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真空热处理加热滞后时间的研究
5 `/ F* Y% s) W* w摘要：简要介绍了真空热处理加热滞后时间的计算方法，为准确、合理地确定真空热处理加热保温时间提供了理论基础。 ) _8 _$ E m1 {) N# L# W$ y2 W8 N
关键词：真空热处理；加热滞后时间
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1 前言 % i1 u! `! q, E
/ i* ]& r2 s! J6 B真空热处理以辐射加热为主，其特点是炉膛升温速度比工件升温速度快得多。一方面由于炉膛的隔热材料大多采用石墨毡和陶瓷纤维，这类材料的热容量小，保温性能好，因此，炉膛的热惯性小，升温速度快。另一方面，由于炉内气体极为稀薄，加热元件对工件的传热方式以辐射传热为主，对流传热作用极其微弱，所以，工件的升温速度很慢。故存在加热滞后时间的问题。真空热处理加热保温时间实际上是由以下两部分组成的，一是工件透烧时间（即温度均匀化时间，也就是我们所讨论的加热滞后时间；，二是组织转变的时间。任何方式的热处理加热保温时间实际上均是由这两部分构成的，只不过由于真空热处理的加热方式很特殊，所以使第一部分（即加热滞后时间）成为比较突出的问题。 0 t; h# Y+ r% O+ ~6 K$ J
5 {; f8 k! s+ B" n0 x5 Y2 影响加热滞后时间的主要因素 # R; F, r' u* I( x9 E9 t5 [
+ \0 Z- z0 s. |8 K9 C9 k6 Y影响工件在真空炉中加热滞后时间的因素有工件的材料、尺寸、形状和表面光亮度，以及加热温度与加热方式、装炉量与装炉方式等。本试验是在WZC-30G真空炉上进行的。 . W5 j/ M0 y3 X0 z/ {
; k% x* k1 l B2.1 加热温度的影响 2 D$ H/ J( d" w m
# b5 D, J; H" L$ r% T( y40CrMnSiMoVA超高强度钢在加热温度分别为920℃、900℃、870℃，试样尺寸为φ50mmX150mm，仅装1件试样，且跟踪热电偶插在试样心部的试验条件下，采用的加热曲线示于图1。由于加热元件的辐射能量与其绝对温度的四次方成正比，因此，温度越高，辐射效率越高，工件的加热滞后时间也就越短，工件的升温速度也就越快。 $ c3 |+ A# F# O0 s I
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http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112622114421677801_chinacnw_com.jpg \. N" `' f/ }" \3 i
2.2 加热方式的影响
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40CrMnSiMoVA超高强度钢在加热温度为920℃，试样尺寸为φ35mmX105mm，分装两层，如图2所示，且上、下两层的4号试样的上部与外表面分别固定一支跟踪热电偶。每层7件，共重10kg的试验条件下，采用不同加热方式获得的加热曲线示于图3-图5。 & K3 Z- S \6 p+ ?( y: \
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. w% w$ L+ {5 J _( P; d+ R3 D无论预热或不预热，试样的升温速率均滞后于炉膛的升温速率；中心试样的升温速率滞后于外部试样的升温速率。采取预热方式，可减少工件截面上的温差以及工件与炉膛之间的温差，在其后的升温过程中，使工件的温度很快接近炉温，有利于减少热应力和变形。 6 I; I% m& k$ L0 h4 B, A
+ {7 U4 [9 i( J0 I9 P4 Z2 ?7 chttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112622114480777803_chinacnw_com.jpg
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根据真空加热的特点，导热性差的不锈钢、高温合金等材料和含碳量高于0.4%的结构钢、工模具钢等，截面厚度变化大或者有尖角及形状复杂的工件，硬度>35HRC的工件，为减少变形与开裂的危险，都应采取预热方式进行加热。加热温度低的，可采取650-700℃预热一次；加热温度高的可采取650-700℃和850-900℃二次预热。预热时间应保证工件有效截面达到加热温度，一般取保温时间的0.5-1倍，或者通过实测来决定。 " G6 v- d' E# K9 v" d/ p2 y) U) K
