热处理设备(6)

热处理原理、工艺及设备PRINCIPLES,TECHNOLOGYANDEQUIPMENTSFORHEATTREATMENT第三部分热处理设备（6）EquipmentsforHeatTreatment§17真空热处理炉与粒子渗氮炉真空热处理是一种先进的热处理技术，可使被处理工件具有表面无氧化、无脱碳，表面保持光泽，变形微小，提高耐磨性和服役期限，同时具有脱气效果好、不污染环境和便于实现自动化操作的优点。真空热处理技术遍及各行各业，代表了尖端热处理技术的方向。一、真空热处理炉的基本类型按真空度：低真空炉（1333×10-1~1333Pa）高真空炉（1333×10-4~1333Pa×10-2）超高真空炉（小于1333×10-4）按工作温度低温炉（≤700℃）中温炉（＞700~1000℃）高温炉（＞1000摄氏度）§17.1真空热处理炉的基本类型及结构形式按作业性质间歇作业炉、半连续作业炉、连续作业炉按热源电阻加热、感应加热、电子束加热、等离子加热按炉子结构和加热方式外热式真空热处理炉（热壁炉）内热式真空热处理炉（冷壁炉）§17.1真空热处理炉的基本类型及结构形式1、外热式真空热处理炉特点：制造成本低，结构与普通电阻炉相似。有一个可抽成真空的密封罐，处理的工件装入罐内，而加热元件、耐火材料、保温材料、炉体都在罐外，从外面加热，也称热壁炉。§17.1真空热处理炉的基本类型及结构形式§17.1真空热处理炉的基本类型及结构形式优点：结构简单，易于制造，操作维护简便真空罐容积小，里面只有被处理工件，抽气量少，容易达到要求的真空度电热元件在罐外加热，不存在真空放电和其他电气问题，安全可靠工件密封在罐内，不会与电热元件、炉衬发生化学反应炉子机械动作简单，故障率低§17.1真空热处理炉的基本类型及结构形式缺点热源在炉罐外，间接加热，热惰性大，热效率低，加热速度慢在高温、高压下炉罐压强受到限制，炉罐尺寸小，工作温度一般不超过1100℃，真空度不超过10~100Pa炉罐部分暴露在大气中，热损失大用途仅适合于合金的真空退火、回火、时效、除气、渗金属、钎焊和烧结§17.1真空热处理炉的基本类型及结构形式2、内热式真空热处理炉将整个加热装置（加热元件、耐火保温材料）、炉床、风扇、送料机构、淬火机构安装在炉内，炉壳采用双层钢板水冷式设计，整个炉壳就是一个真空容器，也称冷壁炉。§17.1真空热处理炉的基本类型及结构形式优点无需采用耐热炉罐，炉子容量大，加热温度范围广，普通炉子最高温度为1300℃，而用于真空高温烧结、红宝石制作、晶体生长等的真空炉最高炉温可达2200℃。热惯性小，加热或冷却速度快，生产效率高炉温均匀性好，工件加热均匀，变形微小，产品质量好设备可实现大型化，操作自动化程度高，工作时无污染，环境好§17.1真空热处理炉的基本类型及结构形式缺点结构复杂，设备造价高炉内容积大，各种构件表面均吸附大量气体，需配置大功率抽气系统考虑到真空放电和电气的绝缘性，采用低电压大电流供电，需配置相应的复杂控制系统用途用于真空淬火、回火、退火、渗碳、钎焊和烧结等§17.1真空热处理炉的基本类型及结构形式1、自冷式真空热处理炉没有专门的冷却装置，工件随炉升温和降温，冷却速度缓慢，属于周期性工作，生产率低。用途：难熔金属、活泼金属、磁性合金的退火，金属或合金的钎焊，真空除气和真空烧结。§17.1真空热处理炉的基本类型及结构形式2、气冷式真空热处理炉利用惰性气体或中性气体作为冷却介质，对工件进行气冷淬火的真空炉。