鋅合金壓鑄模具處理新技術(shù)，真空氣淬技術(shù)

真空氣淬的冷速與氣體的種類、氣體壓力、流速、爐子結(jié)構(gòu)及裝爐狀況有關(guān)。可供使用的氣體有氬、氦、氫、氮。與相同條件下的空氣傳熱速度相比，設(shè)空氣為1，則氮為0.99，氬為0.70，氫為7，氦為6。熱處理用氣體技術(shù)條件見(jiàn)下表。

在任何壓強(qiáng)下，氫都具有最大的熱傳導(dǎo)能力和最大的冷卻速度，氫可以應(yīng)用于裝有石墨元件的真空爐，但對(duì)含碳量較高的鋼種，在冷卻過(guò)程的高溫階段（1050℃以上）有可能造成輕微脫碳，對(duì)高強(qiáng)度鋼有造成氫脆的危險(xiǎn)，因此，真空高壓氣淬人們不會(huì)選用氫作為冷卻介質(zhì)。

冷卻速度僅次于氫的是惰性氣體氦。在空氣中He僅含0.0005%（體積分?jǐn)?shù)），一般在天然氣液化過(guò)程中制取He比N得價(jià)格可高至上百倍，只有在某些特殊場(chǎng)合下才選用氦氣作為真空氣淬介質(zhì)。

氬的冷卻能力比空氣低，它在大氣中的體積分?jǐn)?shù)為0.93%，用壓縮空氣使之液化，精餾而來(lái)的氬成本較高，所以它也不是理想的高壓氣淬介質(zhì)。

氮的資源豐富，成本低，在略低于大氣壓下進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)，冷卻強(qiáng)度可上升20倍。它是使用安全、冶金損害小的中性氣體。在200～1200℃溫度范圍內(nèi)，對(duì)常用鋅合金壓鑄模具鋼氮呈惰性狀態(tài)，所以氮是鋅合金壓鑄模具高壓氣淬較理想的淬火介質(zhì)。

氮中含氧（如體積分?jǐn)?shù)達(dá)0.001%以上）可使高溫下的鋼產(chǎn)生輕微的氧化、脫碳，因而，一般常規(guī)使用的高純氮的純度為99.999%（相對(duì)露點(diǎn)-62℃，相應(yīng)于真空度1.33Pa）。鑒于高純氮價(jià)格昂貴，有時(shí)在無(wú)特殊要求的情況下，可選用一般氮?dú)?。?shí)踐證明，這對(duì)一般的鋅合金壓鑄表面狀態(tài)無(wú)明顯損害，工業(yè)上用普通氮?dú)獾募兌葹?9.9%。氧氣站提供的氮?dú)夂趿扛哌_(dá)1.5%（體積分?jǐn)?shù)）和較多的水，因此必須經(jīng)過(guò)凈化后方可使用。

在高壓氣淬時(shí)，為了使淬得高硬度，往往會(huì)提高冷卻氣體的壓力。淬火冷卻速度隨氣壓上升明顯提高，但并非氣壓越高越好，對(duì)于尺寸較大，比表面小的鋅合金壓鑄，在更高的氣壓下，決定冷卻速度的主導(dǎo)因素是鋼的內(nèi)部熱傳導(dǎo)。因?yàn)檫@是對(duì)流傳熱加速冷卻的效果難以達(dá)到中心。此時(shí)提高氣壓對(duì)增大冷卻速度的作用不十分明顯。又考慮到一般的真空爐只在低于大氣壓時(shí)密封效果較好以及為了節(jié)約高純氣體，故真空氣淬時(shí)的常用壓力為0.5×105～0.8×105Pa，最高取0.92×105～0.99×105Pa，有試驗(yàn)表明，對(duì)由M2鋼制成的φ25mm×40mm試樣，裝爐量100kg，施以下處理工藝：850℃×25min+1050℃×15min兩次預(yù)熱，1220℃×4min加熱，氣淬冷至550～500℃出爐續(xù)冷。當(dāng)淬火氣體壓力為1×105Pa時(shí)，冷卻需185s，2×105Pa時(shí)為110s，5×105Pa時(shí)為55s。即隨著氣體壓力的升高，冷速加大，冷卻時(shí)間減少。560℃×1h×2次回火后硬度由750HV提高至880HV（65HRC）以上。

此外，加壓氣淬還擴(kuò)大了鋅合金壓鑄模具鋼氣淬的材料品種和尺寸范圍，但氣壓又不能太高，由于動(dòng)力和氣體消耗成比例的增長(zhǎng)，設(shè)備需有嚴(yán)格的防護(hù)措施等。

提高氣體的流速可以提高其冷卻速度，例如，當(dāng)氣體流速?gòu)?0.2m/s提高到50.8m/s時(shí)（一般情況下步大于25m/s），氮、氫、氦的對(duì)流傳導(dǎo)系數(shù)將提高3倍。

為了提高氣體冷卻能力，確保工具淬火質(zhì)量，應(yīng)采取合適的裝爐量，一般只裝額定值得60%～70%，工件在爐中保持上下、左右、前后適當(dāng)?shù)拈g隔，均勻有序的擺放工件，也可以進(jìn)一步改善冷卻時(shí)的熱交換條件。真空淬火質(zhì)量是好，但裝爐量有限，是制約真空爐在刀具業(yè)快速發(fā)展的因素之一。

關(guān)于真空淬火工件的變形問(wèn)題，與常規(guī)熱處理相似，引起真空淬火變形的原因是組織應(yīng)力、熱應(yīng)力及火前工序留下的殘余應(yīng)力。在加熱、冷卻過(guò)程中，當(dāng)工件處于塑性高的狀態(tài)時(shí)，工件的自重、相互擠壓、振動(dòng)等也將導(dǎo)致變形并使淬火變形復(fù)雜化。實(shí)踐考證，真空淬火工件的變形平均小于常規(guī)工藝，只有鹽浴加熱淬火的1/10～1/2。