真空高压气淬最新工艺与设备
作者:高文栋马卫东时间:2007-1-9
正文:
一．前言
真空气淬的基本概念是在真空炉内被加热的工件使用惰性气体快速冷却，得到需要的组织和性能。
为了减小零件的热处理畸变，减少工件油淬的污染【气淬后工件免清洗】，将高压气淬技术替代真空油淬冷却技术一直是欧洲热处理界内研究的主要课题之一，自从20世纪七十年代末开发出了首台0.2MPa的真空气淬炉后，真空高压气淬炉技术飞速发展，到目前为止，1-20巴（bar）压力下的中性或惰性气体中的冷却的高压气淬炉、40bar超高压气淬炉及其真空热处理成套技术已经得到很大的推广，在我国随着科技的发展以及环保、节能的要求，热处理迫切需要清洁生产，真空高压气淬热处理技术使用已成为当前先进热处理生产技术的主要标志之一。
以其无氧化、少畸变、无二次清洗等特征越来越受到我国热处理行业的普遍重视和关注。
二．真空高压气淬技术的优越性
1 .少畸变
金属零件在热处理过程中形状和尺寸变化是不可避免的,过大和不均匀的畸变会增加加工余量或使之报废，对有些经热处理后不再进行磨削加工的零件，畸变会零件失去互换性或增大使用配合间隙，因此对高速钢、高碳高合金模具钢、工模具、淬火直接使用的齿轮类等工件而言，尽量减小畸变是何等重要！热处理工件影响因素较多，除与材料、内应力、加工工序、工件摆放方式、温度、冷速等等有关系外，畸变主要发生在冷却阶段,尤其是在淬火冷却过程工件会产生最大程度的畸变。
均匀的冷却、减小工件表面和心部的温差是减小畸变的基本措施，因此冷却介质和冷却方式的选择至关重要，真空高压气淬技术对上述材料及工件而言恰恰提供了最佳的冷却介质和冷却方式，事实证明：先进的真空高压气淬技术是热处理工件少畸变的有效途径之一。
目前它已成为优质工模具不可或缺和首选的热处理工艺.
2．无氧化无污染
真空加热和高压气淬捆绑技术构成了无氧化、清洁热处理技术，也是当前热处理生产技术先进程度的主要标志之一。
真空热处理和高压气淬不仅可实现钢件的无氧化、无脱碳，气淬后工件表面光亮，无需进行二次清洗。
彻底实现生产的无污染和工件的少畸变，因而它还属于清洁和精密生产技术范畴。
3. 无增碳
大家知道：高速钢和高碳高合金模具钢、工模具经过真空加热油中淬火后，一般在油气膜的瞬间表面会产生增碳现象，由于增碳致使在工具钢的刃部和一些模具的薄壁部分表面出现由合金碳化物构成的高硬度白亮层，这样会对工件带来危害，表现为脆性很大，使用时易崩刃。
另外高速钢的熔点较低，淬火加热的奥氏体化温度接近熔点，在真空中加热时，零件表面得到很大程度的净化，使表层原子保持较高的活性，在真空下的油淬火冷却时，增碳会进一步降低熔点，以致表面局部出现熔化现象，所以高碳高合金工模具钢真空加热后在油中淬火增碳存在致命危害，高压气淬杜绝了这一现象。
4.节能及成本低廉
由于气淬后工件少畸变，工件后续加工量减少或免加工，进而降低成本。
由于气淬后工件光亮无污染，免除二次清洗工序，进而降低成本。
由于气淬介质使用的是中性或惰性气体，对贵重气体加设回收装置，对石油暴涨的今天，进而降低成本。
三．气体种类及导热能力的选择
常用的各种冷却气体是：N2、H2、He和Ar，它们的导热能力有很大差别，H2的冷却能力最强【冷却能力为1】， He次之【冷却能力为0.83】， N2第三【冷却能力为0.67】; Ar最差【冷却能力为0.57】。
H2使用较为危险，He和Ar价格太高【2MPa以上压力以用He居多，每次淬火后必须考虑回收】，N2的冷却能力虽然较差，但其价格最低，且安全，故使用最广。
四．气淬冷却速度是高压气淬炉本身关键技术的绝定因素
1．体导热能力【上述已论】
2．冷却气体的风量。
在设备体积一定时，风量与风速成正比，风量增加冷却速度加大。
风量与炉内风速成正比，因此冷却气体的风量是高压气淬炉性能的一个重要指标。
3．冷却气体的风速。
