Vakuum-Wärmebehandlungsprozess

Was ist Vakuumwärmebehandlung?

 

Unter Vakuumwärmebehandlung versteht man einen Prozess, bei dem Formteile zum Erhitzen, Isolieren und Kühlen in Vakuumwärmebehandlungsanlagen gelegt werden. Es handelt sich um eine der derzeit fortschrittlichsten Formenwärmebehandlungstechnologien. Da die Qualitätsanforderungen an Formen immer höher werden, ist es für die allgemeine Wärmebehandlung schwierig, die technischen Anforderungen zu erfüllen. Nach der Vakuumwärmebehandlung der Form wird die Oberfläche nicht oxidiert oder entkohlt, der Abschreckverzug ist gering, die Oberflächenhärte ist gleichmäßig, die Leistung wird verbessert und die Lebensdauer der Form wird im Allgemeinen erhöht. , kann im Allgemeinen um mehr als 30 % ansteigen. Zusätzlich,Vakuumwärmebehandlungkann die Bearbeitungszugabe (Schleifen oder Polieren) um 1/3 bis 1/2 reduzieren, wodurch die Produktionseffizienz verbessert und die Kosten für die Formenherstellung gesenkt werden. Die Vakuumwärmebehandlung eignet sich besonders für hochpräzise Formen, die stabile Abmessungen und Leistung erfordern. Zu den Formenvakuumwärmebehandlungstechnologien gehören: Vakuumabschrecken, Vakuumtempern, Vakuumaufkohlen, Vakuumnitrieren, Vakuummetallinfiltration usw. Abbildung 1 zeigt die Vakuumwärmebehandlungsausrüstung der Form und Abbildung 2 zeigt das Formfoto.

 

Abbildung 1 Form-Vakuum-Wärmebehandlungsausrüstung

 

Prozessparameter der Vakuumwärmebehandlung

 

(1) Vakuumgrad

Der Vakuumgrad wirkt sich direkt auf die Rauheit der Formoberfläche aus und beeinflusst dadurch die Oberflächenqualität und -leistung. Um die Verflüchtigung von Legierungselementen auf der Formoberfläche zu verhindern, sollte ein angemessener Vakuumgrad gewählt werden. Die entsprechende Beziehung zwischen dem Vakuumgrad und der Heiztemperatur während der Vakuumerwärmung der Form aus legiertem Stahl ist in der Tabelle dargestellt. 1.

 

Tabelle 1 Zusammenhang zwischen Vakuumgrad und Heiztemperatur

Heiztemperatur/Grad	Kleiner oder gleich 900 Grad	1000~1100 Grad	1100~1300 Grad
Vakuumgrad/Pa	Größer oder gleich 0.133	1.33~13.3	1100~1300 Grad

 

 

(2) Vorwärmtemperatur

Wenn die Heiztemperatur der Vakuumwärmebehandlung 1000–1100 Grad beträgt, wird das Vorheizen bei 800–850 Grad durchgeführt; Wenn die Heiztemperatur 1200 Grad übersteigt, können Formen mit einfachen Formen auf 850 Grad vorgewärmt werden, und größere oder komplexe Formen können auf 850 Grad vorgewärmt werden. Dann sollte das Vorheizen zweimal bei 500–600 Grad und 800–850 Grad durchgeführt werden.

 

(3) Isolierung

1) Heiztemperatur. Die Heiztemperatur für das Vakuumabschrecken ist im Allgemeinen die untere Grenze des Salzbadofens und des Luftofens. Die Erwärmungstemperaturen für Vakuumtempern, Vakuumglühen, Vakuumlösungsbehandlung und Vakuumalterung sind im Allgemeinen dieselben wie für die konventionelle Wärmebehandlung.

 

Zeit behalten. Unter normalen Umständen beträgt die Vakuumerwärmungszeit das Sechsfache des Salzbadofens und das Zweifache des Luftofens. Die empirische Formel lautet τ=KB + T, wobei τ die Heizhaltezeit (min), K der Haltezeitkoeffizient (min/mm), B die effektive Dicke der Form (mm) ist und T ist der Zeitspielraum (oder die feste Zeit) (min).

