熱處理爐按工作介質(zhì)分類

熱處理爐可以分為空氣爐、可控氣氛爐、真空爐、浴爐、浮動粒子爐。

熱處理爐按工作介質(zhì)可以分為氣氛爐、浴爐、流態(tài)粒子爐。

氣氛爐可以分為空氣氣氛爐、火焰氣氛爐、可控氣氛爐、真空爐。

空氣氣氛爐是一種結(jié)構(gòu)最簡單的爐型。工件在該爐內(nèi)高于560℃以上加熱時(shí)會氧化脫碳。

火焰氣氛是燃料爐燃燒產(chǎn)物氣氛。燃燒產(chǎn)物的組成主要是二氧化碳，水和氮?dú)?。還可能有過剩的氧氣或未完全燃燒的一氧化碳?；鹧鏆夥盏男再|(zhì)主要是氧化性，只有當(dāng)一氧化碳較多時(shí)才為弱氧化性或人還原性。

可控氣氛是人們特意加入爐內(nèi)的氣氛，主要是控制碳勢氮勢或氣氛還原性。按可控氣氛的性質(zhì)分類有：

1)中性氣氛，主要是氮?dú)?，在氮?dú)獾幕A(chǔ)上附加其他組分，形成氮基氣氛，其性質(zhì)隨附加劑的性質(zhì)而變化。

2）還原性氣氛，主要是氫氣。氫氣的密度小，粘度低，熱導(dǎo)率高，還原性強(qiáng)，因此它有熱容量小，流動狀態(tài)好，溫度均勻度高的優(yōu)點(diǎn)。

3）含碳?xì)夥?，含碳?xì)夥沼商細(xì)浠衔锪鸦虿煌耆紵?，有吸熱式和放熱式兩大類，此氣氛可在熱處理爐外或爐內(nèi)生成。

1)、在少無氧化熱處理技術(shù)的發(fā)展趨勢中，首推可控氣氛和真空熱處理的發(fā)展迅猛。

在目前少品種、大批量生產(chǎn)中，尤其是碳素鋼和一般合金結(jié)構(gòu)鋼件的光亮淬火、退火、滲碳淬火、碳氮共滲淬火、氣體氮碳共滲仍以應(yīng)用可控氣氛為主要手段。所以可控氣氛熱處理仍是先進(jìn)熱處理技術(shù)的主要組成部分。

2)、制備氣氛的氣源。

我國在掌握和推廣可控氣氛過程中，在解決氣氛問題上走過了漫長的道路。最早的吸熱式氣氛發(fā)生爐主要用液化氣，即純度較高的丙烷或丁烷。近幾年已證實(shí)，我國的天然氣資源豐富，為用甲烷制備吸熱式氣氛創(chuàng)造了良好的條件。使用不用了生爐的直生式氣氛也是一條不容忽視的途徑。

3)、加熱設(shè)備。

密封多用爐和多用爐生產(chǎn)線自動化程度高，生產(chǎn)柔性大，適用性強(qiáng)，因而應(yīng)用廣

4)、可控氣氛熱處理工藝。

滲碳。高溫滲碳是滲碳技術(shù)發(fā)展趨勢之一。提高滲碳溫度可以顯著提高生產(chǎn)率和節(jié)省能耗。為此研究開發(fā)可用于1000℃以上的電輻射管材料是當(dāng)務(wù)之急，低壓滲碳技術(shù)的開發(fā)和完善為實(shí)現(xiàn)高溫滲碳(1040℃)創(chuàng)造了條件。鋼件的滲碳層深度要求一般都較保守，有時(shí)也很盲目?？磥碛斜匾芯繘Q定滲碳層深度的力學(xué)因素，探討減少滲層規(guī)定的可能性。

碳氮共滲。碳氮共滲溫度比滲碳低，工件畸變小。在滲層深度為0.6mm以下時(shí)的滲速接近于930℃滲碳。鋼碳氮共滲時(shí)容易出現(xiàn)反常組織，淬火后表面硬度有下降現(xiàn)象，滲層中有較多的殘留奧氏體。如何合理選擇工藝，充分發(fā)揮碳氮共滲潛力仍是值得探討的問題。過去曾有人提倡過高濃度碳氮共滲，也曾有過鋼件碳氮共滲時(shí)表面含碳量在0.6%，具有最好綜合力學(xué)性能的報(bào)道，為此眾說紛紜?？磥碛斜匾莆者@些規(guī)律，對生產(chǎn)工藝的優(yōu)選有所幫助。過去和現(xiàn)在都有對滾動軸承施行碳氮共滲以提高接觸疲勞強(qiáng)度的報(bào)道。例如AISI52100(相當(dāng)于GCr15)鋼制的球和滾柱則由過去的淬火、回火改為碳氮共滲、淬火、回火、軸承的破壞壽命提高了2.42倍?？磥?，要充分發(fā)揮碳氮共滲工藝的潛力還有許多工作需要做。

