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热处理按工作介质分类
作者: 发布日期:2018/09/29 关注次数:506
热处理按工作介质分类
热处理炉可以分为空气炉、可控气氛炉、真空炉、浴炉、浮动粒子炉。
热处理炉按工作介质可以分为气氛炉、浴炉、流态粒子炉。
气氛炉种类
气氛炉可以分为空气气氛炉、火焰气氛炉、可控气氛炉、真空炉
空气气氛炉
空气气氛炉是一种结构最简单的炉型。工件在该炉内高于560℃以上加热时会氧化脱碳。
火焰气氛炉
火焰气氛是燃料炉燃烧产物气氛。燃烧产物的组成主要是二氧化碳,水和。还可能有过剩的氧气或未完全燃烧的一氧化碳。火焰气氛的性质主要是氧化性,只有当一氧化碳较多时才为弱氧化性或人还原性。
可控气氛炉
可控气氛是人们特意加入炉内的气氛,主要是控制碳势氮势或气氛还原性。按可控气氛的性质分类有:
1)中性气氛,主要是氮气,在氮气的基础上附加其他组分,形成氮基气氛,其性质随附加剂的性质而变化。
2)还原性气氛,主要是氢气。氢气的密度小,,热导率高,还原性强,因此它有热容量小,流动状态好,温度均匀度高的优点。
3)含碳气氛,含碳气氛由碳氢化合物裂化或不完全燃烧而成,有吸热式和放热式两大类,此气氛可在热处理炉外或炉内生成。
可控气氛热处理
1)、在少无氧化热处理技术的发展趋势中,首推可控气氛和真空热处理的发展迅猛。
在目前少品种、大批量生产中,尤其是碳素钢和一般合金结构钢件的光亮淬火、退火、渗碳淬火、碳氮共渗淬火、气体氮碳共渗仍以应用可控气氛为主要手段。所以可控气氛热处理仍是先进热处理技术的主要组成部分。
2)、制备气氛的气源。
我国在掌握和推广可控气氛过程中,在解决气氛问题上走过了漫长的道路。最早的吸热式气氛发生炉主要用液化气,即纯度较高的丙烷或丁烷。近几年已证实,我国的天然气资源丰富,为用甲烷制备吸热式气氛创造了良好的条件。使用不用了生炉的直生式气氛也是一条不容忽视的途径。
3)、加热设备。
密封多用炉和多用炉生产线自动化程度高,生产柔性大,适用性强,因而应用广
4)、可控气氛热处理工艺。
渗碳。高温渗碳是渗碳技术发展趋势之一。提高渗碳温度可以显著提高生产率和节省能耗。为此研究开发可用于1000℃以上的电辐射管材料是当务之急,低压渗碳技术的开发和完善为实现高温渗碳(1040℃)创造了条件。钢件的渗碳层深度要求一般都较保守,有时也很盲目。看来有必要研究决定渗碳层深度的力学因素,探讨减少渗层规定的可能性。
碳氮共渗。碳氮共渗温度比渗碳低,工件畸变小。在渗层深度为0.6mm以下时的渗速接近于930℃渗碳。钢碳氮共渗时容易出现反常组织,淬火后表面硬度有下降现象,渗层中有较多的残留奥氏体。如何合理选择工艺,充分发挥碳氮共渗潜力仍是值得探讨的问题。过去曾有人提倡过高浓度碳氮共渗,也曾有过钢件碳氮共渗时表面含碳量在0.6%,具有最好综合力学性能的报道,为此众说纷纭。看来有必要掌握这些规律,对生产工艺的优选有所帮助。过去和现在都有对滚动轴承施行碳氮共渗以提高接触疲劳强度的报道。例如aisi52100(相当于gcr15)钢制的球和滚柱则由过去的淬火、回火改为碳氮共渗、淬火、回火、轴承的破坏寿命提高了2.42倍。看来,要充分发挥碳氮共渗工艺的潜力还有许多工作需要做。
真空状态炉
低于101.325kpa的稀薄气体状态,均称。在高真空状态下热处理设备发展的主要方向之一。
1)、真空热处理的优越性。
真空热处理是和可控气氛并驾齐驱的应用面很广的无氧化热处理技术,也是当前热处理生产技术先进程度的主要标志之一。真空热处理不仅可实现钢件的无氧化、无脱碳,而且还可以实现生产的无污染和工件的少畸变,因而它还属于清洁和精密生产技术范畴。目前它已成为工模具生产中不可替代的先进技术。
2)、真空热处理工艺。
工件畸变小是真空热处理的一个非常重要的优点。据国内外经验,工件真空热处理的畸变量仅为盐浴加热淬火的三分之一。研究各种材料、不同复杂程度零件的真空加热方式和各种冷却条件下的畸变规律,并用计算机加以模拟,对于推广真空热处理技术具有重要意义。真空加热、常压或高压气冷淬火时气流均匀性对零件淬硬效果和质量分散度有很大影响。采用计算机模拟手段研究炉中气流循环规律,对于改进炉子结构变具有重要意义。真空渗碳是实现高温渗碳的最可能的方式。但在高温下长时间加热会使大多数钢种的奥氏体晶粒度长得很大,对于具体钢材高温渗碳,重新加热淬火对材料和工件性能的影响规律加以研究,对优化真空渗碳、冷却、加热淬火工艺和设备是很有必要的。近几年,国际上有研究开发使用气体燃料的燃烧式真空炉的动向。在真空炉中采用气体燃料加热的困难太多,虽然有节约能源的说法,但不一定是一个重要的发展方向。
3)、真空热处理炉。
现代真空热处理炉是指可施行元件的真空加热,然后在油中淬火或在常压和加压气体中淬火的冷壁式炉子。研究开发这种类型的设备是一项综合性强、跨学科、牵涉到很多科技领域的工作。工模具材料的真空热处理的应用前景很大。大多数工模具钢目前都采取在真空中加热,然后在气体中冷却淬火的方式。为了使工件表面和内部都获得满意的力学性能,必须采用真空高压气淬技术。目前国际上真空气淬的气压已从0.2mpa、0.6mpa提高到1~2mpa甚至3mpa。所以高压气淬真空炉的冷却气体压力的逐步提高是一个重要的发展趋势。除高压气淬外,在先抽真空而后填充高压惰性气体后施行对流加热可以比传统真空辐射加热速度提高一倍以上,从而明显提高加热效率也是真空加热技术的重要方向之一。向多功能发展也是真空炉的趋势之一。在前室中施行油淬,在后室施行常压或高压气淬,在中间加热室施行真空加热或等离子渗碳的半连续式真空热处理设备是其典型例子之一。当前国内市场已有这种炉型需求的反映。各种可满足大批量生产的连续式真空渗碳、高压、气冷、淬火、回火生产线已相继问世。可以预料,在不久的将来会引起汽车零件热处理的一场重大变革。针对真空加热容易实现高温渗碳的特点,开发真空高温(1000℃~1050℃)渗碳、缓冷、重新加热、油中淬火、清洗、回火生产线应该尽快提到日程上来。
浴炉种类
定义:利用液体介质加热(或冷却)工件的一种热处理炉。
液体介质:盐浴炉、金属浴炉、碱浴炉、油浴炉
工作温度:150-1300℃
应用的工艺:淬火、正火、回火、局部加热、化学热处理、等温或分级淬火。
结构:由炉体和坩埚组成,采用电阻加热的外热式(电阻热元件布置在炉膛外)或内热式
(将管状加热器布置在炉膛外)的硝盐炉,用作钢的回火、等温淬火和铝合金加热等,目前在热处理车间较为常见,但如操作不当,盐浴存在着火或爆炸的隐患,使用时必须采取严密的安全措施。
介质的选用
 
