對(duì)于一些淬火熱處理后加工余量不大、表面質(zhì)量要求較高的零件，防止和減輕零件在加熱、保溫時(shí)的氧化、脫碳是非常重要的。現(xiàn)在，不少熱處理廠家對(duì)于表面質(zhì)量要求高的零件采用真空熱處理爐或氣氛保護(hù)熱處理爐（如熱處理多用爐）進(jìn)行熱處理。但是真空熱處理爐、氣氛保護(hù)熱處理爐（如熱處理多用爐）的價(jià)格高，生產(chǎn)成本也高，很多小型熱處理廠出于資金和生產(chǎn)成本因素的考慮，不會(huì)購(gòu)買真空熱處理爐或氣氛保護(hù)熱處理爐。但是對(duì)于表面質(zhì)量要求較高的零件，采取一些防氧化、脫碳的措施還是十分必要的。根據(jù)我多年的熱處理生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，介紹一些簡(jiǎn)易的淬火熱處理防氧化的方法和措施。
1.采用鹽爐進(jìn)行淬火熱處理
淬火熱處理后加工余量不大、表面質(zhì)量要求較高的中小型零件，非常適合采用鹽爐進(jìn)行加熱。鹽爐具有加熱速度快，零件加熱、保溫時(shí)間短，零件表面氧化、脫碳少，對(duì)于長(zhǎng)軸件可以采取垂直懸掛加熱，可以大大減小長(zhǎng)軸件的變形。特別是高速鋼刀具，采用高溫鹽爐加熱具有加熱時(shí)間短、操作方便、加熱時(shí)間更容易控制的優(yōu)勢(shì)。
目前，國(guó)內(nèi)高速鋼刀具的熱處理基本上都是采用高溫鹽爐進(jìn)行加熱。其缺點(diǎn)是受到爐膛尺寸的限制，鹽爐的裝爐量小，不適合大批量零件的熱處理。大批量的中小型零件適宜采用熱處理多用爐或者是輸送帶式爐進(jìn)行熱處理。另外，長(zhǎng)軸件的長(zhǎng)度受鹽爐深度的限制。長(zhǎng)軸件的長(zhǎng)度超過(guò)鹽爐深度就不適合在鹽爐加熱，但這不包括局部淬火的長(zhǎng)軸件。圈類零件在鹽爐加熱一般采用鐵絲水平綁扎。因此，在鹽爐進(jìn)行淬火熱處理的圈類零件不能超過(guò)鹽爐爐膛的寬度。當(dāng)然對(duì)于有些邊比較寬的圈類零件還是可以采用垂直綁扎加熱。因?yàn)榱慵叡容^寬，垂直綁扎加熱不會(huì)造成較大的橢圓變形。采用垂直綁扎，鹽爐可以加熱更大直徑的零件。
2.普通箱式電爐采用木炭保護(hù)防氧化、脫碳
普通箱式電爐采用木炭保護(hù)方式還有幾種方法。
（1）零件直接進(jìn)爐，然后把木炭基本上蓋住零件。這種方法適合小于30mm厚的零件，而且一般采取熱爐進(jìn)爐，可以縮短零件的加熱時(shí)間，減少零件的氧化、脫碳和變形。另外，如果爐底板不平整，對(duì)于容易變形的零件應(yīng)事先準(zhǔn)備加熱平板，并提前放在電爐中加熱。
（2）對(duì)于表面質(zhì)量要求高或硬度要求高的零件或模具最好是采取木炭裝箱保護(hù)（見(jiàn)圖1）。就是將零件或模具放在保護(hù)箱中，然后往保護(hù)箱里放木炭。木炭放入量應(yīng)根據(jù)零件或模具的材料、裝箱量以及保護(hù)箱的大小還有加熱、保溫時(shí)間來(lái)確定。木炭放入太多會(huì)造成零件或模具表面增碳，造成熱處理后零件或模具硬度偏高的假象。反之，木炭放入太少就會(huì)造成零件或模具表面脫碳，嚴(yán)重時(shí)甚至表面還會(huì)出現(xiàn)氧化皮，造成熱處理后零件或模具表面硬度偏低，影響零件或模具的熱處理質(zhì)量。
