【航空工业行业标准(HB)】 航空结构钢不锈钢真空热处理说明书

中华人民共和国航空航天工业部杭空工业标准
HB/Z191—91
航空结构钢不锈钢
真空热处理说明书
1991-06-18发布
中华人民共和国航空航天工业部1991-10-01实施
主题内容与适用范围
引用标准
真空热处理类别
设备控制
工艺材料控制
生产过程控制
质量控制与检验
9设备的使用与维护
附录A加热滞后时间的测定方法（补充件）次
附录B
脱碳、增碳、增氮、晶间氧化的检验方法（参考件）附录硬度换算表（参考件）
中华人民共和国航空航天工业部航空工业标准航空结构钢不锈钢
真空热处理说明书
1主题内容写适用范围
HB/Z191-91
本标准规定了航空产品用结构钢、不锈钢的真空热处理类别、设备控制、工艺材料控制、生产过程控制、质量控制与检验、设备使用与维护等有关要求。本标准适用于航空结构钢、不锈钢零件在冷壁辐射加热真空炉中进行的真空热处理。在其它类型真空炉中进行的真空热处理也可参照使用本标准。2引用标准
GB4002
GB2479
工业电热设备基本条件
白刚玉技术条件
HB/Z136
航空结构钢热处理说明书
HB/Z80
HB5013
HB5143
HB5144
HB5168
HB5172
HB5173
HB5354
HB5408
HB5412
HB5413
HB5415
HB5425
3术语
3.1真空压强
航空用不锈钢、耐热钢热处理说明书热处理零件检验类别
金属室温拉伸试验方法
金属室温冲击韧性试验方法
金属布氏硬度试验方法
金属洛氏硬度试验方法
金属维氏硬度试验方法
航空制件热处理质量控制标准
热处理用工业硝酸钾
热处理用氩气
热处理用氮气
热处理萍火用油
航空制件热处理炉有效加热区测定方法真空状态下残余气体的压强。
3.2真空工作压强
零件在真空或分压下进行加热的工作压强。航空航天工业部1991-06-18发布1991-10-01实施
3.3加热滞后时间
HB/Z191-91
零件与炉膛到达预定加热温度的时间差。4真空热处理类别
4.1航空结构钢的真空热处理类别如下：a.真空淬火(真空油淬、真空气淬、真空水淬、真空等温淬火)；b.真空正火；
c．真空退火；
d.真空回火。
4.2航空不锈钢的真空热处理类别如下：a：真空萍火或真空固溶处理（真空油冷、真空水冷、真空气冷）：b.真空正火；
c、真空退火；
d．真空回火或时效。
5.设备控制
5.1真空加热设备
5.1.1真空炉般应为冷壁辐射加热式。5.1.2真空炉的分类与一般要求、温度测量设备与热电偶的要求、炉温控制档案的建立均应符合HB5354的有关规定。
5.1.3真空炉的炉温均匀性检验应在真空压强小于13.3Pa的状态下进行。其检验方法应符合HB5425的有关规定。
5.1.4真空炉空炉冷态的压升率一般应小于0.67Pa/h。使用较久的真空炉的压升率不应大于1.33Pa/h。压升率的检验应按GB4002的规定执行。压升率的检定周期规定如下：a。在连续使用的情况下每月一次；b。设备大修后、更换密封元件后或长期未用重新使用前应及时进行检定。5.1.5真空炉应具有真空压强指示、记录及自动控制的装置。真空测量仪表的检验按计量部门的有关规定执行。
5.1.6真空加热室所用结构材料不应对真空热处理的零件产生有害的影响。5.1.7真空炉冷却水进口水压应大于0.2MPa，流量应能调节，并备有报警及断水保护装置。冷却水进口水温为5～35℃，出口水的温升不得超过20℃。5.1.8用于真空气淬和真空回火的真空炉应具有快速充气装置、风扇搅拌和热交换装置。5.1.9真空炉的加热电极在通水的情况下对地绝缘电阻应大于1k2。5.1.10在空炉并经干燥、除气的情况下，工作容积小于和等于0.5m3的真空炉，应在20min内抽到规定的真空工作压强；工作容积大于0.5m2的真空炉，应在30min内抽到规定的真空工作压强。
