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热处理技术装备发展趋势与市场前景

04/06

热处理技术装备发展趋势与市场前景

由于机械产品终端用户不断增长的高要求,产品制造企业和热处理加工企业间的竞争激烈,近代热处理的生产技术有了飞速的发展。尤其是作为世界头号大国的美国在制定和实施热处理技术发展路线图,提出能源质量、减排、设备、均匀性和重现性以及生产成本和利润等长远目标高要求以及实施一系列高薪技术研发项目之后,热处理技术更发生课翻天覆地的变化。因此,关注热处理技术发展趋势能使企业更好的把握市场动向,采取应变措施,同时采取新的技术达到节能减排降低成本和保护环境的目的,使企业更进一步在市场上占取有力局势。

1、 少无氧化加热技术与装备依然是行业发展的大趋势

(1) 真空热处理设备

真空热处理技术具有无氧化、无脱碳、脱气、脱脂、表面质量好, 变形微小, 综合力学性能优异, 无污染无公害, 自动化程度高等一系列突出优点, 四十余年来始终是国际热处理技术发展的热点, 我国近二十年来亦得到迅速发展。我国真空热处理工艺的研究和应用已经遍及真空退火、真空油(气) 淬火、真空高压气体淬火、真空负压高流率气体淬火、真空渗碳、渗氮、真空回火、真空烧结、真空钎焊、真空渗金属、真空离子渗碳(渗氮、渗金属) 、真空清洗、真空喷涂等广阔领域, 取得了长足的进展。随着技术进步和工业的发展, 我国真空热处理技术的发展生机勃勃, 可以预见, 未来我国将致力于发展真空高压气淬热处理技术及智能控制系统, 真空连续热处理生产线及智能控制系统, 真空高温高压烧结炉技术和真空清洗技术, 燃气式真空热处理炉及智能化系统技术, 真空等温热处理技术与设备及智能控制系统等, 未来的真空热处理技术发展方兴未艾, 前景广阔。

(2)可控气氛热处理设备

可控气氛热处理装备应用量大面广,广泛地应用于汽车、模具、轴承、石油工业等。热处理是保证和提高机械产品质量的重要工序。在热处理时实现无氧化加热是减少金属氧化损耗,保证制件表面质量的最主要措施。由于这一重要意义,近整个世纪以来,气氛热处理得到了充分的研究、蓬勃的发展和应用,可控气氛已为最成熟的,在大批量生产条件下应用最普遍的热处理技术之一,可以毫不夸张的说,可控气氛应用的普及程度已成为一个国家热处理生产技术先进水平的主要标志。可控气氛应用的热处理工艺大致分为以下几种类型。

1、 渗碳

渗碳是轻纺行业中应用最广泛的工艺方法之一。20世纪50年代实现了从固体渗碳到井式炉中滴入液体渗剂的气体渗碳变革,改善了产品质量,提高了工效。60年代研制成功的LiCL 露点仪以后,首先在井式渗碳炉上实现了滴入甲醇和丙酮的可控气氛渗碳。在掌握了吸热式气氛制备方法和研制成功密封箱式多用炉后,用露点仪实现了多用炉的碳势控制。60年代末期研制成功的红外二氧化碳分析仪,用于井式炉和多用炉的滴注式渗碳。前些年,用滴注式可控气氛渗碳在国内已经达到相当普遍的程度,尤其是在氧探头的气氛微量氧(氧势)测量、控制技术和仪器配备微机可编程序控制器的碳势控制仪问世以后,在密封井式炉和箱式多用炉中进行可控气氛渗碳已成为一种趋势。

2、碳氮共渗

碳氮共渗是将钢件置于碳氮合成气氛中进行分解、吸收和扩散,使钢件表面形成一定碳氮浓度和厚度的渗层,再进行淬火+ 回火,使工件表面达到高硬度和高耐磨性,心部获得高强度和高韧性。在多用炉内进行碳氮共渗后淬回火,是汽车、轻纺行业中常见的热处理工艺。

3、光洁淬火(退火、复碳)

