Процесс вакуумной термообработки

Что такое вакуумная термообработка?

 

Вакуумная термообработка — это процесс, при котором детали пресс-формы помещаются в оборудование для вакуумной термообработки для нагрева, изоляции и охлаждения. Это одна из современных передовых технологий термообработки пресс-форм. Поскольку требования к качеству форм становятся все выше и выше, общей термообработке становится все труднее соответствовать техническим требованиям. После вакуумной термообработки формы поверхность не будет окисляться или обезуглероживаться, деформация при закалке будет небольшой, твердость поверхности будет однородной, производительность улучшится, а срок службы формы в целом увеличится. , как правило, может увеличиться более чем на 30%. Кроме того,вакуумная термообработкаможет уменьшить припуск на механическую обработку (шлифовку или полировку) на 1/3 ~ 1/2, тем самым повышая эффективность производства и снижая затраты на изготовление пресс-форм. Вакуумная термообработка особенно подходит для высокоточных форм, требующих стабильных размеров и производительности. Технологии вакуумной термообработки пресс-форм включают в себя: вакуумную закалку, вакуумную закалку, вакуумную цементацию, вакуумное азотирование, вакуумную инфильтрацию металла и т. д. На рисунке 1 показано оборудование для вакуумной термообработки пресс-формы, а на рисунке 2 показано фото пресс-формы.

 

Рисунок 1. Оборудование для вакуумной термообработки пресс-форм.

 

Параметры процесса вакуумной термообработки

 

(1) Степень вакуума

Степень вакуума напрямую влияет на шероховатость поверхности формы, тем самым влияя на качество поверхности и производительность. Чтобы предотвратить испарение легирующих элементов на поверхности формы, следует выбрать разумную степень вакуума. Соответствующая зависимость между степенью вакуума и температурой нагрева при вакуумном нагреве формы из легированной стали представлена ​​в таблице. 1.

 

Таблица 1. Соответствие степени вакуума температуре нагрева

Температура нагрева/градус	Меньше или равно 900 градусов	1000~1100 градусов	1100~1300 градусов
Степень вакуума/Па	Больше или равно 0.133	1.33~13.3	1100~1300 градусов

 

 

(2) Температура предварительного нагрева

Когда температура вакуумной термообработки составляет 1000–1100 градусов, предварительный нагрев осуществляется при температуре 800–850 градусов; Когда температура нагрева превышает 1200 градусов, формы простой формы могут быть предварительно нагреты до 850 градусов, а более крупные или сложные формы могут быть предварительно нагреты до 850 градусов. Затем предварительный нагрев следует провести дважды при температуре 500–600 градусов и 800–850 градусов.

 

(3) Изоляция

1) Температура нагрева. Температура нагрева для вакуумной закалки обычно является нижним пределом печи с соляной ванной и воздушной печи. Температуры нагрева для вакуумной закалки, вакуумного отжига, обработки вакуумным раствором и вакуумного старения обычно такие же, как и для обычной термообработки.

 

Сохранение времени. В нормальных условиях время вакуумного нагрева в 6 раз больше, чем в печи с соляной ванной, и в 2 раза больше, чем в воздушной печи. Эмпирическая формула: τ=KB + T, где τ — время выдержки при нагреве (мин), K — коэффициент времени выдержки (мин/мм), B — эффективная толщина формы (мм), и T — временной запас (или фиксированное время) (мин).

Сталь	Коэффициент времени выдержки K/мин·мм-1	запас времени T/мин	Примечание
Нелегированная инструментальная сталь	1.9	5~10	Разогрейте один раз при температуре 560 градусов.
Низколегированная инструментальная сталь	2.0	10~20	Разогрейте один раз при температуре 560 градусов.
Высоколегированная инструментальная сталь	0.48	20~40	Разогрейте один раз при 560 градусах и один раз при 800 градусах.
быстрорежущей стали	0.33	15~25	Разогрейте один раз при 560 градусах и один раз при 800 градусах.

2. Вакуумная закалка формы

 

(1) Предварительный нагрев

Низколегированная сталь (40Cr, 60Si2Mn и т. д.) и среднелегированная сталь (CrWMn, 9CrSi, 5CrNiMo и т. д.) могут быть выбраны для двухступенчатого нагрева (например, предварительный нагрев 650 градусов → закалочный нагрев 850 градусов); Можно выбрать высоколегированную сталь (H13, Cr12MoV и т. д.). Трехуровневый нагрев (например, предварительный нагрев 650 градусов → предварительный нагрев 850 градусов → закалочный нагрев 1030 градусов).

 

(2) Выбор времени нагрева и выдержки

Время выдержки должно не только обеспечивать полное растворение определенного количества карбидов, увеличивать содержание сплава в аустените и обеспечивать гарантию очевидного восстановления твердости при отпуске при пиковой температуре вторичной закалки, но и не должно вызывать перегрева и влиять на качество пресс-формы.

