中外热处理工艺现状和趋势

中外热处理工艺现状和趋势热处理工艺现状中国热处理工艺现状简介热处理是机械工业中的一项十分重要的基础工艺，对提高机械零件内在质量和使用寿命，加强产品在国内外市场竞争能力具有举足轻重的作用。但是人们认识到这一点却花了相当长的时间和很大的代价。由于热处理影响的是产品的内在质量，它一般不会改变制品的形状，不会使人直观地感到它的必要性，弄不好还会严重畸变和开裂；破坏制品的表面质量和尺寸精度，致使制造过程前功尽弃。所以在我国的制造业中长期存在着“重冷（冷加工）轻热（热加工）”现象，以致这个行业很长时间处于落后状态。而机械工业发达国家特别注重热处理工艺技术的研究和发展。建国以来特别是20世纪80年代以来，我国的热处理技术有了很大的发展，现有热处理生产企业、从业人数、设备数量和能力都有大大增长。目前来说，我国在热处理的基础理论研究和某些热处理新工艺、新技术研究方面，与工业发达国家的差距不大，但在热处理生产工艺水平和热处理设备方面却存在着较大的差距，还没有完全扭转热处理生产工艺和热处理设备落后、工件氧化脱碳严重、产品质量差、生产效率低、能耗大、成本高、污染严重的局面。目前在我国工业生产上大量应用的还是常规热处理工艺，今后仍将占有重要的地位和相当大的比重，但正在日益改进和不断完善。要以少无氧化加热、节能、无污染和微电子技术在热处理中的应用为重点，大力发展先进的热处理成套技术，利用现代高新技术对常规热处理进行技术改造，实现热处理设备的更新换代，全面提高热处理的工艺水平、装备水平、管理水平和产品水平，这对于改变我国热处理技术的落后面貌，赶上工业发达国家的先进水平，将起到积极的促进作用中国热处理工艺技术应用还不十分广泛，对热处理工艺的重视程度还需要提高，特别从事热处理工艺的人才的培养需要加大，现今热处理专业比较冷淡，这些都需要做出大大的改善。另一方面，热处理环境给人感觉脏乱差，热处理工艺控制不够严格，这些都阻碍了热处理工艺的发展，同时阻碍了中国机械制造工艺的发展。中国热处理工艺行业、学术团体中国全国性的热处理行业、学术团体是中国机械工程学会热处理学会和中国热处理行业协会。1.中国机械工程学会热处理学会英文名称是CHINESEHEATTREATMENTSOCIETY，简称CHTS。中国机械工程学会成立于1936年，下设29个专业学会和30个地方省市学会，是全国最大的学术团体。热处理学会成立于1963年，第一任理事长是原上海交通大学副校长、中科院院士、已故的周志宏教授。当前是第八届理事会。学会的宗旨是致力于学科发展和行业技术进步。学会下设学术，编辑出版、咨询与培训，青年，周志宏奖励基金5个工作委员，物理冶金、化学热处理、冷却技术、可控气氛热处理、真空热处理、典型零件热处理，感应热处理、计算机应用、高能密度热处理、表面技术等11个技术委员会，学会的常设机构是秘书处，挂靠在原机械工业部北京机电研究所。学会的主要任务是开展国内外学术交流、编辑出版《金属热处理》、《金属材料热处理学报》、《中国热处理技术通讯》等刊物，定期组织、编辑、出版《热处理手册》等专业工具书，教学用书、技术丛书、会议文集、定期举办国际展览，组织继续教育和培训，承担工程项目的论证，评估、咨询、科技成果鉴定，组织技术难题攻关、科技成果的宣传推广等。学会于1981年成为国际热处理与表面工程联合会（IFHTSE）成员，成功地举办了1983年IFHTSE的第三次国际大会（上海）、2004年第14次大会（上海）、1993年的第4届国际热处理讨论会（北京）、2003年的国际淬火冷却与畸变会议（北京）。学会的第三届理事长雷廷权院士曾被选担任IFHTSE的第11届执委会（1994~1995）主席。2.中国热处理行业协会中国热处理行业协会的前身是中国机械工业工艺协会热处理专业协会，成立于1986年7月。该协会成立的背景是政府主管部门为在政府和企业间架设桥梁，巩固和发展专业化协作成果，改善企业的经营管理，提高企业的产品质量和经济效益，并为今后政府实行宏观调控，协会（同业会）实行行业管理打基础。因此，协会的会员是企业。为了精简机构和减少层次，机械部于1989年决定撤消工艺协会，建议原下属的专业协会升格为一级协会。为此，经民政部批准，于1991年成立中国热处理行业协会。理事会是热协的权力机构，由会员代表大会选举产生，秘书处是办事机构，设在北京机电研究所，协会的第一任理事长是原机械工业部陆燕荪副部长。热协的主要任务是开展对企业基本情况的调查分析，制订行业发展规划，为政府部门的决策提供建议。推动行业间的横向联合和专业协作，为企业提供咨询服务，提供技术经济情报和市场信息，组织企业间的经营管理和生产技术改造的经验交流，维护会员合法权益，排解和仲裁会员之间的经济纠纷、组织工人和技术人员培训，在会员单位中宣传贯彻热处理新标准，开展国际间信息交流和合作。中国热协下设经营管理、工艺装备、工艺材料、教育培训、咨询服务、对外联络6个工作委员会，按照理事会决议和秘书处的计划开展各项活动。