Stahl	Haltezeitkoeffizient K/Min·mm-1	Zeitspanne T/Mindest	Anmerkung
Unlegierter Werkzeugstahl	1.9	5~10	Einmal auf 560 Grad vorheizen
Niedriglegierter Werkzeugstahl	2.0	10~20	Einmal auf 560 Grad vorheizen
Hochlegierter Werkzeugstahl	0.48	20~40	Einmal auf 560 Grad und einmal auf 800 Grad vorheizen
Hochgeschwindigkeitsstahl	0.33	15~25	Einmal auf 560 Grad und einmal auf 800 Grad vorheizen

2. Vakuumabschreckung der Form

 

(1) Vorheizen

Niedriglegierter Stahl (40Cr, 60Si2Mn usw.) und mittellegierter Stahl (CrWMn, 9CrSi, 5CrNiMo usw.) können für das zweistufige Erhitzen ausgewählt werden (z. B. 650-Grad-Vorwärmen → 850-Grad-Abschreckerhitzen); Hochlegierter Stahl (H13, Cr12MoV usw.) kann ausgewählt werden. Dreistufige Erwärmung (z. B. 650-Grad-Vorwärmung → 850-Grad-Vorwärmung → 1030-Grad-Abschreckerwärmung).

 

(2) Auswahl der Heiz- und Haltezeit

Die Haltezeit muss nicht nur sicherstellen, dass eine bestimmte Menge an Karbiden vollständig gelöst ist, den Legierungsgehalt im Austenit erhöhen und eine deutliche Wiederherstellung der Härte beim Anlassen bei der Spitzentemperatur der Sekundärhärtung gewährleisten, sondern darf auch keine Überhitzung und Beeinträchtigung verursachen die Qualität der Form.

 

(3) Kühlmethode

Das Vakuumabschrecken von Formstahl kann durch Ölabschrecken, Gasabschrecken, Wasserabschrecken, Nitratsalzabschrecken usw. erfolgen. Alle legierten Formstähle können mit Vakuumöl abgeschreckt werden, um eine helle Oberfläche und eine angemessene Leistung zu erzielen. Im Vergleich zum Abschrecken mit Luftkühlung lässt sich aufgrund der schnellen Ölabkühlgeschwindigkeit leicht eine hohe Zähigkeit und Festigkeit erzielen. Durch Luftkühlungsabschreckung kann ein geringerer Abschreckverzug erzielt werden.

 

Die Vakuum-Abschreckkühlmethode sollte entsprechend der Form, dem Material, der Größe, den technischen Anforderungen usw. der Form ausgewählt werden. Einzelheiten finden Sie in Tabelle 3.

 

Tabelle 3 Auswahl der Vakuum-Abschreck-Kühlmethoden

Kühlungsmethode	Anwendungsbereich
Vakuum-Ölabschreckung	Geeignet für legierten Werkzeugstahl, legierten Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt und hohem Chromgehalt, Schnellarbeitsstahl und anderen Formstahl unter Verwendung einer speziellen Vakuumölabschreckung. Das Vakuum-Ölabschrecken eignet sich besonders für Formen, die eine hohe Festigkeit und Zähigkeit erfordern.
Luftgekühlt	Um den Formverzug zu reduzieren, den Prozesszyklus zu verkürzen und eine saubere Wärmebehandlungsproduktion zu erreichen, wird international zunehmend Luftkühlungsabschreckung eingesetzt. Anforderungen an die Abkühlgeschwindigkeit: H13-Stahl (4Cr5MoSiV1) größer oder gleich 28 Grad/Minute, Cr12MoV-Stahl größer oder gleich 17 Grad/Minute 1) 0.2MPa Vakuum-Luftabschreckung: d. h. Niederdruck-Vakuum-Luftabschreckung. Der maximale N2-Löschkühldruck beträgt 0,2 MPa und die Reinheit von N2 liegt über 99,95 % (Volumenanteil). Es wird im Allgemeinen für Schnellarbeitsstahl und Kaltstahl verwendet, die keine hohe Abkühlgeschwindigkeit erfordern. Warmarbeitsstahl 2) 0.6MPa Hochdruck-Gasabschreckung: Sein N2-Abschreckdruck beträgt 0.6MPa. Es wird im Allgemeinen zum Abschrecken von Schnellarbeitsstahl, legiertem Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt und hohem Chromgehalt und einigen legierten Werkzeugstählen zur Herstellung von Formen verwendet. 3) Ultrahochdruck-Gasabschreckung über 1 MPa: Wird im Allgemeinen für alle Schnellarbeitsstähle, Warmarbeitsstahl, Kaltarbeitsstahl, Cr13-Stahl und einige ölvergütete legierte Stähle verwendet. Auch zum Abschrecken großer und mittelgroßer Formen geeignet
Vakuumwasserabschreckung	Wird zum Abschrecken und Kühlen von Nichteisenmetallen, hitzebeständigen Legierungen, Titanlegierungen und Kohlenstoffstahl usw. verwendet.
Vakuum-Nitratlöschung	Die Verwendung von Nitratsalz zur Formklassifizierung oder zum isothermen Abschrecken kann Formverzerrungen reduzieren, Risse vermeiden und die Entkohlung von hochfestem Baustahl verhindern. Die gesamte Kühlleistung eines statischen Nitratsalzbades entspricht der von Öl. Durch Rühren kann die Wirksamkeit des Salzbades verbessert werden. Kühlleistung, die allgemeine Betriebstemperatur wird im Bereich von 160 bis 280 Grad geregelt