低于101.325kPa的稀薄氣體狀態(tài)，均稱真空態(tài)。在高真空狀態(tài)下熱處理設(shè)備發(fā)展的主要方向之一。

1)、真空熱處理的優(yōu)越性。

真空熱處理是和可控氣氛并駕齊驅(qū)的應(yīng)用面很廣的無氧化熱處理技術(shù)，也是當(dāng)前熱處理生產(chǎn)技術(shù)先進(jìn)程度的主要標(biāo)志之一。真空熱處理不僅可實(shí)現(xiàn)鋼件的無氧化、無脫碳，而且還可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的無污染和工件的少畸變，因而它還屬于清潔和精密生產(chǎn)技術(shù)范疇。目前它已成為工模具生產(chǎn)中不可替代的先進(jìn)技術(shù)。

2)、真空熱處理工藝。

工件畸變小是真空熱處理的一個(gè)非常重要的優(yōu)點(diǎn)。據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，工件真空熱處理的畸變量僅為鹽浴加熱淬火的三分之一。研究各種材料、不同復(fù)雜程度零件的真空加熱方式和各種冷卻條件下的畸變規(guī)律，并用計(jì)算機(jī)加以模擬，對于推廣真空熱處理技術(shù)具有重要意義。真空加熱、常壓或高壓氣冷淬火時(shí)氣流均勻性對零件淬硬效果和質(zhì)量分散度有很大影響。采用計(jì)算機(jī)模擬手段研究爐中氣流循環(huán)規(guī)律，對于改進(jìn)爐子結(jié)構(gòu)變具有重要意義。真空滲碳是實(shí)現(xiàn)高溫滲碳的最可能的方式。但在高溫下長時(shí)間加熱會使大多數(shù)鋼種的奧氏體晶粒度長得很大，對于具體鋼材高溫滲碳，重新加熱淬火對材料和工件性能的影響規(guī)律加以研究，對優(yōu)化真空滲碳、冷卻、加熱淬火工藝和設(shè)備是很有必要的。近幾年，國際上有研究開發(fā)使用氣體燃料的燃燒式真空爐的動向。在真空爐中采用氣體燃料加熱的困難太多，雖然有節(jié)約能源的說法，但不一定是一個(gè)重要的發(fā)展方向。

3)、真空熱處理爐。

現(xiàn)代真空熱處理爐是指可施行元件的真空加熱，然后在油中淬火或在常壓和加壓氣體中淬火的冷壁式爐子。研究開發(fā)這種類型的設(shè)備是一項(xiàng)綜合性強(qiáng)、跨學(xué)科、牽涉到很多科技領(lǐng)域的工作。工模具材料的真空熱處理的應(yīng)用前景很大。大多數(shù)工模具鋼目前都采取在真空中加熱，然后在氣體中冷卻淬火的方式。為了使工件表面和內(nèi)部都獲得滿意的力學(xué)性能，必須采用真空高壓氣淬技術(shù)。目前國際上真空氣淬的氣壓已從0.2MPa、0.6MPa提高到1～2MPa甚至3MPa。所以高壓氣淬真空爐的冷卻氣體壓力的逐步提高是一個(gè)重要的發(fā)展趨勢。除高壓氣淬外，在先抽真空而后填充高壓惰性氣體后施行對流加熱可以比傳統(tǒng)真空輻射加熱速度提高一倍以上，從而明顯提高加熱效率也是真空加熱技術(shù)的重要方向之一。向多功能發(fā)展也是真空爐的趨勢之一。在前室中施行油淬，在后室施行常壓或高壓氣淬，在中間加熱室施行真空加熱或等離子滲碳的半連續(xù)式真空熱處理設(shè)備是其典型例子之一。當(dāng)前國內(nèi)市場已有這種爐型需求的反映。各種可滿足大批量生產(chǎn)的連續(xù)式真空滲碳、高壓、氣冷、淬火、回火生產(chǎn)線已相繼問世?？梢灶A(yù)料，在不久的將來會引起汽車零件熱處理的一場重大變革。針對真空加熱容易實(shí)現(xiàn)高溫滲碳的特點(diǎn)，開發(fā)真空高溫(1000℃～1050℃)滲碳、緩冷、重新加熱、油中淬火、清洗、回火生產(chǎn)線應(yīng)該盡快提到日程上來。

定義：利用液體介質(zhì)加熱（或冷卻）工件的一種熱處理爐。

液體介質(zhì)：鹽浴爐、金屬浴爐、堿浴爐、油浴爐

工作溫度：150-1300℃

應(yīng)用的工藝：淬火、正火、回火、局部加熱、化學(xué)熱處理、等溫或分級淬火。

結(jié)構(gòu)：由爐體和坩堝組成，采用電阻加熱的外熱式（電阻熱元件布置在爐膛外）或內(nèi)熱式

（將管狀加熱器布置在爐膛外）的硝鹽爐，用作鋼的回火、等溫淬火和鋁合金加熱等，目前在熱處理車間較為常見，但如操作不當(dāng)，鹽浴存在著火或的隱患，使用時(shí)必須采取嚴(yán)密的安全措施。

