CN104313257A - 一种改进的回火炉和回火方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种回火方法，通过在普通的回火炉上加装抽真空设备和惰性气体充气装置，使工件在保护气氛中回火和冷却，防止工件在高温状态被空气中的氧气氧化，从而显著的提高工件的使用寿命，降低生产成本。

Description

一种改进的回火炉和回火方法

技术领域

本发明具体涉及一种改进的回火炉和回火方法，用于提升压铸、塑胶模具的寿命。

背景技术

回火是将工件淬硬后加热到Ac₁以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。回火可使工件获得所需的使用性能。

钢在淬火后一般很少直接使用，因为淬火后的组织是马氏体和残余奥氏体，并且有内应力产生，马氏体虽然强度、硬度高，但塑性差，脆性大，在内应力作用下容易产生变形和开裂；此外，淬火后组织是不稳定的，在室温下就能缓慢分解，产生体积变化而导致工件变形。因此，淬火后的零件必须进行回火才能使用。

回火的目的是：消除工件淬火时产生的残留应力，防止变形和开裂；调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求；稳定组织与尺寸，保证精度；改善和提高加工性能。因此，回火是工件获得所需性能的最后一道重要工序。

按回火温度范围，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火。

淬火钢的组织转变可分为四个阶段：马氏体的分解(200℃以下)→残余奥氏体分解(200～300℃)→渗碳体的形成(250～400℃)→渗碳体聚集长大(400℃以上)。随着回火温度升高，淬火内应力不断下降或消除，硬度逐渐下降，塑性、韧性逐渐升高。

压铸模具、塑胶模具由于热处理工艺造成早期失效，主要表现在:早期表面龟裂或粘模及抛光性能较差。

造成上述早期失效的原因主要是早期回火设备本身的缺陷造成的。这些设备在回火时工件都处于空气中，同时由于压铸模具或塑胶模具较多为大中件，因此需要多次回火，而且回火时间长，这样高温状态的模具极易被空气中的氧气氧化，在模具表面形成较深的氧化层，严重的甚至会产生脱皮现象，模具表面的晶粒组织受到严重损伤。后续虽然会有精加工进行修补，但这些损坏组织依然可能会向深层组织延伸。并且后期的高温及其它复杂环境的使用会加剧它的失效影响。

为了解决模具早期失效的问题，采用的方法或回火设备的发展分为三个阶段。

第一阶段，采用箱式电阻炉和不带气氛保护的井式炉。在空气中回火会造成模具氧化，且随着回火时间的延长或回火温度的升高氧化程度更加严重。

第二阶段，采用通过滴加油精或煤油形成气氛保护的井式炉，可以部分解决氧化问题，达到防氧化的效果，但效果并不理想。主要原因在于：滴加的物质在高温状态下会分解产生氢和对环境有害的物质，并且氢与模具发生化学反应，使模具发生部分氢脆现象，影响早期失效。

第三阶段，采用真空回火设备。真空回火可以有效避免模具表面氧化问题，但真空度对设备要求高，价格过高，超出一般企业的可承受范围，而且不适合小批量的模具回火。同时，由于工件回火时是真空状态，模具的受热方式只有辐射一种，炉内不同位置温差大，对于大中件的影响较大，导致回火不均。

因此，需要对回火设备和回火方法进行改进。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种改进的回火炉和回火方法，使工件在回火时与空气中的氧气隔绝，不产生氧化层，从而达到提高工件寿命的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种改进的回火炉，包括回火炉，所述回火炉上加装一套抽真空设备和一套惰性气体充气设备，所述惰性气体充气设备包括惰性气体压缩瓶、减压阀、安全阀和充气阀；所述安全阀、减压阀和充气阀顺次设于惰性气体压缩瓶的出气口管道上。

优选的，所述惰性气体压缩瓶中的气体为氮气、氦气、氩气中的一种。

一种回火方法，包括如下步骤：

首先，在回火升温到达200℃前启动抽真空设备对回火炉抽真空，去除空气；

其次，在炉温升至200℃时，充惰性气体进炉胆，然后启动循环风机升温回火，在此过程中需保证炉内惰性气体压力>大气压力，并且保持稳定；

最后，回火结束后放掉热的惰性气体，再充惰性气体冷却至≤400℃时，工件出炉空冷。

优选的，第一步中的回火炉抽真空后的真空度≤1000Pa。

本发明与现有技术相比的优势在于：

1、改进后的回火炉可先抽真空再充氮气(惰性气体)，使工件在回火时避免氧化。这种方式不仅成本低，而且炉体内外的压差小，不会对回火炉产生破坏，同时回火效果好。

2、回火时，炉内充有恒定压力的氮气，可增加对流传热使炉体内各处温度更均匀稳定，有利于大中件的均匀回火，使工件硬度均匀；因为氮气是惰性气体，在回火时可成为保护气氛，有效保护工件不被氧化，并且氮气排入大气后对环境无任何危害，有利于环保。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例1所公开的一种改进的回火炉的结构示意图；

图2为工件在普通大气回火炉处理后的金相图(放大倍数：400)；

图3为工件在氮气保护回火炉中处理后的金相图(放大倍数：400)。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

现有技术：

利用现有技术中的回火炉对工件进行回火处理时，其过程如下：

首先，回火炉的温度在30min内从室温升至200℃，

其次，在炉温升至200℃时，然后启动循环风机升温回火，升温至700℃，并恒温6小时。

最后，回火结束后降温至400℃时，工件出炉空冷。

对工件进行金相测定，结果见图2。

实施例1.