5.1.11在真空工作压强下，空炉由室温升至炉子的最高工作温度的时间一般不大于60min。2
HB/Z191-91
5.1.12真空炉的淬火转移时间（由开启闸阀时起算到零件全部没入淬火介质中结束）一般不超过25s。
5.1.13真空炉及其辅助设备与各种仪表的工作环境应符合使用说明书的要求。5.2冷却设备
5.2.1真空炉应根据需要装配固定的或可装卸的油槽、水槽、等温淬火槽、气冷槽。其容积应足够大，以保证在连续生产条件下具有足够的冷却能力。油槽、水槽、等温萍火槽的工作温度不得因零件的淬入而超过工艺温度或使用温度的上限。5.2.2萍火油槽、水槽、等温槽均应配备加热、冷却、测控温、超温报酱及搅拌装置。5.2.3硝盐等温槽应配备专用机械泵抽真空。在抽真空系统中应有硝盐冷凝过滤装置。5.3清洗设备
5.3.1清洗设备应满足零件清洗质量的要求。5.3.2凡对环境有污染或对操作人员身体健康有影响的清洗设备，均应符合技安管理条令的规定。
5.3.3凡有温度要求的清洗设备，均应配备分辨力小于或等于5℃的测温仪表。6工艺材料控制
6.1冷却介质
6.1.1真空萍火油
6.1.1.1国产真空萍火油的技术要求应符合HB5415的规定。使用过程中的真空萍火油应按HB5354的规定进行定期化验。6.1.1.2应根据使用效果（率火硬度和光亮度）或化验结果，对真空淬火油进行必要的调整或更换。
6.1.2氮（氩）气
真空热处理所用氮气（纯度≥99.995%）、氩气（纯度≥99.99%）的技术要求应分别符合HB5413与HB5412的规定。不允许使用氨分解的氮气。6.1.3硝酸盐
6.1.3.1真空等温萍火介质可采用成份为55%硝酸钾十45%亚硝酸钠的混合硝酸盐。其技术要求与化验周期应符合HB5354第3.2.2项表11的规定。6.1.3.2硝酸钾的技术指标应符合HB5408的规定。6.1.3.3亚硝酸钠的技术指标应符合HB5354的规定。6.2清洗剂
6.2.1清洗剂的品种
真空热处理前后，零件可用下列清洗剂进行清洗（清洗剂不应与零件发生不良反应）：a.有机溶剂（含有机溶剂蒸气）；b.金属清洗剂（不推荐使用水溶性清洗剂）。6.2.2清洗剂的调整与更换
应根据清洗效果对清洗剂进行必要的调整或更换。3
6.3氧化铝粉
HB/z191--91
真空热处理用氧化铝粉的技术要求应符合GB2479的规定。其粒度范画推荐为W63～W5。
7生产过程控制
7.1准备操作
7.1.1零件表面的原始状态
需进行真空热处理的零件表面不应有对零件和炉子产生有害影响的切屑，污物和低熔点涂镀层等。
7.1.2零件与夹具的清理
零件以及随零件同炉处理的各种试样与夹具在真空热处理前均应进行清洗、烘（晾）干，表面不得留有油污和手印，内孔不得留有残油和清洗剂。7.1.3夹具处理
首次使用的夹具应预先在不低于零件的处理温度和不高于零件处理的真空工作压强下进行除气处理。
7.1.4零件的放置与装夹
零件以及随炉处理的试样应散放在料筐内或吊挂在夹具上。叠放时，应在零件相互接触处用氧化铝粉隔离。绑扎零件所用铁丝应预先去掉镀层。7.1.5随炉试样
7.1:5.1重要零件热处理时，应按HB5013的规定，带有规定数量的与零件同炉材料的力学性能试样，随零件同炉处理。