使用气体：氢气、氦气、氮气、氩气氢气有爆炸危险，氩气、氦气太贵，氮气最经济使用用途：高速钢工件和尺寸相对较小的合金钢工件，且变形很小。§17.1真空热处理炉的基本类型及结构形式§17.1真空热处理炉的基本类型及结构形式其中：a、b为单室气冷真空炉：价格便宜，占地面积小，易于操作维护，但冷速慢，每炉次处理均要破坏真空，生产率低。c、d为双室气冷真空炉：加热室和真空室中间有一道真空隔热门，工件在加热室加热保温，在冷却室冷却，生产时不破坏加热室的真空，生产效率高。e为三室半连续气体真空炉：由进料室、加热室和冷却室组成，其间都有真空隔热门。结构复杂，但生产率高，节约能源，是今后的发展方向。§17.1真空热处理炉的基本类型及结构形式冷却气体的压力：负压气冷（＜1×105Pa）加压气冷（1×105~4×105Pa）高压气冷（5×105~10×105Pa）超高压气冷（10×105~20×105Pa）气体的压力越高，冷却越快，提高了冷却速度，可扩大钢种的应用范围。§17.1真空热处理炉的基本类型及结构形式3、油冷式真空热处理炉满足多钢种和大尺寸工件的淬透性要求淬火冷却介质：真空淬火油真空淬火油的特性：（1）低的饱和蒸汽压。淬火时蒸发量小，不致造成炉膛的污染而影响真空效果（2）在真空条件下具有稳定的冷却能力，保证工件的淬透性和淬硬性。（3）具有光亮性，使工件淬火后获得光亮表面。（4）具有高的热安定性，避免工件与淬火油中残炭、残硫、氧气、水分、酸等反应。§17.1真空热处理炉的基本类型及结构形式§17.1真空热处理炉的基本类型及结构形式其中：a为单室卧式油淬真空炉：中间没有真空闸门，淬火时产生的油蒸汽进入并污染加热室，影响热元件的使用寿命和电气元件的绝缘性，生产率低，能源利用率低b、c为双室油淬真空炉：有真空隔离门，生产率高、节能，但结构复杂、造价高d、e为三室半连续和三室连续真空炉：有两个真空隔热闸，将炉体分为预备室、加热室和冷却室，加热室可始终保持加热或保温状态，热损失小、效率高，适合连续批量生产§17.1真空热处理炉的基本类型及结构形式4、气冷油淬式真空热处理炉同时兼有油冷和加压气冷功能。配备了性能较好的风冷系统，气淬效果良好，并装有油加热器及强力搅拌装置，可实现热油淬火。可非常方便的设定冷却方式和冷却时间，实现加压气冷，充气（或不充气）油冷、搅拌或静止油冷，适应性更强。§17.1真空热处理炉的基本类型及结构形式§17.1真空热处理炉的基本类型及结构形式§17.2真空系统真空热处理炉真空系统的三个基本要求：能迅速将真空热处理炉的真空度抽到规定要求能及时排出被处理工件和炉内构件所释放出的各种气体，以及因真空泄漏而渗入炉内的气体真空机组占地面积小，运行安全可靠，操作简便§17.2真空系统一、真空系统的组成1、真空泵机组：低真空泵、中真空泵、高真空泵、超高真空泵2、真空组件或元件：在真空炉体和真空泵机组间配备的各种真空组件或元件，如管路、密封圈、法兰、波纹管、冷阱、过滤器、阀门3、真空测量系统4、真空捡漏仪器、真空控制仪器、充气装置等§17.2真空系统二、真空炉中常用的几种真空系统1、低真空系统真空度：2~1333Pa大多以油封式旋转机械泵为主泵。2、中真空系统（应用最广泛）真空度：3×10-1~1.333Pa通常由两级真空泵机组组成，初级泵采用旋转机械泵或滑阀式机械泵，主泵为机械增压泵（罗茨泵）或油增压泵。§17.2真空系统3、高真空系统真空度：6.6×10-4~1.333×10-2Pa采用三级真空泵机组组成，主泵通常采用油扩散泵、离子泵，初级泵大都采用旋转机械泵或滑阀式机械泵，前级泵为机械增压泵（罗茨泵）或油增压泵。