如图1，一种改进的回火炉，包括普通的回火炉1(回火时内部是空气)，在回火炉1的炉体上加装一套抽真空设备(真空泵)2和一套惰性气体充气设备。

惰性气体充气设备包括惰性气体压缩瓶3，和顺次设于其出气口管道上的安全阀4、减压阀5和充气阀6。

惰性气体压缩瓶中的气体为氮气、氦气、氩气中的一种。

本例中选用廉价的高纯氮。

利用改进后的回火设备进行工作，回火方法如下：

首先，回火炉的温度在30min内从室温升至200℃，在此过程中，启动抽真空设备(真空泵)对回火炉抽真空，去除空气，真空度抽至800pa(真空度≤1000Pa)。

其次，在炉温升至200℃时，充高纯氮进炉胆，然后启动循环风机升温回火，在此过程中需保证炉内氮气压力>大气压力，并且保持稳定；方法可在炉体的氮气出口处增加一气管，气管伸入水面以下，观察气泡冒出的速度来判断。只需气泡匀速冒出即可，说明内部是正压。继续升温至700℃，并恒温6小时。

最后，回火结束后放掉热的氮气，再充氮气冷却至400℃时，工件出炉空冷，表面为青黑色。

对工件进行金相测定，结果见图3。

现有技术与实施例1的对比：

如图2，当工件在普通的大气回火炉中回火后，进行金相检测，选取三个点测定，氧化层的厚度依次为26.54、24.41、25.12μm，平均值为25.36μm。

如图3，当工件在改进的氮气保护回火炉中回火后，再对其进行金相检测，与图2对比可知图3中没有测出氧化层的厚度，即没有氧化层的存在。

图3与图2的对比，可明显揭示出工件在氮气保护回火炉中处理的结构的优异性。

实施例2.

利用实施例1中的改进后的回火设备进行工作，回火方法如下：

首先，回火炉的温度在30min内从室温升至200℃，在此过程中，启动抽真空设备(真空泵)对回火炉抽真空，去除空气，真空度抽至600pa。

其次，在炉温升至200℃时，充高纯氮进炉胆，然后启动循环风机升温回火，在此过程中需保证炉内氮气压力>大气压力，并且保持稳定；方法可在炉体的氮气出口处增加一气管，气管伸入水面以下，观察气泡冒出的速度来判断。只需气泡匀速冒出即可，说明内部是正压。继续升温至650℃，并恒温8小时。

最后，回火结束后放掉热的氮气，再充氮气冷却至330℃时，工件出炉空冷，表面为青黑色。

实施例3.

利用实施例1中的改进后的回火设备进行工作，回火方法如下：

首先，回火炉的温度在30min内从室温升至200℃，在此过程中，启动抽真空设备(真空泵)对回火炉抽真空，去除空气，真空度抽至800pa。

其次，在炉温升至200℃时，充高纯氮进炉胆，然后启动循环风机升温回火，在此过程中需保证炉内氮气压力>大气压力，并且保持稳定；方法可在炉体的氮气出口处增加一气管，气管伸入水面以下，观察气泡冒出的速度来判断。只需气泡匀速冒出即可，说明内部是正压。继续升温至620℃，并恒温7小时。

最后，回火结束后放掉热的氮气，再充氮气冷却至200℃时，工件出炉空冷，表面为淡黄白色。

本发明与现有技术相比的优势在于：

1、改进后的回火炉可先抽真空再充氮气(惰性气体)，使工件在回火时避免氧化。这种方式不仅成本低，而且炉体内外的压差小，不会对回火炉产生破坏，同时回火效果好。

2、回火时，炉内充有恒定压力的氮气，可增加对流传热使炉体内各处温度更均匀稳定，有利于大中件的均匀回火，使工件硬度均匀；因为氮气是惰性气体，在回火时可成为保护气氛，有效保护工件不被氧化，并且氮气排入大气后对环境无任何危害，有利于环保。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种改进的回火炉，包括回火炉，其特征在于，所述回火炉上加装一套抽真空设备和一套惰性气体充气设备，所述惰性气体充气设备包括惰性气体压缩瓶、减压阀、安全阀和充气阀；所述安全阀、减压阀和充气阀顺次设于惰性气体压缩瓶的出气口管道上。

2.根据权利要求1所述的一种改进的回火炉，其特征在于，所述惰性气体压缩瓶中的气体为氮气、氦气、氩气中的一种。

3.一种回火方法，其特征在于，包括如下步骤：

首先，在回火升温到达200℃前启动抽真空设备对回火炉抽真空，去除空气；

其次，在炉温升至200℃时，充惰性气体进炉胆，然后启动循环风机升温回火，在此过程中需保证炉内惰性气体压力>大气压力，并且保持稳定；

最后，回火结束后放掉热的惰性气体，再充惰性气体冷却至≤400℃时，工件出炉空冷。

4.根据权利要求2所述的一种回火方法，其特征在于，第一步中的回火炉抽真空后的真空度≤1000Pa。