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热处理技术及热处理设备在国外的应用现状

2012年04月01日

1.热处理技术现状  
       (1)推广应用高压气冷淬火  
        目前国外很多热处理厂家都非常看重热处理过程中的冷却,一般根据产品的技术和工艺要求,可进行慢速冷却、油淬冷却、一次性气淬冷却等。快速气氛循环冷却采用向冷却室喷射高压气体,由计算机控制流速和流量的变化,以达到在特定时间内冷却速度,从而实现热处理过程中所要求的冷却曲线,确保零件的热处理质量。以前采用气淬方式冷却的淬火气体有氮气、氦气等,现在用空气强烈喷射,使工件在极快速度下冷却,淬火后表面仅有极薄的氧化色膜,呈灰白色,零件色彩依然美观,而节约大量氮气和惰性气体,使热处理成本进一步下降。 
        真空低压渗碳与高压气淬相结合是当今一种先进的渗碳淬火工艺,它具有渗碳速度快、碳化物组织优良、淬火开裂和变形小、节约能源和渗碳剂原料、渗碳零件表面质量好、并有利于环保等特点。  
       (2)
热处理设备采用油冷  
        风机冷却、热交换器冷却、淬火油槽冷却等所有需冷却的装置,全部采用油封式自冷,全面取代水冷循环系统,整个热处理炉不用任何冷却水。例如,热风循环风机冷却:将原水冷套进出水管改用油管引出,接近风机处放一个直径为102mm的小油箱,油冷却系统全封闭,当风机轴承有热量增加时,被加热的油比重小,自然向上浮起,引起油自然循环。在小油箱存油量和自然散热的情况下,热油被冷却后又加入循环,达到在不耗油又不需要动力的条件下完全取代水冷。淬火油槽板式换热器中的水换成冷却油,冷却油受到热油的热交换而被升温,油比重的变化引起冷却油的自身循环,在炉顶的油箱外加上散热片,配合风扇的作用,达到全油冷的效果,节约大量的冷却水。  
       (3)渗氮炉上采用氢探头  
        德国的Ipsen公司已应用氢探头和相应的技术测控渗氮炉内的氮势,以对渗氮的炉气氛进行调节和控制,实现渗氮炉的现代化。  
       (4)燃气辐射管  
        目前,欧洲的热处理设备已大部分采用燃气辐射管,使用天然气加热。燃气加热技术和装备在欧洲已十分成熟,天然气烧嘴已有标准系列,由专业烧嘴厂制造供应,并将燃气辐射管的内管由不锈钢换成陶瓷,延长使用寿命并提高功率。天然气加热提高能源利用率,降低生产成本。  
2.热处理变形与预防方法  
        热处理变形有两种类型:一是尺寸的变化,二是零件几何形状的变化。热处理技术不同,零件尺寸和几何形状的变形及防变形方法亦不相同。 
        热处理加热奥氏体化过程中,保温时间越长,温度越高,则溶入奥氏体的碳越多,马氏体转变时产生的膨胀越大。冷却时,马氏体膨胀最大,上贝氏体次之,下贝氏体和屈氏体的体积变化很小。低温回火时,马氏体发生收缩,收缩量与过饱和的碳含量成正比。在室温-200℃加热时,部分残余奥氏体会转变成马氏体,出现膨胀。但该膨胀因200℃附近马氏体发生分解,因此表现上变化不大。  
        在常规热处理中,零件形状变化的主要原因是热处理加热和淬火时发生的热应力和相变应力。加热速度过快、相对于
加热炉而言零件太大、零件各部分的温度不同,都会导致热变形。保温时,加工的残余应力会发生释放而产生变形,零件的自重也会导致变形。冷却时,由于零件不同部位的冷却速度不同,会形成热应力而使零件变形。即使冷却速度相同,冷却总是表面快,心部慢。因此,先相变的表面使未相变的心部发生塑性变形。如果材料中存在合金成分的偏析,或者表面脱碳,则相变应力更不均匀,更易导致零件变形。另外,如果零件厚薄不均,也会造成冷却速度不同。  
        在锻件的热处理中,减少变形的零件摆放方式,一是尽可能垂直吊挂,二是垂直放在炉底部,三是用两点水平支撑,支点位置处于全长的三分之一与四分之一之间,四是平放于耐热钢工装上。  
        在零件的冷却过程中,淬火介质的种类、冷却性能、淬硬性等与变形有关。冷却性能的变化可通过改变介质的黏度、温度、液面压力、使用添加剂、搅拌等进行调节。淬火油的黏度越高,温度越高,椭圆形变形越小。在静止状态下,变形较小。  
         以下几种方式可有效降低变形:①盐浴淬火;②高温油淬火;③QSQ法;④减压淬火;⑤一槽三段淬火。盐浴淬火和高温油淬火相似,都是在马氏体转变温度处淬火,使马氏体相变的均匀性增加。QSQ是双液淬火。减压淬火是通过降低淬火介质的液面压,从而延长蒸汽膜阶段,高温区的冷却速度下降,使零件各部分的冷却速度均匀。一槽三段淬火结构简单,首先将零件从淬火温度油冷至略高于Ms点的温度,随后出炉,在气氛中保持,使零件整体温度均匀,然后再油冷,使马氏体相变均匀进行,变形的不规则性将得到极大的改善。
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