па), і модуль повільно нагрівається до 870 градусів зі швидкістю 6{{ 14}} град./год. Час витримки (2~4 години) визначається в залежності від ефективного розміру модуля. Його можна підтримувати на рівні 0,8 хв/мм після нагрівання. Тиск на етапі збереження тепла контролюється на рівні 0,1~10Па. Охолодження печі може здійснюватися в стані вакууму під час охолодження. Коли температура нижча за 500 градусів, 1 × 105 Па N2 високої чистоти або суміш високочистого N2 та інших відновних газів (наприклад, H2) можна заповнити для охолодження, щоб гарантувати, що поверхня модуля не окислюється та не окислюється. - кольорові. Твердість відпаленого модуля становить<235HBW, and the structure is pearlite + uniformly distributed granular carbides.

 

Основні параметри вакуумної гартівної печі високого тиску
Модель	Середній розмір температурної зони	Максимальна температура	Граничний тиск	Швидкість підвищення тиску	Рівномірність температури	Обсяг завантаження
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

 

Рисунок 3 Процес вакуумного відпалу сталі H13

 

(2) Процес ізотермічного відпалу прес-форми H13

Тиск у вакуумній печі становить 0.1~10Па, повільно піднімається до 875~890 градусів при меншій або дорівнює 200 градусам/год і утримується протягом 2~4 годин, потім швидко охолоджується до 710~740 градусів і утримується протягом 3~4 годин і використовуйте азот високої чистоти, щоб охолодити до температури нижче 100 градусів і розрядити.

 

(3) Процес ізотермічного відпалу сталевої форми Cr12MoV

Тиск у вакуумній печі становить 0.1~10Па, повільно піднімається до 830~870 градусів зі швидкістю менше або дорівнює 200 градусам/год і утримується протягом 2~4 годин, потім швидко охолоджується до 720~740 градусів і утримується протягом 3~4 годин і використовуйте N2 високої чистоти, щоб охолодити до температури нижче 100 градусів і розрядити.

 

4. Вакуумне цементування форми

Вакуумне науглерожування полягає в нагріванні прес-форми до аустенітного стану в aвакуумна піч, цементуйте його в атмосфері цементації, а потім дифундуйте та загартовуйте. Оскільки форма нагрівається у вакуумі, поверхня форми є дуже гладкою, що підходить для науглерожування форм із високими вимогами до якості поверхні.

 

Приклад: Вакуумне науглерожування екструзійної головки для шатуна 65Nb (65Cr4W3Mo2VNb) зі сталі.

 

(1) Середовище цементації (об’ємна частка): 70% CH4 + 30% H2. H2 використовується як газ-розріджувач, а CH4 (метан) використовується як газ для цементації. Обладнання для цементації — це невелика вакуумна піч для цементації з внутрішнім нагріванням. Процес вакуумного цементування прес-форми показано на малюнку 4.

Термін служби. Після термічної обробки вакуумним цементуванням термін служби сталевих форм 65Nb у 2,5 рази довший, ніж у форм без науглерожування, і в 7,5 разів довший, ніж у сталевих форм Cr12MoV (звичайна термічна обробка).

Популярні Мітки: процес вакуумної термообробки, виробники, постачальники, фабрика процесу вакуумної термообробки в Китаї