中国热协编辑出版了《中国热处理年鉴》多期《热处理工作者通讯》和系列手册、工具书等，和江西省科院物理所联合举办《国外金属热处理》杂志、和热处理学会、北京机电所、热标委会联合举办《金属热处理》、《热处理技术通讯》，组织制定“八五”、“九五”、“十五”、“十一五”行业发展规划、和学会联合组织二年一次的北京热处理国际展览、多次组织会员单位和企业负责人赴欧、美、日本等热处理技术先进的国家考察，每次都有很大收获。国外热处理工艺现状（1）推广应用高压气冷淬火国外的热处理厂家非常重视热处理过程中的冷却。根据产品的技术和工艺要求，可进行慢速却、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。热处理工艺趋势为促进我国热处理技术的发展，我们应全面了解热处理技术的现状和水平，掌握其发展趋势，大力发展先进的热处理新技术、新工艺、新材料、新设备，用高新技术改造传统的热处理技术，实现“优质、高效、节能、降耗、无污染、低成本、专业化生产”，主要趋势如下。新的加热源在新的加热源中，以高能率热源最为引人注目。高能率热处理在减小工件变形、获得特殊组织性能和表面状态方面具有很大的优越性，可以提高工件表面的耐磨性、耐蚀性，延长其使用寿命。高能率热处理近年来发展很快，是金属材料表面改性技术最活跃的领域之一，其中激光热处理和离子注入表面改性技术在国外已进入生产阶段。我国一汽、二汽、西安内燃机配件厂等单位，都已建立了汽车发动机缸套的激光表面淬火生产线，但由于高能率热处理的设备费用昂贵等原因，目前我国尚未大量应用，但其发展前景广阔，今后将会成为很有前途的热处理工艺。新的加热方式在热处理时实现少无氧化加热，是减少金属氧化损耗、保证工件表面质量的必备条件，而采用真空和可控气氛则是实现少无氧化加热的主要途径。在表面加热方面，感应加热具有加热速度快、工件表面氧化脱碳少、变形小、节能、公害小、生产率高、易实现机械化和自动化等优点，是一种经济节能的表面加热手段，主要用于工件的表面加热淬火。高能率加热具有加热速度快、表面质量好、变形小、能耗低、无污改进原有的淬火介质，采用新型淬火介质淬火介质是实施淬火工艺过程的重要保证，对热处理后工件的质量影响很大。正确选择和合理使用淬火介质，可以减小工件变形，防止开裂，保证达到所要求的组织和性能。在热处理生产中，常用的淬火介质有水、油、盐类等，它们各有优缺点。如用油淬火，虽然对减小工件变形和开裂很有利，但对淬透性较差或尺寸较大的工件淬不硬，且油易老化，对周围环境的污染大，有发生火灾的危险。为此，要对原有淬火介质的性能进行改进，并积极开发应用冷却速度介于水和油之间、并可根据需要调整冷却速度，同时又经济、安全、无污染的新型淬火介质。无机物水溶液淬火剂和有机聚合物淬火剂是新型淬火介质的发展重点，特别是有机聚合物淬火剂的研究和应用尤为引人注目，其优点是无毒、无烟、无臭、无腐蚀、不燃烧、抗老化、使用安全可靠、且冷却性能好、冷却速度可调、适用范围广、工件淬硬均匀、可明显减少淬火变形和开裂倾向。从提高工件质量、改善劳动条件、避免火灾和节能的角度考虑，有机聚合物淬火剂有逐步取代淬火油的趋势，是淬火介质的主要发展方向，尤其是对于水淬开裂、变形大，油淬不硬的工件，采用有机聚合物淬火剂更是成功的选择。目前，世界上应用最多的是聚烷撑乙二醇(PAG类)淬火剂，它具有逆溶性，冷却速度在盐水和冷油之间，适用的淬火钢种范围广，使用寿命长。还有聚丙烯酸盐(ACR类)淬火剂、聚氧化吡咯烷酮(PVP类)淬火剂和聚乙基恶唑啉(PEO类)淬火剂等，也获得一定程度的应用。多年来，我国在淬火介质的研究和应用方面，做了大量的工作，取得了一定的成绩，基本上满足了热处理生产的需要，但与国外的先进水平相比差距很大，并落后于热处理其它技术领域的发展，是热处理行业中的一个薄弱环节，今后应当给予重视和加强。改进老的淬火方法，采用新的淬火方法为了使工件实现理想的冷却，获得最佳的淬火效果，除根据工件所用的材料、技术要求、服役条件等，来合理选用淬火介质外，还需不断改进现有的淬火方法，并采用新的淬火方法。如采用高压气冷淬火法、强烈淬火法、流态床冷却淬火法、水空气混合剂冷却法、沸腾水淬火法、热油淬火法、深冷处理法等，均能改善淬火介质的冷却性能，使工件冷却均匀，获得很好的淬硬效果，有效地减少工件的变形和开裂。新材料与热处理工艺的紧密结合低碳马氏体是低碳低合金钢经强烈淬火急冷后得到的一种显微组织结构，具有优良的综合机械性能以及良好的冷加工性和可焊性。近二十年来，我国开展了低碳马氏体及其应用研究工作，取得了很大的成绩。例如，低碳马氏体的强度比中碳调质钢高1/3以上，且综合性能良好，用来代替某些中碳调质钢(如高强度螺栓等)，可使构件重量成倍减轻；低碳马氏体还具有很高的耐磨性能，可用来制造某些要求耐磨性好的零件(如拖拉机履带板等)。总之，低碳马氏体在石油、煤炭、铁道、汽车、拖拉机等部门应用广泛，收到了提高性能、减轻重量、延长使用寿命、简化工艺、节约能源、节约合金元素、降低成本等技术经济效果。贝氏体钢能够空冷自硬，并将冶金热加工工序与产品成型制造工序相连接，具有良好的强韧性配合、生产工序简单、节约能源、污染少、成本低等优点，因而引起广泛的重视。