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國外熱處理技術及熱處理設備

查看：1458 　發稿日期：2016-01-13 17:01:16

1.熱處理技術現狀（1）推廣應用高壓氣冷淬火國外的熱處理廠家非常重視熱處理過程中的冷卻。根據產品的技術和工藝要求，可進行慢速冷卻、油淬冷卻、一次性氣淬冷卻等。快速氣氛循環冷卻采用向冷卻室噴射高壓氣體，由計算機控制流速和流量的變化，以達到在特定時間內冷卻速度，從而實現熱處理過程中所要求的冷卻曲線，確保零件的熱處理質量。以前采用氣淬方式冷卻的淬火氣體有氮氣、氦氣等，現在用空氣強烈噴射，使工件在極快速度下冷卻，淬火后表面僅有極薄的氧化色膜，呈灰白色，零件色彩依然美觀，而節約大量氮氣和惰性氣體，使熱處理成本進一步下降。真空低壓滲碳與高壓氣淬相結合是當今一種先進的滲碳淬火工藝，它具有滲碳速度快、碳化物組織優良、淬火開裂和變形小、節約能源和滲碳劑原料、滲碳零件表面質量好、并有利于環保等特點。（2）熱處理設備采用油冷風機冷卻、熱交換器冷卻、淬火油槽冷卻等所有需冷卻的裝置，全部采用油封式自冷，全面取代水冷循環系統，整個熱處理爐不用任何冷卻水。例如，熱風循環風機冷卻：將原水冷套進出水管改用油管引出，接近風機處放一個直徑為102mm的小油箱，油冷卻系統全封閉，當風機軸承有熱量增加時，被加熱的油比重小，自然向上浮起，引起油自然循環。在小油箱存油量和自然散熱的情況下，熱油被冷卻后又加入循環，達到在不耗油又不需要動力的條件下完全取代水冷。淬火油槽板式換熱器中的水換成冷卻油，冷卻油受到熱油的熱交換而被升溫，油比重的變化引起冷卻油的自身循環，在爐頂的油箱外加上散熱片，配合風扇的作用，達到全油冷的效果，節約大量的冷卻水。（3）滲氮爐上采用氫探頭德國的Ipsen公司已應用氫探頭和相應的技術測控滲氮爐內的氮勢，以對滲氮的爐氣氛進行調節和控制，實現滲氮爐的現代化。（4）燃氣輻射管目前，歐洲的熱處理設備已大部分采用燃氣輻射管，使用天然氣加熱。燃氣加熱技術和裝備在歐洲已十分成熟，天然氣燒嘴已有標準系列，由專業燒嘴廠制造供應，并將燃氣輻射管的內管由不銹鋼換成陶瓷，延長使用壽命并提高功率。天然氣加熱提高能源利用率，降低生產成本。 2.熱處理變形與預防方法熱處理變形有兩種類型：一是尺寸的變化，二是零件幾何形狀的變化。熱處理技術不同，零件尺寸和幾何形狀的變形及防變形方法亦不相同。熱處理加熱奧氏體化過程中，保溫時間越長，溫度越高，則溶入奧氏體的碳越多，馬氏體轉變時產生的膨脹越大。冷卻時，馬氏體膨脹最大，上貝氏體次之，下貝氏體和屈氏體的體積變化很小。低溫回火時，馬氏體發生收縮，收縮量與過飽和的碳含量成正比。在室溫-200℃加熱時，部分殘余奧氏體會轉變成馬氏體，出現膨脹。但該膨脹因200℃附近馬氏體發生分解，因此表現上變化不大。在常規熱處理中，零件形狀變化的主要原因是熱處理加熱和淬火時發生的熱應力和相變應力。加熱速度過快、相對于加熱爐而言零件太大、零件各部分的溫度不同，都會導致熱變形。保溫時，加工的殘余應力會發生釋放而產生變形，零件的自重也會導致變形。冷卻時，由于零件不同部位的冷卻速度不同，會形成熱應力而使零件變形。即使冷卻速度相同，冷卻總是表面快，心部慢。因此，先相變的表面使未相變的心部發生塑性變形。如果材料中存在合金成分的偏析，或者表面脫碳，則相變應力更不均勻，更易導致零件變形。另外，如果零件厚薄不均，也會造成冷卻速度不同。