Beispiel: Eine ultragroße Druckgussform aus Aluminiumlegierung (5 t) aus H13-Stahl (4Cr5MoSiV1) wird mit dem Super Turbo von Ipsen abgeschrecktVakuumofenund die Heiztemperatur beträgt 1000 Grad. Nach ausreichender Isolierung wird es mit 1,5 MPa Stickstoff abgeschreckt und abgekühlt, und die Abkühlung wird bei 400 Grad gestoppt. Isotherme Haltestufe zur Reduzierung von Formverformungen und zur Vermeidung von Rissen.

 

Schließlich wurden hervorragende mechanische Eigenschaften und ein minimaler Abschreckverzug erzielt. Die spezifischen Inspektionsergebnisse sind in Tabelle 4 aufgeführt.

Tabelle 4 Ergebnisse der H13-Stahlform nach Vakuum-Luftabschreckung

Projekt	Oberfläche	Herz
Mikrostruktur	klein	Fein (im abgeschreckten Zustand)
Korngröße/-sorte	10~11	9
Zugfestigkeit Rm/MPa	1287	1264
Streckgrenze ReL/MPa	1044	1019
Dehnung nach Bruch A (%)	19.5	17.8
Schnittschrumpfung Z (%)	52.8	49.1
Aufprallabsorptionsenergie/J	262,282,279	221,239,238

(4) Vakuumtemperierung

Die Vorteile der Verwendung eines Vakuumofens (z. B. des Einkammer-Überdruck-Temperofens der WZH-Serie) zum Tempern: genaue und gleichmäßige Temperaturregelung; Sicherstellen, dass während der Erhitzungs- und Wärmekonservierungsphase keine Oxidation auftritt; Es kann langsam mit dem Ofen abgekühlt oder durch Aufblasen schnell abgekühlt werden. Der Kühlprozess kann mit hochreinem N2 oder einer Mischung aus hochreinem N2 und anderen reduzierenden Gasen (wie H2) gefüllt werden, um sicherzustellen, dass es während der Kühlung zu keiner Oxidation oder Verfärbung kommt.

 

Die Temperierungsheizgeschwindigkeit beträgt 0,8 min/mm und der Kern wird mindestens 2 Stunden lang warm gehalten. Die Anlasstemperatur richtet sich nach den Härteanforderungen. Das erste und zweite Anlassen sind zwingend erforderlich, das dritte Anlassen kann je nach technischen Anforderungen und Endhärte entfallen.

 

3. Vakuumglühen der Form

Durch Vakuumglühen der Form (Modul) kann leicht eine Wärmebehandlung ohne Oxidation und Entkohlung erreicht werden, was sich positiv auf die Verbesserung der Oberflächenqualität und Produktionseffizienz der Form auswirkt, den Prozesszyklus verkürzt und die Formoberfläche hell und die Mikrostruktur gleichmäßig sein kann .