7.1.5.2重要零件热处理时，应按专用技术文件的规定，带有规定数量的与零件同炉材料的表面显微特征（脱碳、增碳、增氮、晶间氧化）检验试样，随零件同炉处理，但不回火。7.2热处理
7.2.1预热
7.2.1.1零件加热前，应将加热室真空压强抽至13.3Pa以下。7.2.1.2为避免裂纹和减少变形，下列任何类型的零件在正火、淬火或固溶处理加热时均应进行预热：
a.截面厚度变化大，有尖角或者形状复杂的零件；b.不锈钢有效厚度大于或等于30mm的零件：c.硬度大于或等于HRC35的岑件；d.名义含碳量大于或等于0.4%的零件。7.2.1.3当零件的材料、尺寸、形状或热处理工艺不会使零件产生裂纹或超过图纸规定的变形时，零件可在不超过工艺温度的上限的任何温度下入炉。7.2.1.4结构钢、不锈钢可以采取下列方式进行预热：&.阶段升温；
b650~700℃预热--次；
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c.650~700℃+850~900℃预热二次。7.2.1.5预热时间应保证炉内所有零件的截面到达预热温度。预热时间由实测决定或取真空淬火保温时间的0.5～1倍。
7.2.2加热温度
结构钢、不锈钢的淬火、固溶处理、正火、退火、回火或时效的加热温度应分别按HB/Z136和HB/Z80的规定执行。
7.2.3加热滞后时间
应按附录A（补充件）规定的方法对零件在真空炉中的加热滞后时间进行实际测定。测定的结果用于确定零件在真空炉中加热的保温时间。7.2.4真空加热的保温时间
除非另有规定，零件真空加热的保温时间按下述方法确定：a.在实际测定了加热滞后时间的情况下，零件真空加热的保温时间等于实测的加热滞后时间加上表1规定的保温时间，
b．在未实际测定加热滞后时间的情况下，零件的真空加热的保温时间应在表1规定的保温时间的基础上再增加50%，
c.若零件的加热是在7.5×10'Pa以上的回充氮（氩)气的真空工作压强下进行，零件的真空加热的保温时间等于表1规定的保温时间。零件的真空加热的保温时间均从仪表到温起算。表1结构钢、不锈钢的保温时间
淬火（围溶）、正火、
退火保温时间
25~30min+
2~3min/mm
注：①本表引自HB/Z136
≤300℃的回火可不在真空炉中进行。≤300℃
回火（时效）保温时间
>300℃
120~180min+
1min/mm
40~60min+
2~3min/mm
③本表中的保温时间均按有效厚度计算。散放时按单件的有效厚度进行计算，叠放时按叠放的有效厚度进行计算。结构铟的保温时间取中下限，不诱钢的保溢时间取中上限。①计算保温时间还应考虑形状系数，零件的形状系数按HB/Z136的规定执行。7.2.5加热室真空工作压强与气氛加热室的真空工作压强与气氛要求列于表2。表2加热室真空工作压强与气氛要求加热温度℃
真空工作压强
13.3×10-2~13.3
气氛要求
残余空气、氮(氩)气
氮(氩)气
加热温度℃
800950
950~1050
HB/Z191-91
续表2
真空工作压强
13.3X10-1～~13.3
注：结构钢加热时可回充氮（氩）气。不锈钢加热时应回充氩气。7.2.6冷却
7.2.6.1气冷（萍）
气氛要求
残余空气、氨（氩）气www.bzxz.net
氨(氩)气
残余空气、(氩)气
氨(氩)气
氨(氩)气
结构钢进行真空气冷（淬）时，可使用氮气或氟气。不锈钢进行气冷（）时，应使用氩气，一般不允许使用氮气。气冷（淬）时应用风扇进行搅拌使气体循环流动。气冷（率）室（槽）应预先抽真空到13.3Pa以下。气冷（萍）的充气压强应根据工艺需要确定。般应控制在7.5×10Pa左右。
