張雅，呂韋

（安徽天航機(jī)電有限公司， 安徽蕪湖 241000）

熱處理的質(zhì)量控制方式主要是預(yù)防以及對(duì)熱處理過程的管控。從機(jī)械加工的成品或半成品零件轉(zhuǎn)入熱處理工序，對(duì)于熱處理過程的控制十分重要，主要從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)等六個(gè)方面進(jìn)行控制。與傳統(tǒng)熱處理相比，真空熱處理要復(fù)雜得多，而加強(qiáng)零件的真空熱處理質(zhì)量過程控制，包括零件外部表面狀態(tài)以及內(nèi)部組織狀態(tài)。作為外部表面狀態(tài)如硬度、氧化色、腐蝕、變形等缺陷由于其較為容易被檢測(cè)和控制，在生產(chǎn)中常常作為熱處理質(zhì)量分析的切入點(diǎn)。

通常制定熱處理工藝時(shí)要確定的熱處理參數(shù)主要有：加熱制度（加熱溫度、時(shí)間、方式）、真空壓強(qiáng)、冷卻方式和冷卻介質(zhì)等。經(jīng)過真空熱處理的零件有著不氧化、不增碳以及不脫碳的優(yōu)勢(shì)，并且真空環(huán)境可以使金屬零件釋放出溶解的氣體以及使金屬氧化物分解，因而零件表面較為光亮。從宏觀來看，影響真空熱處理質(zhì)量因素主要有以下幾個(gè)方面，如表1所示。

金屬零件在真空淬火、回火以及退火過程中在不同溫度下均會(huì)出現(xiàn)不同顏色的氧化膜缺陷。真空加熱不同溫度下工件氧化膜的顏色，如表2所示。

對(duì)于影響真空熱處理表面光亮的氧化原因主要包括零件的材料、熱處理工藝以及熱處理設(shè)備等多方面?，F(xiàn)根據(jù)真空淬、回火以及真空退火，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際簡(jiǎn)要分析其對(duì)工件表面光亮的質(zhì)量控制。

表1 影響工件真空熱處理質(zhì)量的因素［1］

表2 真空加熱不同溫度下工件氧化膜的顏色［1］

1 真空淬火對(duì)于工件表面的質(zhì)量控制

合金中(包括零件、真空加熱室的結(jié)構(gòu)材料以及運(yùn)送零件的料框)或者綁扎零件所用的鋼絲中，如果含有有蒸氣壓較高的元素（Cr、Mn、Cu、Ag、Al、Mg等），當(dāng)金屬元素的蒸氣壓小于真空加熱環(huán)境的蒸氣壓時(shí)，金屬元素就會(huì)開始蒸發(fā)，并以氣體形式圍繞在固態(tài)金屬的周圍，對(duì)固態(tài)金屬產(chǎn)生黏附作用并污染金屬表面，并且冷卻時(shí)還會(huì)造成零件之間或者零件和料框的黏連，甚至?xí)斐杉訜嵩蜖t體之間的短路。因此為避免合金元素的蒸發(fā)，在真空淬火過程中會(huì)選擇向真空加熱室充入惰性氣體以提高真空壓強(qiáng)［2］。

另外在零件的真空油淬過程中，油會(huì)經(jīng)歷由液態(tài)到氣態(tài)的物態(tài)變化，從而導(dǎo)致零件各個(gè)部位的冷卻速度存在差異，此為淬火變形的一個(gè)原因。真空正壓氣淬，采用高壓氣體作為冷卻介質(zhì)，由于氣態(tài)冷卻介質(zhì)在淬火過程中不會(huì)經(jīng)歷物態(tài)變化，相較于油冷零件有著更為均勻的冷卻速度，可實(shí)現(xiàn)更小的變形，同時(shí)，氣淬可實(shí)現(xiàn)較油冷更為光亮的表面。

