热处理设备发展方向 -ag尊龙app

少无污染，少无畸变，少无分散，少无浪费，少无氧化，少无脱碳，少无废品和少无人工。这儿以下述四个方面对目前国外先进热处理水平予以论说。

热处理生产有些会形起环境污染，主要是指生产过程中产生的废气、废水，废渣，噪声和电磁辐射等。先进的热处理技术应采用清洁设备，对清洁材料进行清洁工艺的生产。

真空设备，可控气氛设备，离子渗设备，ag尊龙app-kb88凯时官网登录、sox燃料燃烧设备，流态床设备等属无污染清洁设备；n2和各种惰性气体，聚合物淬火剂，无氟氯烃清洗溶剂，al2o3和sio2等流态床粒子（具备除尘条件）等材料属清洁材料；真空处理，可控气氛处理（尽可能减少co2排放），屏蔽良好的感应热处理工艺属清洁工艺；这样，真空热处理，低压渗碳，等离子热处理，高压气淬，真空清洗，三束（离子束、激光束、）热处理，喷雾喷水淬火等显然可属少无污染的清洁热处理技术。

对气体渗碳和用渗碳气氛加氨的气体碳氮共渗和氮碳共渗后排出的废气应经点燃后才可无害排放；离子渗硼中不可使用剧毒的b2h6（乙硼烷）；对盐浴中不可使用受热要分解产生氰根的黄血盐和赤血盐；对含碳酸盐的盐浴不可使用尿素或缩二脲，因为它会反应生成氰酸盐，后分解为氰盐。对含s和li的氰酸盐—碳酸盐盐浴可使氰化物保持在0.1～0.8%的低水平，处理零件的渗氮后性能良好，且处理周期缩短，这工艺在美、欧和日本应用相当多，法国hef公司的sursulf工艺及处理后进入氧化盐浴属于这种技术，（我国的lt硫氮碳共渗法也是）。在氰酸盐浴中添加有机聚合物melon也可将氰盐含量降到2%～3%，其余大部分是无毒的氰酸盐，法国hef公司的德国durferrit子公司（原属degussa公司）的tufftride / melonite / tenifer / qpq处理盐浴属于此类技术，（我国成都工具研究所的qpq复合盐浴处理也是）。清洗水中的氰含量已经稀释可无害排放。尽管如此，法、德和日本对这些工艺的无公害处理十分严格，并研究废盐的再生。对高速钢刃具淬火仍采用的bacl2盐浴和含废水须经无害化处理达标后才允许排放，德国已采用专门技术和装置来解决。

对有些应采用的非清洁工艺和非清洁材料，在整个处理过程中要进行全封闭，并在密闭系统中进行处理，实现无公害排放。处理的渣物要研究予以再生或作特殊处理。

热处理过程中的加热和冷却会使金属工件在处理后发生形状和尺寸的改变，增加加工余量的用再加工方法予以消除，变形超差则会引起报废，使已投入的材料和资源损失。工件变形也会影响互换性和减小运行的精密性，造成效率减低，能耗增大和噪声等弊病。为此，热处理零畸变十分重要，这要依靠热处理过程的精确生产来保证。精确生产要靠控制精度高和可靠运行的热处理设备（温度、压力、时间等工艺参数的精确控制和重现控制），材料的成分组织（含量偏差，杂质含量和偏析，原始组织一致）及相应的材料热物理性能和工艺性能偏差小来予以保证，从而使同一炉批处理件的质量（组织、硬度、变形、表面状态、渗层深度、渗层浓度分布等）差异缩小（或在技术要求控制范围内）和使不同炉批处理产品质量重现性提高。

工件发生变形主要发生在冷却阶段，淬火过程中工件均匀冷却，减小工件表面和心部的温差对减小畸变至关重要，所以应合理选择ag尊龙app-kb88凯时官网登录和冷却方式。采用聚合物淬火介质、采用循环和搅动方式及速度控制冷却，合理选用淬火油温度，控制淬火油面压力（以达减小工件淬火变形），进行盐浴分级或等温冷却，施行气体冷却，喷水喷雾冷却，应用计算机模拟的冷却场技术，施压淬火，利用回火余热在自动矫直机上矫直等技术的采用，为减小畸变创造条件。

国际上名牌汽车齿轮渗碳后淬火减小变形的主要措施是实现等温和分级淬火，减小齿轮心表的温差和发生相变的不同时性，来降低热应力和组织应力的差异。也有报导汽车齿轮在低压渗碳后施行变向高压（2mpa）气淬，可使同步环齿轮畸变落在非常狭小的范围内。

应指出，严格的管理，科学先进的工艺方法，可靠的设备，精确的传感器，能实现精密控制的成套工程系统（包括仪器仪表、伐、泵，执行动作元器件，计算机，程序设计和实施等）是确保精确生产，实现无废次品生产和质量分散度为零的生产的保证。

一般金属在空气中加热会发生氧化和脱碳，这会造成金属的大量耗损，也破坏工件的表面状态和加工精度。表面发生脱碳的钢铁工件在热处理后的性能会有所下降：硬度降低，耐磨性下降，表面产生张应力，降低抗疲劳性，耐蚀性变差等。这就有必要再行加工去除氧化脱碳层，或进行“复碳”处理，这必然增加生产成本，浪费材料，增加能耗和降低成品率。