7.2.6.2油
7.2.6.2.1真空油淬前，应通过加热、反复抽空与搅拌，将真空淬火油充分脱气及排除水份，其后真空压强应保持在13.3Pa以下。7.2.6.2.2油温应控制在20～90℃范围内。7.2.6.2.3萍火时油面压强一般应通过回充氮（氯）气控制在5×10Pa左右，并采取先充气后入油的方式进行淬火。对于淬透性较好的结构钢（如40CrMnSiMoVA，40CrNiMoA、30CrMnSiNi2A、300M钢等）以及马氏体不锈钢等，可以采取先入油后充气或不充气、或先充气后入油的方式进行萍火。采取先充气后入油的方式，充气压强可小于5×10'Pa，一般控制在2.5×10'Pa左右。采取先入油后充气方式，推荐充纯度较低的氮气或氟气，不宜充大气。7.2.6.2.4淬火时油槽一般应进行搅拌，使油循环流动。7.2.6.3硝盐等温火
7.2.6.3.1新配制的硝盐熔液、或者补充新盐后的硝盐熔液、或者长期停放重新使用的硝盐熔液，在率火前均应加热至高于实际使用温度进行反复抽空与搅拌，并用氮（氩）气洗炉1～3次（每次充气使硝盐液面压强达到5×10*Pa左右），使之充分脱气和排除水份。此后，硝盐液面的真空压强应保持在133Pa以下。7.2.6.3.2硝盐槽的工作温度应根据工艺要求确定。其温度均匀性应在土5℃的范围内。7.2.6.3.3萍火前硝盐液面压强应通过回充氮（氩）气控制在7.5×10*Pa以上，并采取先充气后入硝盐熔液的方式进行萍火。零件萍火后，可回充纯度较低的氮（氩）气或者大气至一个大气压压强，然后将硝盐槽转移到空气中继续进行等温。7.2.6.3.4萍火时硝盐槽一般应进行揽拌，使硝盐熔液循环流动。7.2.6.4水萍
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7.2.6.4.1真空水前，应通过抽空与搅拌（时间不宜过长），并用氮（氩）气洗炉1～3次（每次充气使水面压强达到5×10°Pa左右），使之充分脱气。此后，水面真空压强应保持在133Pa以下。
7.2.6.4.2水槽的工作温度应根据工艺要求确定。7.2.6.4.3率火前，水面压强应通过回充氮（氩）气控制在7.5×10Pa以上，并采取先充气后入水的方式进行淬火。
7.2.6.4.4淬火时水槽般应进行揽拌，使水循环流动。7.2.7真空热处理的零件最大尺寸限制对率透性较低的钢种制成的零件，真空油的最大尺寸限制为普通油淬的最大尺寸限制的75%。
7.2.8淬火与回火之间的时间间隔真空热处理零件的痒火与回火之间的时间间隔按有关标准或专用技术条件的规定执行。7.2.9重复热处理
真空热处理零件的重复热处理按有关标准或专用技术条件的规定执行。7.2.10原始记录档案
真空热处理全过程的记录与归档的要求应按HB5354的规定执行。7.2.11操作人员
真空热处理操作人员的要求应符合HB5354的规定。8质量控制与检验
8.1质量控制
8.1.1表面质量
真空热处理后零件的表面应光亮、无碰伤。8.1.2脱碳、增碳和增氮
8.1.2.1除非另有规定，真空热处理后零件的表面不应有脱碳、增碳和增氮。随后有机加工序可以去掉受影响的表面的零件不受此限制。8.1.2.2真空热处理后有喷丸工序的零件，允许脱碳层深度不超过0.075mm。8.1.2.3禁止进行复碳处理。
8.1.3晶间氧化
真空热处理后零件表面晶间氧化深度的要求应符合有关标准或专用技术条件的规定。8.1.4力学性能