圖1 保護(hù)箱示意
（3）對(duì)于一些尺寸大、保護(hù)箱放不下的零件或模具可以采用木炭裝盤的方法（見(jiàn)圖2）。
圖2 保護(hù)盤示意
（4）對(duì)于尺寸長(zhǎng)、不能在鹽爐加熱的長(zhǎng)軸件和長(zhǎng)條件可以放在槽鋼中用箱式電爐加熱，進(jìn)爐前在槽鋼和零件上放木炭保護(hù)。
3.采用井式氣體滲碳爐加熱
對(duì)于一些尺寸長(zhǎng)、不能采用鹽爐加熱的長(zhǎng)軸件還可以考慮采用井式氣體滲碳爐懸掛垂直加熱，直徑大的長(zhǎng)軸件可以不采用懸掛垂直加熱，只需要放在坩堝底板上稍加固定垂直加熱即可。零件進(jìn)爐后，爐溫達(dá)到800℃左右就要往爐內(nèi)滴煤油對(duì)零件進(jìn)行防氧化、脫碳保護(hù)。我們單位使用的井式氣體滲碳爐型號(hào)是RQ2-75-9，煤油滴量為60~80滴/min。為了減小零件的變形，可以采取熱爐進(jìn)爐的方式，縮短零件的加熱時(shí)間。
4.采用不銹鋼包膜紙保護(hù)
近年來(lái)，我們單位對(duì)一些重要的模具（主要是4Cr5W2VSi材料的模具，這種材料脫碳和增碳都對(duì)模具熱處理后的硬度影響較大）采用不銹鋼包膜紙保護(hù)，減少模具表面的氧化、脫碳（見(jiàn)圖3）。不銹鋼包膜紙是俗稱，也就是超薄不銹鋼箔，其厚度為0.03 ~ 0.10mm。因?yàn)楹鼙。芟窦堃粯诱郫B包裹模具，密封性能好、耐高溫。另外，模具經(jīng)過(guò)包裹后就能直接在電爐里加熱，不需要裝箱保護(hù)，可以大大縮短模具的加熱時(shí)間。
不銹鋼包膜紙保護(hù)的方法一般采取熱爐進(jìn)爐的方式，目的是縮短在電爐內(nèi)的加熱時(shí)間，盡量減少模具表面的氧化、脫碳。另外，加熱時(shí)間長(zhǎng)了之后，不銹鋼包膜紙的保護(hù)作用會(huì)變差，甚至?xí)屏选榱朔奖隳＞哌M(jìn)出爐，可以制作專用的鐵盒，將模具放在鐵盒里。廣東、江蘇熱處理行業(yè)廣泛應(yīng)用此方法于模具的熱處理防氧化、脫碳。這種方法的缺點(diǎn)是包模具的操作比較麻煩，也有一定的技術(shù)含量，模具包裹的質(zhì)量直接影響著加熱后模具表面的氧化、脫碳程度。
圖3 用不銹鋼包膜紙包好的模具
5.使用鋼鐵加熱防氧化劑
從2012年開(kāi)始，我們開(kāi)始使用山西津津化工有限公司的鋼鐵加熱防氧化劑，經(jīng)過(guò)半年的使用，效果挺好。該公司的鋼鐵加熱防氧化劑為水基工藝材料，無(wú)毒、無(wú)味，對(duì)環(huán)境不造成污染。該防氧化劑形成的防護(hù)膜極薄，在工件淬火冷卻，退火、正火出爐過(guò)程中會(huì)自行脫落，不會(huì)影響工件的冷卻，也不會(huì)對(duì)淬火介質(zhì)產(chǎn)生損害。同時(shí)，該防氧化劑具有使用方便的特點(diǎn)，可以采用潑、浸、涂刷、滴注等方式，非常適合于箱式電阻爐的鋼件防氧化、脫碳。“潑”就是零件進(jìn)爐后，直接往箱式電阻爐內(nèi)潑倒一定量的鋼鐵加熱防氧化劑。“浸”就是將零件浸入這種鋼鐵加熱防氧化劑里，然后取出來(lái)。這種方式適用于中小型零件或模具。“涂刷”就是用毛刷將防氧化劑涂刷到零件或模具表面上，這種方式適合于大中型零件或模具。“滴注”就是在加熱時(shí)，通過(guò)滴管往爐內(nèi)滴注防氧化劑。我們單位采用的是“潑”的方式，因?yàn)檫@種方式操作最簡(jiǎn)便。
