熱處理工藝介紹及加熱設(shè)備
加熱是金屬熱處理主要工序之一。選用合理的加熱方法可以保證和提高金屬熱處理的質(zhì)量。有些零件在熱處理后出現(xiàn)的缺陷就是由于加熱方法不當(dāng)造成的，加熱時，應(yīng)保持溫度適當(dāng)而均勻以避免或減少金屬表面氧化、脫碳，同時還應(yīng)控制加熱速度。這些都與恰當(dāng)?shù)剡x擇加熱方法有關(guān)。熱處理工藝加熱要考慮加熱熱源、加熱溫度、加熱時間以及加熱環(huán)境控制等問題。
加熱設(shè)備
早期的加熱是以木炭或煤為燃料，在敞開的灶式爐中進(jìn)行的，后來改變?nèi)紵业奈恢?，制成不同形式的反射爐，提高了加熱效率。為了改變因火焰直接接觸工件而引起的表面氧化脫碳，一些中、小型工件常采用間接加熱方法，如將工件埋在熔融鹽液等介質(zhì)中加熱，即“浴爐”加熱，可以基本上避免氧化，減少脫碳。液體和氣體燃料的采用，電加熱的擴(kuò)大應(yīng)用，使金屬熱處理的加熱方法更趨完善，加熱溫度更易于控制，同時避免了環(huán)境污染。
按熱源的不同，金屬熱處理加熱方法大致可分為燃料燃燒加熱法、電加熱法和高能量密度能源加熱法三大類。
1）燃料燃燒加熱法
所用燃料可以是固體（煤）、液體（油）和氣體（煤氣、天然氣、液化石油氣），
方法很多。
燃煤加熱：煤的資源豐富，燃煤反射爐在熱處理加熱方法中有過一定的地位。煤的性質(zhì)和反射爐的結(jié)構(gòu)，決定了煤不易完全燃燒，因而煤爐熱效率低，加熱質(zhì)量和勞動條件差，煤煙污染環(huán)境。這些缺點(diǎn)，使得燃煤加熱法逐漸被其他加熱方法所取代?！ ?span>
液體燃料加熱：主要使用重柴油作燃料，適用于大型加熱爐加熱，也用于外熱式鹽浴爐的加熱，一般在爐子加熱室外墻一側(cè)或兩側(cè)安裝噴嘴。液體燃料用于加熱外熱式鹽浴爐時，噴嘴則安裝在坩堝外的爐殼上。液體燃料在噴嘴中與空氣混合，并在壓縮空氣的作用下霧化，然后噴出噴嘴，在加熱室中（或在鹽浴爐的坩堝外）燃燒,以加熱工件（或坩堝）。噴嘴的合理設(shè)計(jì)與布置,對保持爐溫均勻、節(jié)省燃料起著關(guān)鍵作用。噴嘴噴出的霧化油也可以在爐內(nèi)的輻射管中燃燒，加熱輻射管以間接加熱工件。燃油比燃煤容易控制加熱溫度，適用于大件整體的加熱和供油量充足的地區(qū)?！ ?/span>
氣體燃料加熱：一種是間接加熱，在噴嘴中，氣體與一定比例的空氣混合后噴出燃燒，這種方法可直接加熱放在加熱室中的工件，也可以把火焰噴入裝在加熱室中的輻射管。用于鹽浴爐時,噴嘴裝在坩堝外的爐殼上,火焰射向坩堝外側(cè)以加熱熔鹽。用于加熱的氣體燃料有煤氣、天然氣和液化石油氣等。調(diào)節(jié)空氣與氣體的比值可以獲得氧化或還原的燃燒氣氛，從而減少工件加熱時的氧化脫碳程度，這種加熱方法適用于大件整體加熱和燃?xì)夤?yīng)充足的地區(qū)。
另一種方式是用噴嘴的火焰直接加熱工件表面，這時噴嘴和工件作相對移動，所用氣體為氧-乙炔、氧-丙烷、氧-甲烷等，這種加熱方法即火焰淬火,適用于工件的表面淬火。
2）電加熱法
以電為熱源，通過各種方法使電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芤约訜峁ぜ?，電加熱時，溫度易于控制，無環(huán)境污染，熱效率高，電加熱有多種方法?！ ?/span>