利用可控气氛,来达到常规热处理对钢件难以达到的效果,这是热处理工作者一直探讨的问题。在常规热处理中,对于已成品零件表面因脱碳而造成表面硬度的不合格,可以采用在保护气氛中先进行复碳处理,然后再进行保护气氛的淬火+ 回火,使得可能造成“废品”的零件“起死回生”。 光亮淬火是在保护气氛的环境下进行淬火,它是用户对热处理提出的一大需求,是对节省材料、节约生产成本的一大进步。

(3)等离子表面热处理

利用等离子电弧的高温特性对金属材料表面进行改性处理是金属材料学科的研究重点之一, 与常规的淬火热处理相比, 等离子体表面淬火其加热和冷却速度极快(

2、 感应加热电源与淬火机床制造

感应加热热处理是用感应电流使工件局部加热的表面热处理工艺。这种热处理工艺常用于表面淬火,也可用于局部退火或回火,有时也用于整体淬火和回火。20世纪30年代初,美国、苏联先后开始应用感应加热方法对零件进行表面淬火。随着工业的发展, 感应加热热处理技术不断改进, 应用范围也不断扩大。

基本原理:将工件放入感应器(线圈) 内,当感应器中通入一定频率的交变电流时, 周围即产生交变磁场。交变磁场的电磁感应作用使工件内产生封闭的感应电流──涡流。感应电流在工件截面上的分布很不均匀,工件表层电流密度很高,向内逐渐减小, 这种现象称为集肤效应。工件表层高密度电流的电能转变为热能,使表层的温度升高,即实现表面加热。电流频率越高,工件表层与内部的电流密度差则越大,加热层越薄。在加热层温度超过钢的临界点温度后迅速冷却,即可实现表面淬火。

感应加热淬火机床的主要作用是使工件定位并进行必要的运动。此外还应附有提供淬火介质的装置。淬火机床可分为标准机床和专用机床,前者适用于一般工件,后者适用于大量生产的复杂工件。

3、 热处理工艺过程控制系统

加热设备和工艺过程的可靠性取决于机械动作、电器元件、仪器仪表、传感器以及整个系统的可靠性,这个问题一直是困扰我国热处理工艺水平和装备发展的瓶颈。而今,控制元器件及其控制系统得到了很大的发展,市场供应和技术服务也是越来越方便,在国内即可买到国外的高质量产品,同时国内产品也有了长足的发展,用户可根据实际需求情况选择产品的档次。

4、 辅助材料和配套设备

淬火介质是生产中使用最多、最广工艺材料,直接影响零件淬火后的性能、畸变量等。当前常用淬火剂是水、盐水、熔盐、冷热矿物油和聚合物溶液。Houghton Durferrite 公司预见到明天的理想液态淬火剂是生态淬火剂(Bio-Quenchant) 。所谓生态淬火剂就是以植物油为基加入添加剂的天然淬火油。用植物油淬过火的零件硬度、尺寸稳定性、椭圆度和普通淬火油都没有区别, 而锥形零件的椭圆度却比普通淬火油的小得多。植物油闪点高, 热油淬火安全, 且油的工件带出损失比普通淬火油少60%。据介绍, 使用植物油淬火的优点还有很多。首先植物油容易生物降解, 降解率可达75%以上, 欧洲有降解80% ~100%的试验数据, 而矿物油只能降解10%~40%。植物油的沸点和闪点都比矿物油高, 油烟毒性很小, 还是可再生能源, 能源源不断地得到供应, 不易水解、抗氧化能力强、低温粘度低、粘度范围窄。目前植物油价格比矿油虽贵一倍, 但使用寿命长, 工件淬火质量好, 对环境相对友好, 在一定程度上可得到补偿。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。

近年来热处理市场连续保持热火态势,企业改制正在逐步完成,民营企业不断发展壮大,技术改造和设备更新如火如荼,因此质量检测技术、设备和热处理与表面工程加工服务都有很大的发展空间。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。如今以少无氧化加热、节能、无污染和微电子技术在热处理中成为重点,同时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。作为企业而言,淘汰旧设备、降低成本、利用新技术是获得生存和发展的必须之路,应当认清当前的形势积极创新抓住机遇,使自己处于有利位置,同时引领整个行业健康发展。

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