结构钢、不锈钢零件的真空热处理的力学性能应满足有关技术标准、专用技术条件或图纸规定的要求。
8.1.5变形
真空热处理后零件的变形应符合工艺文件规定的要求。必要时可进行校正和去应力回火。8.2检验
8.2.1表面质量检验
HB/Z191--91
真空热处理后零件的表面质量用目视检查。8.2.2脱碳、增碳、增氮和晶间氧化检验脱碳、增碳、增氮和晶简氧化的检验推荐按附录B(参考件）规定的方法进行。抗拉强度低于1520MPa的零件的脱碳或增碳（氮）深度规定为由试样表面向内低于或高于心部硬度但不超过HR3ON3个单位处的垂直距离。HR30N的硬度值是由HK（努氏）或显微维氏硬度实测结果换算得来的。抗拉强度高于或等于1520MPa的零件的脱碳或增碳（氮）深度规定为由试样表面向内低于或高于心部硬度但不超过HK（努氏）或显微维氏硬度20个单位处的垂直距离。硬度换算关系见附录C（参考件）表C1。8.2.3力学性能检验
真空热处理试样的力学性能试验按HB5143、HB5144、HB5168、HB5172、HB5173的规定进行。
8.2.4变形检验
真空热处理后零件的变形按工艺文件规定的部位和方法进行检验。9设备的使用与维护
9.1真空炉的使用与维护按炉子的操作使用说明书的规定进行。9.2双室或多室真空炉的隔热隔气阀应在闸阀两侧的压强接近平衡的条件下开启。必要时可充少量氮（冠）气进行调整。
9.3真空炉的环境温度在冬季有可能降至零下时，在停炉期间应将真空炉冷却系统中的水放尽。
9.4真空炉因检定不合格而不能用于生产时，应在显著位置挂上禁用牌。9.5真空炉在不使用期间，真空加热室和冷却室（槽）应处在真空状态下。9.6真空炉在进行油、水淬和等温萍火后，应及时清除炉髓、料筐及运载部件上面的油、水或硝盐。
9.7应经常检查绝缘电阻，保证绝缘良好。9.8真空密封机构拆卸后应用汽油或酒精等清洗干净，干燥后涂上真空油脂才能重新组装和使用。
9.9真空泵、真空阀门、各种仪表等均应按产品说明书规定的方法进行使用与维护。9.10真空泵的抽空能力下降时，应由专门人员进行拆洗或换油。9.11采用石墨和（或）钳作加热和（或）隔热元件的真空炉的加热室，当湿度降至120℃以下方可暴露于天气，当温度降至350℃以下方可停泵关水。9.12真空炉储气罐应按国家劳动总局《气瓶安全监察规程》的规定进行定期检查。9.13真空炉检漏可用下列方法：a.卤素检漏仪法，
b.氮质谱检漏计法；
c。用乙醚、酒精、丙酮等进行检查、8
A1试样材料和几何尺寸
HB/Z19191
附录A
加热后时间的测定方法
(补充件）
应至少选取代表零件的最小，最大和中等厚度的三种尺寸的试样进行加热滞后时间的测定。试样的材料和表面状态应与实际零件相同。试样的形状、尺寸应符合图A1的规定。A2测试温度和真空工作压强
加热滞后时间的测定至少应在四个温度下进行：生产中将要使用的最高和最低两种温度以及两种中间温度。中间温度应从生产中所使用的总的温度范围内以接近等间隔的办法选取。升温方式与加热功率等应与实际生产条件相同。加热滞后时间的测定应在加热室的真空工作压强小于13.3Pa的条件下进行。的条件下进行。
A3测试装炉量与装炉方式
根据生产需要测定满载和（或）半载时的加热滞后时间。装炉方式应与实际生产相况相同。5
图A1测定加热滞后时间的试样图L≥2D;H=D~0.5L，D—圆形或方
（矩）形试样的直径或厚度，mm）9
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