電熱元件加熱：利用工頻（50～60赫）交變電流通過電熱元件時產(chǎn)生的電阻熱加熱工件。電熱元件常布置在加熱室內(nèi)四周或兩側(cè)，以保證加熱室內(nèi)溫度均勻；也有把元件裝在輻射管內(nèi)對工件間接加熱的。對于外熱鹽浴爐或金屬浴爐，則把電熱元件布置在坩堝外、殼體內(nèi)的空間。這種加熱方法也可用于氧化鋁粒子的浮動粒子爐。它適用于工件整體加熱和電能充足的地區(qū)?！ ?/span>
工件電阻加熱：降壓后的交變電流直接通過工件，由工件本身電阻產(chǎn)生熱量使工件溫度提高。這種方法適用于對截面均勻的工件進(jìn)行整體加熱。還有一種方式是利用滾動銅輪壓在金屬工件上，通以低電壓大電流的交變電流，利用銅輪與工件間的接觸電阻產(chǎn)生熱量而加熱工件表面。
工件感應(yīng)加熱：把工件放在一個螺旋線圈內(nèi)，線圈中通以一定頻率（一般高于工頻）的交流電，使放在線圈中的工件產(chǎn)生渦流電流，利用工件本身的電阻產(chǎn)生熱量而被加熱。這種加熱的深度可隨電流頻率提高而變淺，稱為感應(yīng)加熱熱處理。感應(yīng)加熱主要用于加熱工件表面，但采用較低頻率而工件直徑又小時，也可以進(jìn)行整體加熱。這種加熱方法效率高，耗電少，多用于中、小零件的加熱淬火?！ ?/span>
加熱介質(zhì)電阻加熱：將工業(yè)頻率的低壓交變電流導(dǎo)入埋在介質(zhì)中的電極，利用電流流過介質(zhì)時產(chǎn)生的電阻熱使介質(zhì)本身達(dá)到高溫。工件放在這種高溫介質(zhì)中進(jìn)行加熱，可以減少或避免氧化脫碳。這種介質(zhì)都是導(dǎo)電體，如鹽、石墨粒子等。加熱爐的爐型有內(nèi)熱式鹽浴爐和石墨浮動粒子爐。這種加熱方法主要用于中、小零件的加熱淬火?！ ?/span>
3）高能量密度能源加熱
以很大的功率密度加熱工件表面，加熱時間以毫秒計(jì),功率密度可達(dá)10(～10(瓦／厘米(，采用的熱源有太陽能、激光束和電子束等。
太陽能加熱：以聚光式太陽能加熱器加熱工件。
激光束加熱：利用 C O2 連續(xù)激光發(fā)生器產(chǎn)生的激光，經(jīng)過聚焦產(chǎn)生高溫射束照射工件，使工件局部表面薄層瞬時達(dá)到淬火溫度或熔化溫度。照射停止后，表面熱量迅速傳入基底材料而使表面淬硬或迅速凝固。利用激光束加熱的工藝有相變硬化-淬硬、表面“上光”-快速凝固、表面合金化等。使反射鏡可以改變光束的方向，所以這種方法最適用于內(nèi)壁（如汽缸套）加熱，但熱效率較低?！ ?/span>
電子束加熱：利用高速運(yùn)動的電子轟擊工件表面，使很高的動能迅速轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，將工件表面溫度迅速提高到淬火溫度或熔化溫度。照射停止后，表面熱量在瞬時間即可傳入冷態(tài)的基底材料而淬硬或迅速凝固。與激光加熱一樣,電子束加熱的工藝也有相變硬化表面“上光”和表面合金化等由于加熱需要在真空室內(nèi)進(jìn)行,工件批量受到一定限制，但熱效率較高。
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