(1) Gewöhnlicher Vakuumglühprozess

Abbildung 3 zeigt den gewöhnlichen Vakuumglühprozess eines H13-Stahlmoduls (4Cr5MoSiV1). Beim Formglühen wird ein Vakuumofen (z. B. Einkammer-Vakuumofen der WZT-Serie, ultimativer Vakuumgrad 0,1Pa) verwendet und das Modul wird langsam auf 870 Grad mit einer Geschwindigkeit von 6{{ 14}} Grad /h. Die Haltezeit (2~4h) richtet sich nach der effektiven Größe des Moduls. Nach dem Aufwärmen kann die Geschwindigkeit bei 0,8 min/mm gehalten werden. Der Druck während der Wärmekonservierungsphase wird auf 0,1 bis 10 Pa geregelt. Die Ofenkühlung kann während des Abkühlens im Vakuumzustand erfolgen. Wenn die Temperatur unter 500 Grad liegt, kann 1×105Pa hochreines N2 oder eine Mischung aus hochreinem N2 und anderen reduzierenden Gasen (wie H2) zur Kühlung eingefüllt werden, um sicherzustellen, dass die Moduloberfläche nicht oxidiert und nicht oxidiert -farbig. Die Härte des geglühten Moduls beträgt<235HBW, and the structure is pearlite + uniformly distributed granular carbides.

 

Hauptdatenparameter des Vakuum-Hochdruck-Gasabschreckofens
Modell	Durchschnittliche Temperaturzonengröße	Maximale Temperatur	Ultimativer Druck	Druckanstiegsrate	Temperaturgleichmäßigkeit	Ladevolumen
RVSQ-224	250×250×400	1300	4×10-1	0.5	±5	50
RVSQ-335	300×300×500	1300	4×10-1	0.5	±5	100
RVSQ-446	400×450×600	1300	4×10-1	0.5	±5	200
RVSQ-558	500×500×800	1300	4×10-1	0.5	±5	300
RVSQ-669	600×600×900	1300	4×10-1	0.5	±5	500
RVSQ-7710	700×700×1000	1300	4×10-1	0.5	±5	800
RVSQ-8812	800×800×1200	1300	4×10-1	0.5	±5	1200
RVSQ-70×11	Φ700×1100	1300	4×10-1	0.5	±5	800

 

Abbildung 3 Vakuumglühprozess für H13-Stahl

 

(2) Isothermer Glühprozess für H13-Formstahl

Der Vakuumofendruck beträgt 0,1–10 Pa, langsam auf 875–890 Grad bei weniger als oder gleich 200 Grad/h ansteigen und 2–4 Stunden lang halten, dann schnell auf 710–740 Grad abkühlen und halten für 3 bis 4 Stunden und verwenden Sie hochreinen Stickstoff, um auf unter 100 Grad abzukühlen und zu entladen.

 

(3) Isothermer Glühprozess für Cr12MoV-Formstahl

Der Vakuumofendruck beträgt 0,1–10 Pa, langsam auf 830–870 Grad bei weniger als oder gleich 200 Grad/h ansteigen und 2–4 Stunden lang halten, dann schnell auf 720–740 Grad abkühlen und halten für 3 bis 4 Stunden und verwenden Sie hochreines N2, um auf unter 100 Grad abzukühlen und zu entladen.

 

4. Vakuumaufkohlung der Form

Beim Vakuumaufkohlen wird die Form in einem austenitisierten Zustand erhitztVakuumofen, in einer aufkohlenden Atmosphäre aufkohlen und dann diffundieren und abschrecken. Da die Form im Vakuumzustand erhitzt wird, ist die Oberfläche der Form sehr glatt, was für die Aufkohlungsbehandlung von Formen mit hohen Anforderungen an die Oberflächenqualität geeignet ist.

 

Beispiel: Vakuumaufkohlung einer Extrusionsdüse für eine Aufnahmepleuelstange aus 65Nb-Stahl (65Cr4W3Mo2VNb).

 

(1) Aufkohlungsmedium (Volumenanteil): 70 % CH4 + 30 % H2. Als Verdünnungsgas wird H2 und als Aufkohlungsgas CH4 (Methan) verwendet. Bei der Aufkohlungsanlage handelt es sich um einen innenbeheizten kleinen Vakuum-Aufkohlungsofen. Der Vakuumaufkohlungsprozess der Form ist in Abbildung 4 dargestellt.

Lebensdauer. Nach der Vakuum-Aufkohlungswärmebehandlung ist die Lebensdauer von 65Nb-Stahlformen 2,5-mal länger als die von Formen ohne Aufkohlung und 7,5-mal länger als die von Cr12MoV-Stahlformen (konventionelle Wärmebehandlung).

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