真空正壓氣淬雖有色澤變化小和微變形的優(yōu)點(diǎn)，但是其局限性也同樣突出：主要表現(xiàn)在氣體的冷卻壓力，乃至裝爐量的不同，都會(huì)明顯影響零件冷卻速度，進(jìn)而影響淬火后性能；同時(shí)，相較于油冷，氣體的冷卻能力低，會(huì)帶來淬透性的明顯下降，對(duì)于不銹鋼、高速鋼等高淬透性鋼，氣冷能一定條件滿足零件的淬透，北京航空材料研究院研究表明，對(duì)于1Cr15 Ni4Mo3N不銹鋼，3bar壓力下氣淬可淬透Φ60mm，但是對(duì)于低淬透性結(jié)構(gòu)鋼等，氣冷存在局限。同時(shí)，對(duì)于不同的不銹鋼材料，在不同氣淬壓力下，均存在不同的臨界淬透尺寸，均需進(jìn)行工藝參數(shù)的摸索和驗(yàn)證。另一方面，6bar乃至10bar以上的高壓氣體，需要更為完善的現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)施及工藝操作等，這些均為此項(xiàng)工作所要進(jìn)行的相關(guān)研究。

2 真空回火對(duì)于工件表面質(zhì)量的控制

真空回火后工件表面的發(fā)暗現(xiàn)象一直是被關(guān)注的真空熱處理問題。有分析認(rèn)為，真空度在（10-2～10-4）Pa范圍內(nèi)，水蒸氣峰繼續(xù)保持相當(dāng)大的比例，O2的光譜已接近消失。在650℃以上水蒸氣開始分解，出現(xiàn)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)；而在650℃以下，真空爐內(nèi)呈微氧化狀態(tài)，而回火溫度正好是在此溫度范圍區(qū)域內(nèi)，因此這也正是真空回火后表面發(fā)暗或不穩(wěn)定的原因［4］。

而對(duì)于提高真空回火后表面光亮度的方法主要有以下幾個(gè)方面［3］：

（1）提高真空加熱的真空度。使真空度保持在1.3×10-2Pa以上，減少O2從而減少對(duì)工件的氧化作用。

（2）沖入N2中加入10%H2，使還原性氣氛H2與爐內(nèi)氧化性氣氛中和,使?fàn)t內(nèi)呈弱還原性氣氛。

（3）減少真空爐隔熱屏的吸收和排放水氣的影響，排除耐火纖維隔熱屏吸水性大的弊端，利用全金屬隔熱屏設(shè)計(jì)。

（4）回火后快速冷卻，使工件出爐溫度低，提高回火光亮度。

（5）提高回火溫度均勻性，有利于回火光亮度保持一致。

用以上方法可以使回火工件光亮度達(dá)到真空淬火的90%以上。

3 真空退火對(duì)于工件表面的質(zhì)量控制

除了鋼、銅及其合金的真空退火，還可以進(jìn)行與氣體有親和力的金屬如鈦、鈮等元素退火，對(duì)于真空度的選擇應(yīng)該避免合金中的化合物的分解與脫溶等，應(yīng)根據(jù)金屬的氧化特性。但在退火前必須進(jìn)行零件的清洗、脫脂以及烘干處理，防止加熱過程中出現(xiàn)表面氧化、腐蝕、脫碳以及增碳的缺陷。

真空熱處理屬于光亮熱處理，相比于普通熱處理有著很多優(yōu)點(diǎn)，但同樣也存在著很多缺陷。正常情況下，經(jīng)過真空熱處理之后的零件應(yīng)該保持熱處理之前的金屬光亮度。對(duì)于真空熱處理后產(chǎn)生的表面光亮度的問題較為常見也較為直觀，而這些表面的光亮問題也正反映了內(nèi)部組織的一些缺陷，因此對(duì)于零件表面的質(zhì)量控制則顯得非常重要，同時(shí)這也為提高零件的使用壽命奠定了良好的基礎(chǔ)。