第七章真空热处理设备2017.ppt

第七章第七章 真空热处理设备真空热处理设备 南京工程学院材料教研室（2 2学时）学时）第一节第一节 真空热处理特点真空热处理特点 P105u真空热处理特点：真空热处理特点：优点：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，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；通常可不加工；2)热处理变形小；热处理变形小；3)对工件有脱脂、脱气作用。对工件有脱脂、脱气作用。缺点：缺点：1)工件加热速度慢工件加热速度慢(仅靠辐射传热)；2)加热均匀性较差加热均匀性较差(仅靠辐射传热)；3)真空下金属元素易蒸发；真空下金属元素易蒸发；4）设备一次性投资大。设备一次性投资大。u基本概念基本概念真空真空：低于一个大气压的空间。：低于一个大气压的空间。真空度真空度：真空状态下气体稀薄程度。：真空状态下气体稀薄程度。真空热处理炉的真空度大多在真空热处理炉的真空度大多在103-10-4Pa范围，真空度在范围，真空度在105-102Pa范围称为范围称为低真空低真空，在，在102-10-1Pa范围称为范围称为中真空中真空，在，在10-1-10-5Pa范围称为范围称为高真空，高真空，低于低于10-5称为称为超高真空超高真空。第二节第二节 真空系统真空系统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)101102Pa；B)102103Pa；C)10-210-3Pa；D)10310-5Pau真空系统构成真空系统构成真空系统真空系统:真空容器、真空泵、真空容器、真空泵、真空伐、连接件及真空测量仪真空伐、连接件及真空测量仪表等。表等。真空泵真空泵：旋片油封式机械泵：旋片油封式机械泵(简称旋片泵简称旋片泵)、滑伐油封式机、滑伐油封式机械泵械泵(简称滑伐泵简称滑伐泵)、油增压泵、油增压泵、油扩散泵等。油扩散泵等。油扩散泵与其它泵组成真空油扩散泵与其它泵组成真空机组才可获得高真空度。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。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。)第三节第三节 外热式真空热处理炉外热式真空热处理炉u定义定义：工件在真空罐内，加热元件和耐火材料等在真空罐外的真：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。空热处理炉。u应用应用：适用于合金退火、真空除气和真空渗金属等。：适用于合金退火、真空除气和真空渗金属等。u特点特点：优点优点：1)结构简单，制造容易，造价低，操作维护方便；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；密封容易，抽气量小，易达到要求真空度；3)不存在真空放电问不存在真空放电问题题(因为电热元件在罐外)；4)工件加热质量高，生产安全可靠。工件加热质量高，生产安全可靠。缺点缺点：1)热惰性大，加热速度慢，生产周期长；热惰性大，加热速度慢，生产周期长2)受炉罐高温强度受炉罐高温强度限制，炉子尺寸小，最高使用温度限制，炉子尺寸小，最高使用温度1100；3)合金钢或耐热钢炉合金钢或耐热钢炉罐价格昂贵，不易加工。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？第四节第四节 内热式真空热处理炉内热式真空热处理炉u定义定义：工件及加热装置等均在真空容器内的真空热处理炉。：工件及加热装置等均在真空容器内的真空热处理炉。u特点特点：优点优点：1)没有炉罐没有炉罐(电热元件和工件均在真空容器内)；2)可制造大型高可制造大型高温真空炉温真空炉(因不存在炉罐高温强度限制问题)；3)加热和冷却速度快，生产加热和冷却速度快，生产效率高。效率高。缺点缺点：1)炉内结构复杂，电器绝缘性要求高；炉内结构复杂，电器绝缘性要求高；2)炉内容积大，各炉内容积大，各种构件表面吸附大量气体，需配备大功率抽气系统；种构件表面吸附大量气体，需配备大功率抽气系统；3)考虑真空放考虑真空放电和电器绝缘性，需配备低压大电流供电系统。电和电器绝缘性，需配备低压大电流供电系统。