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低壓脈沖真空熱處理新技術(shù)
低壓脈沖真空熱處理新技術(shù)
0低壓脈沖真空熱處理概述
熱處理是機械制造四大基礎(chǔ)行業(yè)(鑄造、鍛造、熱處理、焊接)之一，是機械產(chǎn)品制造過程中一個十分重要的關(guān)鍵工序。機械工程離不開模具工程，模具工程與熱處理密切相聯(lián)。熱處理是通過將金屬材料置于一定的介質(zhì)中加熱、保溫、冷卻以改變其表面或內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)而達到預(yù)期的性能要求。它是保證機械零件和工模具內(nèi)在質(zhì)量的主要手段，是充分發(fā)揮金屬材料潛力、節(jié)約材料的有效途徑。正確地進行熱處理可以提高零件和工模具使用壽命，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增強產(chǎn)品的市場競爭力。
我國加入WTO后，制造業(yè)面臨著新的機遇和挑戰(zhàn)，同時也將進入一個新的重要發(fā)展時期。然而，我國的熱處理技術(shù)水平和發(fā)達國家相比，差距仍很大。主要表面設(shè)備、工藝落后，老三爐(箱式、井式、鹽浴爐)居多，可控氣氛和真空爐少，加熱爐的效率低，能耗大，零件氧化脫碳嚴重等，往往產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證。
隨著汽車、摩托車、信息產(chǎn)業(yè)、工程機械、農(nóng)機、航空航天、兵器、環(huán)保設(shè)備和機械基礎(chǔ)件等行業(yè)的發(fā)展，特別是工模具行業(yè)的迅速發(fā)展，我國廣大的中小熱處理廠點正在積極采用先進技術(shù)，不斷進行技術(shù)改造和設(shè)備更新，努力實現(xiàn)“上等、高產(chǎn)、低耗”生產(chǎn)。適合我國國情的熱處理設(shè)備將是一些投資規(guī)模較小
的專用設(shè)備或柔性較大的生產(chǎn)線。
針對國內(nèi)外發(fā)展趨勢和國內(nèi)需求，我們經(jīng)過多年研究和實踐，研發(fā)了“低壓脈沖真空熱處理工藝”及相關(guān)的熱處理設(shè)備，包括低壓脈沖真空滲氮爐、滲碳爐、少無氧化加熱爐等新型設(shè)備。這正是廣大處理工作者夢寐以求的上等、低耗、高效、環(huán)保的綠色爐業(yè)精晶，是具有中國特色、符合國情的又一系列**產(chǎn)品。這種熱處理設(shè)備可實現(xiàn)低壓脈沖真空滲氮、滲碳、氮碳共滲、碳氮共滲、氧氮共滲、多元共滲以及少無氧化加熱等工藝。
所謂“真空處理”是指將工件置于負壓條件下加熱到所需溫度，然后以不同冷速進行冷卻的一種熱處理工藝方法。而低壓脈沖真空熱處理是集真空熱處理和脈沖熱處理的優(yōu)點于一身的熱處理工藝技術(shù)，應(yīng)用這項技術(shù)可將老式的傳統(tǒng)的熱處理和陳舊的常規(guī)熱處理工藝進行更新?lián)Q代。
眾所周知，熱處理質(zhì)量取決于熱處理工藝及設(shè)備，先進的熱處理設(shè)備不僅能正確完成熱處理工藝而且兼有節(jié)能、防止污染功能，從而實現(xiàn)節(jié)能、精密和綠色熱處理。
1低壓脈沖真空爐的工作原理、設(shè)備結(jié)構(gòu)和工藝特點
用低壓脈沖原理制造的真空爐，可克服老三爐的缺點，同時擁有真空爐和可控氣氛爐的優(yōu)點，既可實現(xiàn)少無氧化加熱，又能進行可控氣氛加熱，而沒有其售價高、維修難的缺點。此項工藝還擁有自動控制爐壓的功能，能達到快速排氣和提高滲碳、滲氮速度之目的。此爐的工作原理、設(shè)備結(jié)構(gòu)及熱處理工藝主要的技術(shù)特點簡述如下：
1.1工作原理