 

(3) Метод охлаждения

Для вакуумной закалки литейной стали можно использовать закалку в масле, газе, воде, закалку нитратной солью и т. д. Все легированные стали для пресс-форм могут подвергаться закалке в вакуумном масле для получения блестящей поверхности и приемлемых характеристик. По сравнению с закалкой с воздушным охлаждением, благодаря высокой скорости охлаждения масла легко достигается высокая ударная вязкость и прочность. Закалка с воздушным охлаждением позволяет добиться меньших искажений при закалке.

 

Метод охлаждения вакуумной закалкой следует выбирать в зависимости от формы, материала, размера, технических требований и т. д. формы. Подробную информацию см. в Таблице 3.

 

Таблица 3. Выбор методов охлаждения при вакуумной закалке

метод охлаждения	Область использования
Вакуумная закалка маслом	Подходит для легированной инструментальной стали, высокоуглеродистой легированной стали с высоким содержанием хрома, быстрорежущей инструментальной стали и другой пресс-стали с использованием специальной вакуумной закалки в масле. Вакуумная закалка маслом особенно подходит для форм, требующих высокой прочности и ударной вязкости.
с воздушным охлаждением	Чтобы уменьшить деформацию пресс-формы, сократить технологический цикл и добиться экологически чистой термообработки, во всем мире все чаще используется закалка с воздушным охлаждением. Требования к скорости охлаждения: сталь H13 (4Cr5MoSiV1) больше или равна 28 град/мин, сталь Cr12MoV больше или равна 17 град/мин. 1) 0.2МПа закалка воздухом в вакууме: то есть закалка воздухом в вакууме низкого давления. Максимальное давление охлаждения при закалке N2 составляет 0,2 МПа, а чистота N2 превышает 99,95% (объемная доля). Обычно он используется для быстрорежущей инструментальной стали и холодной стали, не требующей высокой скорости охлаждения. Штамповочная сталь для горячей обработки 2) 0.6МПа закалка газом высокого давления: давление закалки N2 составляет 0.6МПа. Обычно он используется для закалки быстрорежущей инструментальной стали, высокоуглеродистой стали с высоким содержанием хрома и некоторых легированных инструментальных сталей для изготовления форм. 3) Закалка газом сверхвысокого давления выше 1 МПа: обычно используется для всех быстрорежущих сталей, стали для штампов для горячей обработки, стали для штампов для холодной обработки, стали Cr13 и некоторых легированных сталей, закаленных в масле. Также подходит для закалки форм большого и среднего размера.
Вакуумная закалка водой	Применяется для закалки и охлаждения цветных металлов, жаропрочных сплавов, титановых сплавов, углеродистых сталей и т. д.
Вакуумная нитратная закалка	Использование нитратной соли для классификации форм или изотермической закалки может уменьшить деформацию формы, избежать растрескивания и предотвратить обезуглероживание высокопрочной конструкционной стали. Общая охлаждающая способность статической ванны с нитратной солью эквивалентна охлаждающей способности масла. Перемешивание может повысить эффективность соляной ванны. Охлаждающая способность, общая рабочая температура контролируется в диапазоне 160 ~ 280 градусов.

Пример: Сверхбольшая форма для литья под давлением из алюминиевого сплава из стали H13 (4Cr5MoSiV1) (5t) закалена с использованием Super Turbo от Ipsen.вакуумная печьИ температура нагрева составляет 1000 градусов. После достаточной изоляции его закаливают и охлаждают азотом под давлением 1,5 МПа, а охлаждение прекращают при температуре 400 градусов. Стадия изотермической выдержки для уменьшения деформации формы и предотвращения растрескивания.

 

Наконец, были получены превосходные механические свойства и минимальная деформация при закалке. Конкретные результаты проверки представлены в Таблице 4.

Таблица 4. Результаты пресс-формы из стали H13 после закалки на воздухе в вакууме

проект	поверхность	Сердце
Микроструктура	маленький	Мелкий (в закаленном состоянии)
Размер зерна/сорт	10~11	9
Предел прочности Rm/МПа	1287	1264
Предел текучести ReL/МПа	1044	1019
Удлинение после разрыва А (%)	19.5	17.8
Секционная усадка Z (%)	52.8	49.1
Энергия поглощения удара/Дж	262,282,279	221,239,238

(4) Вакуумная закалка

Преимущества использования вакуумной печи (например, однокамерной закалочной печи с положительным давлением серии WZH) для отпуска: точный и равномерный контроль температуры; обеспечение отсутствия окисления на этапах нагрева и сохранения тепла; его можно медленно охлаждать с помощью печи или быстро охлаждать, надувая. В процессе охлаждения можно использовать N2 высокой чистоты или смесь N2 высокой чистоты и других газов-восстановителей (например, H2), чтобы исключить окисление или окрашивание во время охлаждения.

