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真空热处理炉加热滞后时间的研究

作者:蔡东俊 人气:19140 日期:2020-06-06 14:27:58

 

真空热处理炉加热滞后时间的研究
关键字:真空热处理   
1 前言 
    真空热处理以辐射加热为主,其特点是真空炉膛升温速度比工件升温速度快得多。一方面由于真空炉膛的隔热材料大多采用石墨软毡、石墨硬毡、陶瓷纤维和金属钼屏带,这类保温材料的热容量小,保温性能好,聚丙烯腈基石墨毡比黏胶基石墨毡强力大、抗氧化能力强,但柔性差、体积密度大、保温性能好。它们除了具备块状石墨的纯度高、耐高温、耐腐蚀、不熔融等特性外,还有有弹性、可任意折叠、剪裁和可用石墨纱缝合等优点。石墨毡主要用途是作为单晶硅冶炼炉的保温材料。在化学工业中可作为高纯度腐蚀性化学试剂的过滤材料。石墨毡在非氧化气氛条件下,使用温度可达3000℃左右。

石墨毡理化性能:
聚丙烯氰基石墨毡 黏基胶石墨毡
体积密度(g/cm?) 0.1~0.15  0.05~0.15
面密度(g/cm?) 600~1200  300~600
含碳量(%) ≥99 ≥99
灰分(%)  0.05~0.1 0.5~0.6
强度(N⊥)  60~70  5~10
(试样50×200 ∥)  150~200  10~20 
热导率(W/m.k) 0.06(34.6℃) ​
聚丙烯氰基石墨毡 黏基胶石墨毡
体积密度(g/cm?) 0.1~0.15 0.05~0.15
面密度(g/cm?) 600~1200 300~600
含碳量(%) ≥99 ≥99
灰分(%) 0.05~0.1 0.5~0.6
强度(N⊥) 60~70 5~10
(试样50×200 ∥) 150~200 10~20
热导率(W/m.k) 0.06(34.6℃)

  因此,真空炉膛的热惯性小,升温速度快。另一方面,由于真空炉内气体极为稀薄,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。 
2 影响加热滞后时间的主要因素 
    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。本试验是在真空炉上进行的。 
    2.1 加热温度的影响 
    40CrMnSiMoVA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,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。
    2.2 加热方式的影响 
    40CrMnSiMoVA超高强度钢在加热温度为920℃,试样尺寸为φ35mmX105mm,分装两层,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。 
    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。 
    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。 
    2.3 尺寸的影响 
    40CrMnSiMoVA钢不同尺寸试样的单件加热曲线(加热温度为920℃)。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。 
    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。 
3 加热滞后时间的确定 
    由于工件在真空炉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。 
    3.1 在工件上直接连接跟踪热电偶(实测法) 
    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钎焊、退火、真空回火和真空正压气淬等工艺。 
    3.2 实际测定特定条件下的加热时间(模拟法) 
    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。 
    3.3 将空气炉的保温时间延长50%(经验法) 
    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。 

   3.4采用真空炉、真空钎焊炉和热处理炉炉温跟踪仪、温度测试仪 炉窑黑匣子 炉温跟踪仪)具有测点多、精度高、软件好,彻底去除拖偶测温的烦恼! 
    真空炉炉炉温测试仪用于热处理炉过程的温度监测、焊接工艺调整和改进。炉温测试仪具有可靠性高、采样周期可选、仪器内部温度显示、温度曲线显示图可以任意拉动、测试报告格式美观漂亮、性能价格比极高等特点,是替代进口的首选产品。适合于板坯加热、管坯加热、方坯加热、钢锭加热、钢管热处理、车轮热处理、铝合金轮毂热处理、铜管热处理、真空钎焊、齿轮热处理、模具热处理、弹簧热处理、玻璃真空焊接等。

4 结论 
    (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。 
    (2)真空热处理加热滞后时间的确定,可采用实测法、模拟法、黑匣子法和经验法。 
    (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。
   
 
 

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