介質(zhì)的選用

優(yōu)點(diǎn)：加熱速度快，加熱均勻，防止氧化與脫碳，提高工件的表面質(zhì)量，操作方便；

用途：加熱一些尺寸不大、形狀復(fù)雜且表面質(zhì)量要求高的工件，象刀具、模具、量具以及其他一些精密的零件。

特點(diǎn)：熱源在坩鍋外部，熱量通過坩鍋壁傳入加熱介質(zhì)。

工作溫度：900°C以下

應(yīng)用：碳鋼與合金鋼工件的淬火、正火、回火等，特別適于作各種化學(xué)熱處理，或者等溫冷卻用；

 

特點(diǎn)：將熱源放在介質(zhì)的內(nèi)部，直接加熱介質(zhì)；

輻射管式浴爐常用管狀電熱元件直接插入介質(zhì)（硝鹽、堿類或油類）中，工作溫度在600℃以下，用于鋼件回火及等溫冷卻用；

電極式浴爐的工作溫度范圍廣，適用于各種熱處理工序，且溫度均勻，熱效率高，啟動開爐快，爐子結(jié)構(gòu)簡單。分插入式電極鹽浴爐和埋入式電極鹽浴爐。

 

用石墨，石英砂，剛玉粒代替熔鹽作介質(zhì)。工作時(shí)粒子形成懸浮狀態(tài)的流床，材料在其中加熱，這種方法可以避免鹽溶加熱的缺點(diǎn)，但需要有鼓風(fēng)機(jī)裝置和保護(hù)氣體。

將固體顆粒堆存容器內(nèi)的多孔板上，形成一個(gè)床層，若液體系自上而下通過，顆粒并不運(yùn)動，此種床層稱為固態(tài)床。

若令液體自上而下通過床層，流速低時(shí)，顆粒不動，情況與流體自上而下通過時(shí)并無區(qū)別；流速加大到一定程度后顆粒便活動，而床層膨脹；流速進(jìn)一步加大則顆粒彼此離開而在流體中浮動，流速愈大，浮動愈劇烈床層愈高，通常稱為固體液態(tài)化。

1、節(jié)能方面：同樣加熱容積，鹽浴爐比粒子爐功率大50%。

2、操作方面和環(huán)境方面：粒子電爐升溫快，1.5小時(shí)可升溫到900攝氏度，環(huán)境沒有鹽浴爐的鹽蒸汽污染和腐蝕，并且免去了鹽浴爐的清洗設(shè)備和人員。

3、工藝方面：由于粒子爐溫度均勻，不脫碳、不氧化，對基體的變形很小，而且基體淬火后可直接發(fā)藍(lán)，常時(shí)間存放不生銹，最大的優(yōu)點(diǎn)是沒有廢品?；w在淬火時(shí)因種種原因沒合格，但可以連續(xù)淬火，直到合格，而鹽浴爐做不到這點(diǎn)。

流態(tài)石墨粒子電爐是流態(tài)化與熱處理技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展起來的一種新型爐種。

1、流態(tài)石墨粒子電爐由流態(tài)床、旋風(fēng)分離除塵器及粒子自動回收裝置，電氣控制柜，送風(fēng)泵，引風(fēng)機(jī)等組成，流態(tài)床主要起流態(tài)化作用。旋風(fēng)分離除塵器及自動回收裝置是為了保證環(huán)境無污染，改善工人勞動條件，電氣控制柜是控制、記錄溫度和使機(jī)電動作協(xié)調(diào)。

2、流態(tài)化技術(shù)是該設(shè)備的關(guān)鍵，對流態(tài)化要求不出現(xiàn)氣溝騰涌或死區(qū)，流化介質(zhì)為石墨。流化過程是壓縮氣體從底部吹進(jìn)，經(jīng)穩(wěn)壓室，布風(fēng)板，使?fàn)t膛內(nèi)的石墨粒子呈懸浮狀態(tài)，類似流體流動，即呈流化狀態(tài)，廢氣經(jīng)沉降斗從抽風(fēng)窄逢經(jīng)旋風(fēng)分離除塵器排出。

3、流態(tài)石墨粒子電爐加熱系統(tǒng)：本爐加熱系統(tǒng)采用內(nèi)熱式，利用流化狀態(tài)的石墨為導(dǎo)電體，特制電極，用屏蔽網(wǎng)屏蔽，若干零電位區(qū)作電阻發(fā)熱體，經(jīng)熱能的傳導(dǎo)，輻射，對流對工件進(jìn)行快速均勻無氧化加熱。

4、流態(tài)石墨粒子電爐用途與特點(diǎn)：本爐是一種理想的多用途電爐，可用于多種金屬零件的正火，退火、淬火、回火、固溶熱處理等，特別適用于模具熱處理。