优点:加热速度快,加热均匀,防止氧化与脱碳,提高工件的表面质量,操作方便;
用途:加热一些尺寸不大、形状复杂且表面质量要求高的工件,象刀具、模具、量具以及其他一些精密的零件。
外热式浴炉
特点:热源在坩锅外部,热量通过坩锅壁传入加热介质。
工作温度:900°c以下
应用:碳钢与合金钢工件的淬火、正火、回火等,特别适于作各种化学热处理,或者等温冷却用;
 
 
内热式浴炉
特点:将热源放在介质的内部,直接加热介质;
辐射管式浴炉常用管状电热元件直接插入介质(硝盐、碱类或油类)中,工作温度在600℃以下,用于钢件回火及等温冷却用;
电极式浴炉的工作温度范围广,适用于各种热处理工序,且温度均匀,热效率高,启动开炉快,炉子结构简单。分插入式电极盐浴炉和埋入式电极盐浴炉。
 
流态粒子炉
用石墨,石英砂,刚玉粒代替熔盐作介质。工作时粒子形成悬浮状态的流床,材料在其中加热,这种方法可以避免盐溶加热的缺点,但需要有鼓风机装置和保护气体。
固体流态化
将固体颗粒堆存容器内的多孔板上,形成一个床层,若液体系自上而下通过,颗粒并不运动,此种床层称为固态床。
若令液体自上而下通过床层,流速低时,颗粒不动,情况与流体自上而下通过时并无区别;流速加大到一定程度后颗粒便活动,而床层膨胀;流速进一步加大则颗粒彼此离开而在流体中浮动,流速愈大,浮动愈剧烈床层愈高,通常称为固体液态化。
1、节能方面:同样加热容积,盐浴炉比粒子炉功率大50%。
2、操作方面和环境方面:粒子电炉升温快,1.5小时可升温到900摄氏度,环境没有盐浴炉的盐蒸汽污染和腐蚀,并且免去了盐浴炉的清洗设备和人员。
3、工艺方面:由于粒子炉温度均匀,不脱碳、,对基体的变形很小,而且基体淬火后可直接发蓝,常时间存放不生锈,最大的优点是没有废品。基体在淬火时因种种原因没合格,但可以连续淬火,直到合格,而盐浴炉做不到这点。
流态石墨粒子电炉是流态化与热处理技术相结合而发展起来的一种新型炉种。
1、流态石墨粒子电炉由流态床、旋风分离除尘器及粒子自动回收装置,电气控制柜,送风泵,引风机等组成,流态床主要起流态化作用。旋风分离除尘器及自动回收装置是为了保证环境无污染,改善工人劳动条件,电气控制柜是控制、记录温度和使机电动作协调。
2、流态化技术是该设备的关键,对流态化要求不出现气沟腾涌或死区,流化介质为石墨。流化过程是压缩气体从底部吹进,经稳压室,布风板,使炉膛内的石墨粒子呈悬浮状态,类似流体流动,即呈流化状态,废气经沉降斗从抽风窄逢经旋风分离除尘器排出。
3、流态石墨粒子电炉加热系统:本炉加热系统采用内热式,利用流化状态的石墨为导电体,特制电极,用屏蔽网屏蔽,若干零电位区作电阻发热体,经热能的传导,辐射,对流对工件进行快速均匀无氧化加热。
4、流态石墨粒子电炉用途与特点:本炉是一种理想的多用途电炉,可用于多种金属零件的正火,退火、淬火、回火、固溶热处理等,特别适用于模具热处理。

 

 
 
 
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