在鍛件的熱處理中，減少變形的零件擺放方式，一是盡可能垂直吊掛，二是垂直放在爐底部，三是用兩點水平支撐，支點位置處于全長的三分之一與四分之一之間，四是平放于耐熱鋼工裝上。在零件的冷卻過程中，淬火介質的種類、冷卻性能、淬硬性等與變形有關。冷卻性能的變化可通過改變介質的黏度、溫度、液面壓力、使用添加劑、攪拌等進行調節。淬火油的黏度越高，溫度越高，橢圓形變形越小。在靜止狀態下，變形較小。以下幾種方式可有效降低變形：①鹽浴淬火；②高溫油淬火；③QSQ法；④減壓淬火；⑤一槽三段淬火。鹽浴淬火和高溫油淬火相似，都是在馬氏體轉變溫度處淬火，使馬氏體相變的均勻性增加。QSQ是雙液淬火。減壓淬火是通過降低淬火介質的液面壓，從而延長蒸汽膜階段，高溫區的冷卻速度下降，使零件各部分的冷卻速度均勻。一槽三段淬火結構簡單，首先將零件從淬火溫度油冷至略高于Ms點的溫度，隨后出爐，在氣氛中保持，使零件整體溫度均勻，然后再油冷，使馬氏體相變均勻進行，變形的不規則性得到極大的改善。 3.歐洲先進熱處理設備的特點（1）全自動控制的熱處理生產線為了使工件在生產線上自如地完成整個所要求的熱處理工藝過程，被特定設計的連續爐相互連接溝通。爐膛內可多方位貫通，并可使工件料筐90℃角轉入下道加熱區或過渡保溫箱，經傳送抵達下一工序或進入冷卻室冷卻。這種爐體結構和傳送裝置都具有相當高的水平。以可控氣氛箱式爐為例，為滿足滲碳、碳氮共滲、氮碳共滲、淬火或光亮淬火、等溫淬火等熱處理工藝的實施，料盤和料架上的工件以冷鏈驅動的方式自動送入、通過和送出爐膛，在各自的爐子中完成所要求的工藝。箱式爐與相應的計算機輔助測量、控制與調節系統連用，形成各個獨立的模塊單元，易于相互連接，構成完善、靈活、組合式自動熱處理系統。（2）高壓氣淬密封箱式爐和多室貫通式密封箱式爐高壓氣淬密封箱式后室為密封箱式爐結構，前室進行高壓氣淬。工件在后室保護氣氛中無氧化加熱或在滲碳氣氛中滲碳，在前室進行無氧化光亮淬火。后室爐襯為氧化鋁和保溫陶瓷纖維，發熱元件為臥式并聯電熱輻射管，頂置爐內熱風循環風機，保護氣氛可采用甲醇或氮氣；前室中部為工件氣淬室，下部為進氣管道，上部為冷卻回風熱交換器。前室外側安裝變頻調速大功率風機，通過氮氣或氦氣的快速循環使工件冷卻淬火，淬火冷卻速度可通過調節風機速度控制。經高壓氣淬后的工件無氧化、表面呈銀灰色，變形小，避免了油淬后所需的清潔等工序。多室貫通式密封箱式爐由德國的Ipsen公司制造。在前室完成預熱和滲碳后，工件送入后室淬火，然后直接從后面出爐，減少加熱室的空閑時間，提高工作效率，降低能源消耗。（3）高壓氣淬推桿爐生產線在推桿爐出口端，密封連接高壓氣淬室。工件運行到氣淬室時，可采用高壓氦氣或氮氣淬火。為了降低成本，也可采用空氣高壓氣淬，由于淬火時間極短，工件不會出現氧化皮，僅表面呈現淺黑色。（4）安裝有外加熱和風冷的離子滲氮爐爐體井式鐘罩結構，WDS爐襯保溫，不銹鋼真空罐罩式單層，外壁安裝三區三層密閉式發熱元件，使爐溫上中下均勻一致。爐體分上中下安裝3臺側風機，三區獨立熱風循環送風，工作時擋回風道封閉，熱風只能在爐內加熱層內循環，達到爐溫均勻目的。工藝完成停爐時，回風道開啟，冷風在上中下三區同時送入加熱室夾層，使爐體快速冷卻，很短時間即可出爐。爐底座為連體式雙座，液壓升降立柱在二個底座之間可左右旋轉，將爐體提升后旋向另一個已裝好料的底座，這樣一爐雙座，可提高生產效率。

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