7 e* w; p- i$ Z& z' |+ ~! r2.3 尺寸的影响
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' I$ q9 j- s. y, l40CrMnSiMoVA钢不同尺寸试样的单件加热曲线（加热温度为920℃）示于图6。图6表明：直径越大，加热滞后时间就越长。因此真空热处理时，不同尺寸或形状的工件不宜混装在一起进行加热。需要混装时，应以有效厚度最大的工件到温为准，确定加热时间。 # O2 c; _& D. q- w
: N/ ~' F+ N% _2 e6 chttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112622114537777806_chinacnw_com.jpg1 V) E/ T) y/ F/ t8 E K. m4 d
比较图3与图6可以看出：装炉量大的加热滞后时间比装炉量少的加热滞后时间长，因此，装炉量应适当，尽量散放，以减少工件加热时的互相屏蔽，使加热更均匀。
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3 加热滞后时间的确定 / H5 H+ F' A1 _6 ~+ M! k9 n
! A" B+ c( x" N由于工件在真空中加热的升温速率比在箱式空气炉中加热慢，比在盐浴炉中加热更慢，因此，不能沿用空气炉或盐浴炉的加热时间做为真空热处理的加热时间。只有在确定加热滞后时间后，再加上常规的组织均匀化时间，才可最终确定真空热处理的加热时间。加热滞后时间的确定办法如下所述。
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3.1 在工件上直接连接跟踪热电偶（实测法） ' O& T8 c4 E" ^' ^ k
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这种办法可以准确地指示工件到温时间，即可准确地测定工件的加热滞后时间。它适用于在室温下装出炉的单室真空炉中进行的真空退火、真空回火和真空正压气淬等工艺。 $ b' W' j T7 G% r# G
6 E2 R! q4 ]& M9 o# O, l, U3.2 实际测定特定条件下的加热时间（模拟法）
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8 A: W9 v: i' J5 I( I8 c9 \+ ]实际测定几种具有代表性的工件厚度、加热温度、装炉量与装炉方式等的加热曲线，测定出相应的加热滞后时间。以后在生产中，根据工件的材料、厚度、加热温度、装炉方式与装炉量等因素来选用条件最相近（就高不就低）的实测加热曲线，确定加热滞后时间。 , f0 ]0 F$ g; g" Q1 e
$ F' Z9 Q/ F' m/ @+ E8 I- G3.3 将空气炉的保温时间延长50%（经验法）
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如果没有实测的加热曲线可供选用，那么，将空气炉的保温时间延长50%，作为对工件的加热滞后时间的补偿。如果工件是在7.5X104以上的充气压强下进行加热，则视同在空气中进行加热，时间不需补偿。
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2 a4 m* p+ R' k! c4 S, e4 结论
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" h6 I% K" F3 F（1）影响工件在真空炉中加热滞后时间的因素主要有加热温度、加热方式、装炉量及装炉方式等。 & {: o9 t; X [: L+ _9 q
（2）真空热处理加热滞后时间的确定，可采用实测法、模拟法和经验法。
C( [" m7 t: ~( P8 B! g- e) p, X5 t（3）只有准确、合理地确定真空热处理加热滞后时间，才能保证真空热处理的工件质量满足相关技术文件的要求，而且可以提高经济效益。 + u' ~8 E7 k4 `- u; L2 R) m! @$ g* c
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参考文献： 8 E4 I7 U3 Y' ?6 {0 @/ A
［1］ 马登捷，韩立民6真空热处理原理与工艺〔%〕6北京：机械工业出版社，1984 3 `- l8 t! b3 J1 }, k
［2］ 李贻锦，郭耕三译6真空热处理〔M〕6北京：机械工业出版社，1975 |
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发表于 2006-12-2 15:47:25