這種防氧化劑的使用范圍較廣，適用于普通碳素鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、滲碳鋼、模具鋼的防氧化、脫碳。目前，我們單位用這種防氧化劑保護(hù)過(guò)45鋼、高碳鋼、40Cr、42CrMo、CrWMn、GCr15材料的零件以及20鋼、20Cr、20CrMnTi材料的滲碳件。零件或模具淬火后硬度能達(dá)到設(shè)計(jì)圖樣的要求。經(jīng)過(guò)粗加工的45鋼工件熱處理加熱時(shí)使用這種防氧化劑可以大大減少工件表面的氧化皮，可以提高工件硬度的均勻性。值得注意的是，防氧化劑主要是盡量減少零件的氧化、脫碳，不能完全消除零件的氧化、脫碳。如果是零件或模具表面質(zhì)量要求高，零件或模具留余量非常小就不能采用防氧化劑保護(hù)的方法，比如Cr12MoV材料的模具。CrWMn、GCr15材料的零件如果要求達(dá)到60HRC以上，就盡量不要采用防氧化劑保護(hù)的方法。
6.使用少氧化爐
相對(duì)于真空熱處理爐、熱處理多用爐，少氧化爐價(jià)格便宜很多，而且生產(chǎn)成本也相對(duì)更低。少氧化爐還可以通過(guò)控制滴注劑（可以是一種滴注劑，如煤油；也可以是兩種滴注劑一起滴注，如甲醇加丙酮）滴量的方法來(lái)調(diào)整爐內(nèi)的碳勢(shì)，這樣就可以根據(jù)零件材料的含碳量來(lái)設(shè)定爐內(nèi)的碳勢(shì)控制值，能夠更好、更準(zhǔn)確地保護(hù)零件或模具。我們單位2012年年底購(gòu)買了兩臺(tái)少氧化爐，不久就將投入使用。
7.結(jié)語(yǔ)
根據(jù)零件的形狀、大小和熱處理要求采用不同的防氧化、脫碳的方法可以充分利用現(xiàn)有的普通熱處理爐，擴(kuò)大這些熱處理爐的應(yīng)用范圍，提高零件的熱處理質(zhì)量，可以用這些熱處理爐加熱一些加工余量小、熱處理質(zhì)量要求較高的零件，能夠達(dá)到這些零件的熱處理質(zhì)量要求（包括零件的表面質(zhì)量和熱處理后的硬度）。同時(shí)，使用這些簡(jiǎn)易的熱處理防氧化的方法可以在保證零件熱處理質(zhì)量的情況下降低熱處理生產(chǎn)成本（相對(duì)于使用真空熱處理爐、熱處理多用爐對(duì)零件進(jìn)行熱處理而言）。當(dāng)然，如果零件或模具熱處理質(zhì)量要求非常高，比如零件或模具的加工余量小、表面質(zhì)量要求高、硬度均勻性要求高，我們就應(yīng)選用更先進(jìn)的熱處理設(shè)備（如真空熱處理爐、熱處理多用爐）以達(dá)到零件或模具的熱處理質(zhì)量要求。
文/潘明，株洲南方航空工業(yè)有限公司
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