 

Скорость нагрева при отпуске составляет 0,8 мин/мм, а сердечник сохраняется в тепле не менее 2 часов. Температура отпуска зависит от требований к твердости. Первый и второй отпуск являются обязательными, а третий отпуск может отсутствовать в зависимости от технических требований и конечной твердости.

 

3. Вакуумный отжиг формы.

Вакуумный отжиг формы (модуля) позволяет легко добиться термообработки без окисления и обезуглероживания, что полезно для улучшения качества поверхности и эффективности производства формы, сокращения технологического цикла, а поверхность формы может быть яркой, а микроструктура - однородной. .

(1) Обычный процесс вакуумного отжига

На рисунке 3 показан обычный процесс вакуумного отжига стального модуля H13 (4Cr5MoSiV1). Для отжига в форме используется вакуумная печь (например, однокамерная вакуумная печь серии WZT, предельная степень вакуума 0.1Па), а модуль медленно нагревается до 870 градусов со скоростью 6{{ 14}} градус/ч. Время выдержки (2~4 часа) определяется в зависимости от эффективного размера модуля. После прогрева ее можно поддерживать на уровне 0,8 мин/мм. Давление на этапе сохранения тепла контролируется на уровне 0,1–10 Па. Охлаждение печи может осуществляться в состоянии вакуума во время охлаждения. Когда температура ниже 500 градусов, для охлаждения можно заполнить 1 × 105 Па азота высокой чистоты или смесь азота высокой чистоты и других восстановительных газов (например, H2), чтобы гарантировать, что поверхность модуля неокислена и не -цветной. Твердость отожженного модуля составляет<235HBW, and the structure is pearlite + uniformly distributed granular carbides.

 

Основные параметры вакуумной печи газовой закалки высокого давления
Модель	Размер средней температурной зоны	Максимальная температура	Предельное давление	Скорость повышения давления	Равномерность температуры	Загрузочный объем
РВСК-224	250×250×400	1300	4×10-1	0.5	±5	50
РВСК-335	300×300×500	1300	4×10-1	0.5	±5	100
РВСК-446	400×450×600	1300	4×10-1	0.5	±5	200
РВСК-558	500×500×800	1300	4×10-1	0.5	±5	300
РВСК-669	600×600×900	1300	4×10-1	0.5	±5	500
РВСК-7710	700×700×1000	1300	4×10-1	0.5	±5	800
РВСК-8812	800×800×1200	1300	4×10-1	0.5	±5	1200
РВСК-70×11	Φ700×1100	1300	4×10-1	0.5	±5	800

 

Рисунок 3. Процесс вакуумного отжига стали H13.

 

(2) Процесс изотермического отжига стали пресс-формы H13

Давление в вакуумной печи составляет 0,1–10 Па, медленно повышайте до 875–890 градусов при скорости менее или равной 200 градусам в час и удерживайте в течение 2–4 часов, затем быстро охладите до 710–740 градусов и удерживайте. в течение 3–4 часов и используйте азот высокой чистоты для охлаждения до температуры ниже 100 градусов и разрядки.

 

(3) Процесс изотермического отжига пресс-формы из стали Cr12MoV

Давление в вакуумной печи составляет 0,1–10 Па, медленно повышайте до 830–870 градусов при скорости менее или равной 200 градусам в час и удерживайте в течение 2–4 часов, затем быстро охладите до 720–740 градусов и удерживайте. в течение 3–4 часов и используйте N2 высокой чистоты для охлаждения до температуры ниже 100 градусов и разрядки.

 

4. Вакуумная цементация формы.

Вакуумная цементация заключается в нагреве формы до аустенитизированного состояния ввакуумная печь, науглероживайте его в науглероживающей атмосфере, а затем диффундируйте и закаляйте. Поскольку форма нагревается в вакууме, поверхность формы очень гладкая, что подходит для цементационной обработки форм с высокими требованиями к качеству поверхности.

 

Пример: вакуумная цементация экструзионной матрицы для натяжного стержня из стали 65Nb (65Cr4W3Mo2VNb).

 

(1) Науглероживающая среда (объемная доля): 70% CH4 + 30% H2. H2 используется в качестве газа-разбавителя, а CH4 (метан) используется в качестве газа для цементации. Оборудование для цементации представляет собой небольшую вакуумную печь для цементации с внутренним подогревом. Процесс вакуумной цементации пресс-формы показан на рисунке 4.

Срок службы. После вакуумной цементационной термообработки срок службы форм из стали 65Nb в 2,5 раза больше, чем у форм без науглероживания, и в 7,5 раза больше, чем у форм из стали Cr12MoV (традиционная термообработка).

горячая этикетка : Процесс вакуумной термообработки, Китайские производители вакуумной термообработки, поставщики, завод