u分类分类 按外形和结构分立式、卧式、单室、双室和三室等；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按冷却方式分自冷、负压气冷、负压油冷和加压气冷(2105Pa)、高、高压气冷压气冷(5105Pa)及超高压气冷及超高压气冷(20105Pa)等；等；按热处理工艺分为淬火炉和回火炉等。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？u真空气体淬火炉操作流程真空气体淬火炉操作流程u负压油冷真空热处理炉操作流程：负压油冷真空热处理炉操作流程：第五节第五节 真空热处理电热元件材料真空热处理电热元件材料 u镍铬及铁铬铝合金镍铬及铁铬铝合金:1000以下以下、真空度不超过、真空度不超过1.3310-1-1.3310-2Pa范围范围的真空炉。的真空炉。u钼、钨、钽纯金属钼、钨、钽纯金属:使用温度受合金挥发限制，长期加热会使晶粒使用温度受合金挥发限制，长期加热会使晶粒粗化而变脆。粗化而变脆。u石墨电热元件石墨电热元件:热膨胀系数小，耐热冲击性能好，高温机械性能好，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。易于加工，价格便宜。u炉衬材料炉衬材料：外热式外热式真空炉炉衬与箱式电阻炉一样；真空炉炉衬与箱式电阻炉一样；内热式内热式真空炉炉衬采用隔热屏或保温炉衬，真空炉炉衬采用隔热屏或保温炉衬，1100以下隔热屏材以下隔热屏材料常用不锈钢板，料常用不锈钢板，1100以上采用高熔点金属、石墨或陶瓷等。隔以上采用高熔点金属、石墨或陶瓷等。隔热屏一般热屏一般5-6层，金属屏厚度层，金属屏厚度0.3-1mm，石墨屏厚，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第六节 离子氮化炉离子氮化炉u组成组成：炉体、真空系统、供气系统、测温系统和控制系统等。：炉体、真空系统、供气系统、测温系统和控制系统等。u工作原理工作原理：工件工件在炉内作在炉内作阴极阴极，炉体炉体作作阳极阳极，抽真空到，抽真空到13.31.33Pa后，通入少量氨、氮或氮氩混合气体，使炉内压强达到后，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，然后在两极间施加一定电压两极间施加一定电压使氮电离，氮电离后以高速冲使氮电离，氮电离后以高速冲击工件击工件(离子轰击)，离子，离子动能转化为热能动能转化为热能加热工件至渗氮温度，轰击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很高的蒸发态FeN，并不断向工件内部扩散，达到渗氮目的。，并不断向工件内部扩散，达到渗氮目的。u辉光放电伏安曲线（补充）辉光放电伏安曲线（补充）OD段段阴阳极间只有微弱电流阴阳极间只有微弱电流(微安级微安级)，电压增大到电压增大到D点时点时，气体由绝缘体变成，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，这种现象叫起辉起辉，D点电压称为点电压称为起辉电压起辉电压(观察窗可看到局部辉光)。起辉后，极间电压和电流呈非线。起辉后，极间电压和电流呈非线性关系性关系(不服从欧姆定律)，极间电压下降到极间电压下降到E点点此时增加电源电压或减少限流，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，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称为正常辉光放电区，辉光，辉光覆盖面积随电流增大而增加，覆盖面积随电流增大而增加，达到达到F点时点时，辉光覆盖全部阴极表面。达到，辉光覆盖全部阴极表面。达到F点后，点后，继续增大电流，两极间电压开始增大，一直到继续增大电流，两极间电压开始增大，一直到G点，点，FG段称为异常辉光放电区段称为异常辉光放电区，离子氮化在该区进行离子氮化在该区进行。当极间电压超过。当极间电压超过G点后，电流急剧增大，电压急速降到几点后，电流急剧增大，电压急速降到几十伏，辉光放电产生质变十伏，辉光放电产生质变即过渡到强烈的即过渡到强烈的弧光放电区弧光放电区，弧光放电会损坏工件，弧光放电会损坏工件，应立即灭弧。应立即灭弧。