對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、保溫時的氧化、脫碳是非常重要的。現(xiàn)在，不少熱處理廠家對于表面質(zhì)量要求高的零件采用真空熱處理爐或氣氛保護熱處理爐（如熱處理多用爐）進行熱處理。但是真空熱處理爐、氣氛保護熱處理爐（如熱處理多用爐）的價格高，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，不會購買真空熱處理爐或氣氛保護熱處理爐。但是對于表面質(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，介紹一些簡易的淬火熱處理防氧化的方法和措施。
1.采用鹽爐進行淬火熱處理
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行加熱。鹽爐具有加熱速度快，零件加熱、保溫時間短，零件表面氧化、脫碳少，對于長軸件可以采取垂直懸掛加熱，可以大大減小長軸件的變形。特別是高速鋼刀具，采用高溫鹽爐加熱具有加熱時間短、操作方便、加熱時間更容易控制的優(yōu)勢。
目前，國內(nèi)高速鋼刀具的熱處理基本上都是采用高溫鹽爐進行加熱。其缺點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行熱處理。另外，長軸件的長度受鹽爐深度的限制。長軸件的長度超過鹽爐深度就不適合在鹽爐加熱，但這不包括局部淬火的長軸件。圈類零件在鹽爐加熱一般采用鐵絲水平綁扎。因此，在鹽爐進行淬火熱處理的圈類零件不能超過鹽爐爐膛的寬度。當然對于有些邊比較寬的圈類零件還是可以采用垂直綁扎加熱。因為零件邊比較寬，垂直綁扎加熱不會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防氧化、脫碳
普通箱式電爐采用木炭保護方式還有幾種方法。
（1）零件直接進爐，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爐，可以縮短零件的加熱時間，減少零件的氧化、脫碳和變形。另外，如果爐底板不平整，對于容易變形的零件應(yīng)事先準備加熱平板，并提前放在電爐中加熱。
（2）對于表面質(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（見圖1）。就是將零件或模具放在保護箱中，然后往保護箱里放木炭。木炭放入量應(yīng)根據(jù)零件或模具的材料、裝箱量以及保護箱的大小還有加熱、保溫時間來確定。木炭放入太多會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，木炭放入太少就會造成零件或模具表面脫碳，嚴重時甚至表面還會出現(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 保護箱示意
（3）對于一些尺寸大、保護箱放不下的零件或模具可以采用木炭裝盤的方法（見圖2）。
圖2 保護盤示意
（4）對于尺寸長、不能在鹽爐加熱的長軸件和長條件可以放在槽鋼中用箱式電爐加熱，進爐前在槽鋼和零件上放木炭保護。
3.采用井式氣體滲碳爐加熱
對于一些尺寸長、不能采用鹽爐加熱的長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。零件進爐后，爐溫達到800℃左右就要往爐內(nèi)滴煤油對零件進行防氧化、脫碳保護。我們單位使用的井式氣體滲碳爐型號是RQ2-75-9，煤油滴量為60~80滴/min。為了減小零件的變形，可以采取熱爐進爐的方式，縮短零件的加熱時間。
4.采用不銹鋼包膜紙保護
近年來，我們單位對一些重要的模具（主要是4Cr5W2VSi材料的模具，這種材料脫碳和增碳都對模具熱處理后的硬度影響較大）采用不銹鋼包膜紙保護，減少模具表面的氧化、脫碳（見圖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。因為很薄，能像紙一樣折疊包裹模具，密封性能好、耐高溫。另外，模具經(jīng)過包裹后就能直接在電爐里加熱，不需要裝箱保護，可以大大縮短模具的加熱時間。
不銹鋼包膜紙保護的方法一般采取熱爐進爐的方式，目的是縮短在電爐內(nèi)的加熱時間，盡量減少模具表面的氧化、脫碳。另外，加熱時間長了之后，不銹鋼包膜紙的保護作用會變差，甚至會破裂。為了方便模具進出爐，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年開始，我們開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，無毒、無味，對環(huán)境不造成污染。該防氧化劑形成的防護膜極薄，在工件淬火冷卻，退火、正火出爐過程中會自行脫落，不會影響工件的冷卻，也不會對淬火介質(zhì)產(chǎn)生損害。同時，該防氧化劑具有使用方便的特點，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。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，通過滴管往爐內(nèi)滴注防氧化劑。我們單位采用的是“潑”的方式，因為這種方式操作最簡便。
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過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到設(shè)計圖樣的要求。經(jīng)過粗加工的45鋼工件熱處理加熱時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的方法，比如Cr12MoV材料的模具。CrWMn、GCr15材料的零件如果要求達到60HRC以上，就盡量不要采用防氧化劑保護的方法。
6.使用少氧化爐
相對于真空熱處理爐、熱處理多用爐，少氧化爐價格便宜很多，而且生產(chǎn)成本也相對更低。少氧化爐還可以通過控制滴注劑（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）滴量的方法來調(diào)整爐內(nèi)的碳勢，這樣就可以根據(jù)零件材料的含碳量來設(shè)定爐內(nèi)的碳勢控制值，能夠更好、更準確地保護零件或模具。我們單位2012年年底購買了兩臺少氧化爐，不久就將投入使用。
7.結(jié)語
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，使用這些簡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（相對于使用真空熱處理爐、熱處理多用爐對零件進行熱處理而言）。當然，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)選用更先進的熱處理設(shè)備（如真空熱處理爐、熱處理多用爐）以達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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