属于少无氧化的热处理技术主要包括应用气氛、真空、、流态床、盐浴、激光束、电子束、离子束、涂层、包装（packing）和还原性火焰下的燃烧炉加热技术。应用气氛包括惰性（主要是ar）和中性气氛（n2气中）以及可控气氛（控制h2/h2o，co/co2的比值至一定程度）。对前两者的气体应进行干燥，使露点下降至-60℃以下。对后者的气氛要在使用温度下具有还原性，它对防止脱碳而言，还要控制气氛碳势。应用气氛在近30年来，有应用氮基气氛的，它可应用碳分子筛的变压吸咐空气来制氮和应用薄膜分离制氮。对渗碳，由纯氮和甲醇裂解气体混合的合成气氛可以替代应用天然气或丙烷制备吸热型气氛。通常生产中可应用99.8%的普氮中滴入甲醇，靠甲醇裂解气中的h2和co来去除普n2中的残留氧。这样方法是简单的，但在美国由于甲醇涨价，使成本增加很多。实际上在天然气供应保证下，使用天然气制备放热或吸热型气氛更为可行。

应用真空，将炉子抽到0.1pa的真空度，可实现大多数金属的无氧化加热，但由于真空中的加热是辐射加热，加热速度较慢。往往再通入约0.8×105pa的惰性气体或气氛，增加一定的对流来提高加热速率，这在真空热处理炉中已渐渐推广使用。当前真空热处理设备有单室、双室、三室、多室、油淬、气淬、油气淬两用、高压气淬、低压渗碳高压气淬、多室低压气淬和高压气淬结合的半连续生产线以及低压渗碳、高压气淬和回火的柔性生产线等。

感应加热由于加热速度迅速，这时工件氧化不严重，也可属少无氧化加热方式，在一点不允许发生氧化场合可在感应加热同时通入气氛加以保护，日本电子工业（株）已提供类似的技术。目前已有应用感应加热进行渗碳化学热处理报导。应用流态床（必要条件下通保护气）和正常脱氧的盐浴炉中可实现无氧化加热。在缺乏气氛炉的现场可使用防氧化涂料和应用不锈钢箔包装后在空气炉中的加热，但注意，这几种加热方式会使加热工件表面出现少量的脱碳。

钢件在空气或含co2和h2o的氧化性气氛中加热会发生脱碳的弊病，发生脱碳比发生氧化更为严重，要求也更严格。对加热淬火而言，应用co-co2、n2-co-co2-h2-h2o，炉气的碳势须与工件表面含碳量一致，对中高碳钢的加热，必须对炉气实行碳势控制。对应用真空加热中，真空度达到不氧化时，也就不会发生脱碳。国外先进的热处理技术中对脱碳是控制相当严格的。

开发节约能源的设备和工艺是十分有效的节能措施。近年来，连续式炉取代周期式炉，节能潜力很大。燃烧炉上采用高效换热器来预热空气，合理控制燃烧系数（α）在1.1～1.3范围，推广具有蜂窝式周期蓄热器装置，横向燃烧的烧嘴和辐射管，都达到很好节能效果。从炉子设计上看，炉子散热量大小与炉子外表面积有很大关系，这样，炉子圆形截面可比矩形截面的表面积小14%，外壁炉壳温度降低10℃，使通过炉壁的散热减少20%。为此，目前日本的密封多用炉和推杆式连续式炉都改为圆形截面。有报导，日本同和矿业（原日本东京热处理）将20年前的渗碳、淬火、清洗和回火推杆式生产线进行节能改造，将前清洗改为燃烧脱脂，脱脂废气热量用作ag尊龙app-kb88凯时官网登录的部分热源，将渗碳炉排出的气氛用作脱脂炉和碱液清洗槽及淬火油的加热，这样的废热综合利用使燃料费用减少40%，同时改善了环境。在我国，设备的节能潜力更为巨大，千万应引起我国热处理工作者和设备制造商的重视。能源的节约带来的是财富。

开发节能的热处理工艺也是很有效的节能措施。实施高温渗碳可大大缩短工艺周期，日本早就进行这项工作，把渗碳温度从930℃提高至1050℃将减短工艺周期40%。但在一般电阻炉中实施受到发热体和耐热材料的限制难以兑现，而在真空炉中进行低压渗碳，在1050℃进行渗碳是轻而易举的事。现在乙炔低压渗碳已成熟应用于生产，实现了真空渗碳技术的革命性突破，通入低压氨气也可实现乙炔低压碳氮共渗，不论从质量、环保和经济来看，乙炔低压真空渗碳是能整合进入生产线的符合未来要求的表面改性技术。

以氮碳共渗、硫氮碳共渗和氧氮共渗代替渗碳和碳氮共渗可把工艺温度从850～930℃降到550～580℃，代替一般气体渗氮可把工艺时间从30～70h减少到1.5～3h。另外钢件锻后热处理，应用非调质钢取代昂贵耗能的淬火＋高温回火工艺都可达节能目的。

有报导，我国每吨钢材的耗电在500～1000kwh，比美、欧和日本高2～3倍，从上面分析，开发节约能源的设备和工艺潜力很大，前景乐观，但一定要付诸努力。