雷 勝

(綿陽市天旋氣門組件有限責(zé)任公司，四川 綿陽 621011)

采用鹽浴爐或高溫箱式爐加熱是模具熱處理的主要手段之一。但采用鹽浴爐加熱會(huì)存在許多缺點(diǎn)，如加熱介質(zhì)所用的鋇鹽有毒，產(chǎn)生的廢氣/廢渣污染環(huán)境，操作環(huán)境惡劣等[1]。

雖然采用高溫箱式爐加熱可以達(dá)到某些模具的性能要求，但因高溫加熱需填充防氧化、防脫碳介質(zhì)，若沒有附加的在線監(jiān)測(cè)儀器，僅僅依靠控溫儀表顯示的數(shù)據(jù)，在確定保溫時(shí)間時(shí)會(huì)存在較大的誤差，這將會(huì)直接影響工件是否透燒、是否完成相應(yīng)的合金化？另外，由于傳統(tǒng)高溫箱式爐加熱元件布置不合理，造成爐膛內(nèi)不同區(qū)域溫度存在較大的差異，如圖1所示。因此，采用這種方式加熱，工件會(huì)存在質(zhì)量穩(wěn)定性差、數(shù)據(jù)重現(xiàn)性差等缺點(diǎn)；并且這種模式對(duì)人的依賴性很大，如果操作人員經(jīng)驗(yàn)不足，容易造成時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本的浪費(fèi)。

圖1 高溫箱式爐爐膛Fig.1 High temperature box furnace chamber

真空熱處理作為一種新興的熱處理技術(shù)，具有無氧化、無脫碳、能脫脂/脫氣、熱處理變形小以及熱處理后機(jī)械性能好等特點(diǎn)[2-3]。目前，已在市場(chǎng)上應(yīng)用幾十年，但普及率并不是很高?；谶@種實(shí)際情況以及模具熱處理市場(chǎng)對(duì)真空熱處理的需要，本文介紹了真空熱處理的特點(diǎn)和應(yīng)用現(xiàn)狀，并對(duì)真空熱處理的發(fā)展提出建議。

1 設(shè)備概況

真空油淬爐設(shè)備簡圖如圖2所示。

圖2 真空油淬爐Fig.2 Vacuum oil quenching furnace

溫控系統(tǒng)：采用高精度儀表內(nèi)置PID調(diào)節(jié)方式+可控硅功率輸出，溫度能實(shí)現(xiàn)程序化的控制，能夠較大程度地滿足高精度模具/產(chǎn)品的精準(zhǔn)化控制要求。而以前的箱式爐控制系統(tǒng)，采用位式控制方式，通過控制交流接觸器的通斷，來達(dá)到通電/斷電的目的，從而控制加熱/不加熱。這種控制方式容易存在不同區(qū)域溫度波動(dòng)大，控溫精度不高等缺點(diǎn)[4]，并且接觸器的頻繁吸合/斷開所產(chǎn)生的振動(dòng)，對(duì)控制柜內(nèi)的其他元器件的穩(wěn)定性也會(huì)產(chǎn)生一定程度的影響。因此，這種溫控方式已被市場(chǎng)逐漸淘汰。

電氣控制系統(tǒng)：采用可編程控制器PLC代替以前的接觸器，可以提高控制精度，同時(shí)還精簡了控制柜內(nèi)的元器件數(shù)量，滿足了市場(chǎng)簡單化、高精度化發(fā)展的需要。

儀表系統(tǒng)：儀表配置俱全，基本上能滿足正常生產(chǎn)的需求。

2 真空熱處理的應(yīng)用

目前，常用的合金調(diào)質(zhì)鋼、合金工具鋼、彈簧鋼、熱作模具鋼、冷作模具鋼以及高速鋼等材質(zhì)均具有良好的淬透性。因此，采用真空熱處理是完全可以滿足材質(zhì)對(duì)熱處理工藝要求。而合金調(diào)質(zhì)鋼，在真空爐淬火過程中，對(duì)不同壁厚的產(chǎn)品會(huì)存在臨界直徑效應(yīng)，對(duì)此類材料需要特別關(guān)注。

3 工件熱處理質(zhì)量

3.1 外觀

圖3是工件油淬后的外觀，其表面光亮，無氧化色。但真空油淬爐由于長期使用，不可避免會(huì)存在一定的污染。因此，若要保證工件外觀，除了必須嚴(yán)格執(zhí)行工藝規(guī)程操作外，還需定期對(duì)淬火油進(jìn)行脫氣和設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)。

圖3 工件熱處理后外觀Fig.3 Appearance of workpiece after heat treatment

3.2 多層裝料的硬度均勻性

圖4為材質(zhì)GCr15工件多層裝料示意圖。工件淬火后的硬度值見表1。從表中可以看出，工件硬度上限和下限值分別為66.65 HRC和64.6 HRC，最大極差為2.05 HRC，而該產(chǎn)品的公差要求為5 HRC，完全滿足該產(chǎn)品技術(shù)要求。

圖4 材質(zhì)GCr15工件多層裝料示意圖Fig.4 Multi-layer loading diagram of GCr15 workpiece

3.3 工模具熱處理方面

針對(duì)相關(guān)的冷作模具、熱作模具以及高速鋼類模具，采用合理的熱處理工藝，通過試樣和批量生產(chǎn)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，真空熱處理后金相組織、硬度均勻性、使用壽命等均優(yōu)于傳統(tǒng)的熱處理方式。

4 真空熱處理過程控制要素

由于真空熱處理的工作狀態(tài)屬于負(fù)壓，爐內(nèi)加熱方式主要是輻射，所以加熱速度相對(duì)緩慢。真空熱處理爐中的透燒加熱時(shí)間是鹽浴爐的6倍，空氣爐的1.5倍[5]。因此，在制定工藝時(shí)，針對(duì)某些因素需要重點(diǎn)考慮，常見的過程變量有：1)預(yù)熱和淬火溫度；2)階梯升溫段數(shù)；3)升溫和保溫時(shí)間；4)升溫速率；5)裝爐量；6)工件擺放方式；7)工件熱前的表面清潔度；8)工作真空度；9)加熱時(shí)是否需要分壓；10)油淬時(shí)是否需要加壓；11)淬火油的脫氣等。

5 結(jié)束語

應(yīng)用真空熱處理，可以提升部分產(chǎn)品、工模具的熱處理質(zhì)量。一定程度上，也實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、減排、降成本的目的。但在真空熱處理爐的應(yīng)用中，也會(huì)存在各種各樣的問題，需要定期做好維護(hù)保養(yǎng)。另外，真空熱處理作為一種清潔、高質(zhì)量的熱處理方式，其設(shè)備價(jià)格比傳統(tǒng)熱處理設(shè)備昂貴。因此要實(shí)現(xiàn)真空熱處理技術(shù)(真空滲碳、真空淬火及退火等)的普及與應(yīng)用，還需有待時(shí)日，也需要相關(guān)政策和企業(yè)人力和物力上的大力支持[6]。