工件在設(shè)定的低真空上下限范圍自行脈循環(huán)加熱，爐氣在設(shè)定的工藝時間周期內(nèi)自行反復(fù)吐故納新，可解決工件在滲氮、滲碳過程爐氣老化及密裝所引起的滲層不均勻等技術(shù)難題。這種先在低真空范圍脈沖加熱，接著進行正壓加熱的工藝，我們主稱之為低壓脈沖真空熱處理。此工藝技術(shù)用在箱式無氧化加熱爐上也是十分有效的。爐膛在低真空(負壓)至正壓大范圍脈沖調(diào)壓加熱以中性氣體迅速置換爐膛中的空氣、水分等含氧介質(zhì)，而后以工藝規(guī)定的滲劑使工件在設(shè)定的氣氛中加熱，加熱后若在爐內(nèi)冷卻即可實現(xiàn)少無氧化熱處理。
應(yīng)特別指出，脈沖(滲氮、氮碳共滲)工藝有三種’爐壓變化方式：
①負壓脈沖：爐壓在≤1個大氣壓狀態(tài)下周期性變化；
②正壓脈沖：爐壓在≥1個大氣壓范圍周期性變化；
③正負壓脈沖：上壓為正值，下壓為負值的脈沖，而脈沖真空可以認為是真空與非真空的交替。低壓脈沖真空熱處理利用的是正負壓脈沖原理。
本公司的低壓脈沖真空熱處理的爐壓變化是在指定的時間內(nèi)從設(shè)定的負壓升至設(shè)定的正壓，并在此壓力下保持不同的時間，而后迅速降壓至設(shè)定的負壓，然后再開始**個周期性的調(diào)壓加熱，如此循環(huán)處理，直到完成工藝所需的時間為止。
1.2設(shè)備結(jié)構(gòu)特點
低壓脈沖真空爐**高工作溫度可達(1150℃，有井式和箱式兩種爐型。
1.3主要的技術(shù)特點
1.3.1提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本
工件人爐后通過抽氣將爐內(nèi)空氣排出，達到快速排氣，減少換氣時間，提高滲速，從而縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。
1.3.2可獲得高質(zhì)量滲層
脈沖抽氣對工件表面有脫氣和凈化作用，在低真空狀態(tài)下增強了工件表面活性，提高了工件表面對所滲元素的吸附能力，擴散加快，從而獲得致密均勻的滲層，同時可以防止內(nèi)氧化，避免產(chǎn)生黑色組織提高滲層質(zhì)量。
由于脈沖過程是以抽氣一充氣或充氣一放氣交替更換爐氣，新老氣交換可以到達任何部位和角落，解決了對于帶有小孔、盲孔、狹縫的零件滲不到或滲層不均等技術(shù)難題。
由于正負壓脈沖相比純負壓脈沖，脈沖幅度大，爐，不像真空爐那樣整個爐殼通水冷卻，而是只在爐門密封處通水冷卻，使水耗、電耗明顯減少；安裝自動換氣裝置，實現(xiàn)自動進排氣。爐門同爐體接觸處用橡膠密封，爐襯采用陶瓷纖維裝配式結(jié)構(gòu)，少用耐火磚。并在其外表涂多晶態(tài)礦化黑陶瓷涂料；增設(shè)內(nèi)爐門，爐底中部安裝進氣盤，讓中性、惰性等氣體自行定量、定時地進入爐膛，也可從爐蓋滴人保護劑，使工件加熱后達到少無氧化。后墻和爐頂配熱電偶，分別用于控制和記錄爐膛溫度，采用智能化程序控溫。中溫爐的電熱元件為螺旋形，高溫爐用弓形電阻絲或電阻帶，對于爐膛表面積小者采用低壓供電。滲氮或氮碳共滲的化合物層可得到有效的控制，能滿足不同材料的技術(shù)要求。
由于正負壓脈沖比負壓脈沖調(diào)壓幅度大，因此更能提高滲氮或氮碳共滲速度，也更能提高小孔、盲孔、緊壓面的滲層面質(zhì)量均勻性，達到普通滲氮所無法實現(xiàn)的熱處理效果。
1.3.3提高設(shè)備利用率
在低壓脈沖真空狀態(tài)下，工件可以密裝，提高了設(shè)備利用率。
2 展望
低壓脈沖真空熱處理是真空熱處理的又一**技術(shù)，它有助于提高熱處理質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、促進我國熱處理行業(yè)的技術(shù)發(fā)展。
隨著低壓脈沖真空熱處理技術(shù)及其應(yīng)用的不斷完善和發(fā)展，高質(zhì)量、低成本，熱處理的節(jié)能、精密、高效、環(huán)保、與可持續(xù)發(fā)展，將是本技術(shù)發(fā)展的重要方向。
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