冷却气体的风量增加固然冷却速度加大，但是合理的炉内结构是降低降低压力损失，提高炉内冷却气体风速，进而提高冷却气体的风量的至关因素。
4．冷却速度虽然随气淬压力的增加而加大，负压（＜1bar＝高流率气冷）＜加压（1bar～5 bar）＜气冷高压（6 bar ～20bar）气冷＜超高压（20 bar以上）。
说明：使用6 bar高压氮气冷却淬火时被冷却的负载只能是松散型的，高速钢（W6Mo5Cr4V2）可淬透至70～100mm，高合金热作模具钢（如 4Cr5MoSiV）可达25～100mm，高合金冷作模具钢（如Cr12）可达80～100mm。
使用10 bar高压氮气冷却淬火时，被冷却负载可以是密集型的，比6bar冷却时负载密度提高约30％～40％。
用20 bar超高压氮气或氦气和氮气的混合气冷却淬火时，被冷却负载是密集的并可捆绑在一起。
其密度较6 bar氮气冷却时提高80％～150％，可冷却所有的高速钢、高合金钢、热作工模具钢及Cr13％的铬钢和较多的合金油淬钢，如较大尺寸的9Mn2V钢。
5．热交换面积，提高使用提高热交换面积及使用新型结构交换器是提高淬火冷却能力关键因素之一。
也是高压气淬炉性能的一个重要指标
6．双室高压气淬炉相对于单室炉在冷却效果提高显著，工件在加热室加热完毕后在转移到冷室进行气体冷却，使需冷却的物料的热容量减少50％，再者冷室体积相对小，就使气体的流速相应加大。
在工件和冷室气体间的悬殊温差也会使冷却能力显著增加。
实践证明双室炉气淬炉可以使炉子的综合冷却能力比单室护提高60％一80 ％。
7．高速气流：采用高速气流喷嘴可以显著提高气淬时的冷却能力，一般高速喷嘴可使气流速度从10m/s直到 200m／s，对于多层密装炉量及全密集装料时使用喷射气流技术，可显著提高淬火烈度，目前欧洲普遍使用的技术之一。
8．通过改变冷却气体的气流方向，进而提高冷却速度是新型结构设计的理念之一。
气淬气流的方向可在上下对吹，使气流垂直通过整装炉料，除提高冷却外还减少变形。
五．新型高压气淬炉设备的先进性
北京易利工业炉制造有限公司在吸收法国技术基础上，在中国实现了国际先进的、不同类型的真空炉设计与制造，真空高压气淬炉是国产化九大类型真空炉之一，此系列炉型在国内乃至国际上都处于领先地位，高压气淬炉体构造涵盖了超前的人文设计理念及先进技术之精髓。
优势与特点如下：
＊特殊紧凑的炉内构造，并配置经优化设计的气淬系统。
＊独特的、可选择的气淬冷却方式（外循环冷却方式；炉内360度喷嘴四周冷却方式；炉内上下垂直方向循环交替冷却方式）。
＊内置与众不同的高效热交换器。
＊气淬压力可达20bar，气流均匀且流量大，冷却速度极高。
＊实现对工件冷却速率进行监测控制。
＊工件变形小，装炉量大。
＊高效、灵活，可实现“在线”生产管理。
人机对话的工艺编程和随机修改及远程诊断
可实现的热处理工艺
高速钢、工模具钢、合金结构钢等材料的高压气淬，真空回火以及磁性材料的退火等。
设备系列组成：
1.卧式单室真空高压气淬炉－SGF系列
主要规格
2．立式底装料真空气淬炉
此系列炉型布置紧凑合理，占地面积小，炉底可升降并水平移动，装料极为方便，特别适用于处理长杆类、圆盘类零件。
炉底升降采用滚动螺旋传动机构，运行平稳，定位准确。
主要规格
3．卧式双室真空高压气淬炉
此系列炉型整体布局合理、美观体是，分体式异型流线的紧凑型双室结构，内部料车采用变频调速，物料传送执行“慢－快－慢”节拍，传送平稳、速度快。
经过优化气冷系统，强制气冷，流量大，气流均匀，冷却速度快，较单室炉而言装炉量更大，效率更高，高效、灵活，可实现“在线”生产管理。
主要规格
六．新型高压气淬炉内部结构
1．炉内360度喷嘴四周冷却方式
2．上下垂直方向循环交替冷却方式
3．立式气淬结构
4．卧式双室真空高压气淬炉
（摘自易利网页）。