國外熱處理技術現(xiàn)狀及熱處理熱處理
國外熱處理技術現(xiàn)狀及熱處理熱處理
1.熱處理技術現(xiàn)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(jù)產(chǎn)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?？焖贇夥昭h(huán)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(nèi)冷卻速度，從而實現(xiàn)熱處理過程中所要
求的冷卻曲線，確保零件的熱處理質(zhì)量。以前采用氣淬方式冷卻的淬火氣體有氮氣、氦氣等，
現(xiàn)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(jié)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(yōu)良、淬火開裂和變形小、節(jié)約能源和滲碳劑原料、滲碳零件表面質(zhì)量好、并有
利于環(huán)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(huán)系統(tǒng)，整個熱處理爐不用任何冷卻水。例如，熱風循環(huán)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(tǒng)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(huán)。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(huán)，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(huán)，在爐頂?shù)挠拖渫饧由仙崞浜巷L扇的作用，達到全油
冷的效果，節(jié)約大量的冷卻水。
????? （3）滲氮爐上采用氫探頭彈簧
?????? 德國的Ipsen公司已應用氫探頭和相應的技術測控滲氮爐內(nèi)的氮勢，以對滲氮的爐氣氛
進行調(diào)節(jié)和控制，實現(xiàn)滲氮爐的現(xiàn)代化。扭簧
????? （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(yè)燒嘴廠制造供應，并將燃氣輻射
管的內(nèi)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(chǎn)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(zhuǎn)變時產(chǎn)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(fā)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(zhuǎn)變成馬氏體，出現(xiàn)膨脹。但該膨脹因200℃附近馬氏體發(fā)生分
解，因此表現(xiàn)上變化不大。
?????? 在常規(guī)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(fā)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(fā)生釋放而產(chǎn)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(fā)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。扭力彈簧
?????? 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(zhì)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(zhì)的黏度、溫度、液面壓力、使用添加劑、攪拌等進行調(diào)節(jié)。淬火油的黏
度越高，溫度越高，橢圓形變形越小。在靜止狀態(tài)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(zhuǎn)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(zhì)的液面壓，從而延長蒸汽膜
階段，高溫區(qū)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(guī)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(chǎn)線
?????? 為了使工件在生產(chǎn)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(xù)
爐相互連接溝通。爐膛內(nèi)可多方位貫通，并可使工件料筐90℃角轉(zhuǎn)入下道加熱區(qū)或過渡保溫箱
，經(jīng)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(qū)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(diào)節(jié)系統(tǒng)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(tǒng)。
????? （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(fā)熱元件為臥式并聯(lián)電熱輻射管，頂置爐內(nèi)熱風循環(huán)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(cè)安裝變頻
調(diào)速大功率風機，通過氮氣或氦氣的快速循環(huán)使工件冷卻淬火，淬火冷卻速度可通過調(diào)節(jié)風機
速度控制。經(jīng)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(chǎn)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(xiàn)氧化皮，僅
表面呈現(xiàn)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(qū)三層密閉式
發(fā)熱元件，使爐溫上中下均勻一致。爐體分上中下安裝3臺側(cè)風機，三區(qū)獨立熱風循環(huán)送風，
工作時擋回風道封閉，熱風只能在爐內(nèi)加熱層內(nèi)循環(huán)，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(qū)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(zhuǎn)，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(chǎn)效率。