熱處理設(shè)備講稿

02培訓(xùn)材料第三部分熱處理設(shè)備一、概述熱處理設(shè)備是執(zhí)行熱處理工藝的一種手段，是熱處理生產(chǎn)過程中重要工具，當(dāng)零件熱處理工藝制定后，熱處理設(shè)備是決定工件熱處理質(zhì)量的關(guān)鍵，根據(jù)工藝等要求合理選擇熱處理設(shè)備能降低加工成本和實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。1、 備選擇熱處理設(shè)的原則一先進(jìn)性與實(shí)用性相結(jié)合滿足熱處理工藝的要求；保證工件熱處理質(zhì)量；有利于提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本；確保使用壽命和維護(hù)方便；節(jié)能減排和安全生產(chǎn)。2、 熱處理設(shè)備分類：熱處理設(shè)備分為主要設(shè)備和輔助設(shè)備（P288）熱處理主要設(shè)備包括：熱處理爐、加熱裝置（如感應(yīng)加熱裝置等）、表面改性裝置（氣相沉積和離子注入等）、淬火冷卻裝置、冷處理裝置、工藝參數(shù)檢測(cè)和控制裝置等。熱處理設(shè)備的輔助裝置如冷卻、清洗、氣氛制備、淬火介質(zhì)循環(huán)、防火除塵等。表1熱處理爐的分類熱八、、處理爐分類分類原則爐 型按熱源電阻、燃料、煤氣、油、煤、感應(yīng)、激光按工作溫度高溫（大約1000°C）、中溫（650°C?1000°C）、低溫爐（小于650°C）按爐膛形式箱式、井式、罩式、貫通式、轉(zhuǎn)底式、管式爐按工藝用途退化、淬火、回火、滲碳、滲氮爐按作業(yè)方式周期、連續(xù)爐按使用介質(zhì)空氣、火焰、可控氣氛、鹽浴、油浴、鉛筆浴、液態(tài)化、真空爐按機(jī)械形式臺(tái)車、升降底式、推桿式、輸送帶式、輥底式、振底式、步進(jìn)式爐目前熱處理行業(yè)常用的熱處理設(shè)備主要有：箱式爐、井式爐、可控氣氛爐、真空爐、感應(yīng)加熱裝置及鹽浴爐等（鹽浴爐逐步淘汰），也是本部分重點(diǎn)學(xué)習(xí)的內(nèi)容。3、學(xué)習(xí)重點(diǎn)：、熱處理爐的傳熱原理及實(shí)際應(yīng)用；箱式電阻爐的功率計(jì)算；電熱元件的選用;二、 可控氣氛的類型和特點(diǎn)；氣氛碳勢(shì)控制的方法和原理。三、 真空度、真空加熱原理和特點(diǎn)；描述真空系統(tǒng)的基本參數(shù)對(duì)真空爐性能的影響。四、 感應(yīng)加熱電源的原理、性能特點(diǎn)、基本術(shù)語、適用場(chǎng)合；合理選用和使用感應(yīng)加熱電源；感應(yīng)圈設(shè)計(jì)的基本原理。五、 熱處理設(shè)備的安全操作（重點(diǎn)：鹽爐、可控氣氛爐）。二、爐子傳熱的三種基本方式（P288）材料熱處理加熱過程是高溫?zé)嵩聪虻蜏毓ぜ鬟f熱量的熱交換過程，了解傳熱過程對(duì)提高工件的加熱質(zhì)量和節(jié)約能源具有重要的意義。傳熱的基本方式分為傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射三種。傳導(dǎo)傳熱一無宏觀質(zhì)點(diǎn)移動(dòng)，依靠分子（原子）的振動(dòng)、擴(kuò)散或自由電子運(yùn)動(dòng)的的傳熱方式，可以發(fā)生在固、液、氣體中。對(duì)流傳熱一溫度不同部分的質(zhì)點(diǎn)發(fā)生相對(duì)位移的傳熱方式，可以發(fā)生在液、氣體中。輻射傳熱一一定溫度物體以電磁波的形式向外發(fā)射輻射能，并使與其不接觸的另一物體吸收后轉(zhuǎn)化為熱能。（物體與另一物體之間）傳熱學(xué)方程同有一物體的不同部分或兩個(gè)物體之間存在溫差則必然產(chǎn)生熱交換，即傳熱。其熱交換量可用以下公式Q=K（T1-T2）F （1）Q一熱流量（綜合熱交換），單位時(shí)間內(nèi)由高溫物體傳給低溫物體的熱量；F一傳熱面積；T1,T2分別為兩物體的溫度；K一傳熱系數(shù)。K的物理意義一表示當(dāng)溫差為1°C，每秒鐘通過1m2面積的熱量。上述方程為一般傳熱學(xué)方程，適用于任何傳熱過程，每種傳熱過程的特殊性只反映在傳熱系數(shù)上。設(shè)q=K（T1-T2）=KAT （2）q一熱流密度，單位時(shí)間通過單位面積傳遞的熱量則Q=qF設(shè)熱阻R=1/K， 貝q=AT/R由上式可知，傳熱系數(shù)越小，熱阻越大，則熱流密度越小，傳熱量越小，傳熱速度越慢。

。、q是設(shè)計(jì)熱處理爐時(shí)計(jì)算額定功率的重要依據(jù)。在熱處理電阻加熱爐中三種不同傳熱方式的傳熱計(jì)算1）傳導(dǎo)傳熱熱處理爐中爐墻的傳熱通常是傳導(dǎo)傳熱。對(duì)于單層爐墻的穩(wěn)態(tài)傳熱（圖1），由式（2）可知，熱流密度q為（3）式中T1,T2分別為單層爐墻兩側(cè)面溫度；S為爐墻厚度；X為導(dǎo)熱系數(shù)，是導(dǎo)熱物體相距1米處的溫差1°C時(shí)，每秒通過1m2面積的熱量。(4)若乘以則爐墻爐墻面積可求出爐墻的導(dǎo)熱量(4)%=q-F==圖1單層爐墻導(dǎo)熱圖2雙層爐墻導(dǎo)熱②對(duì)于多層（雙層）爐墻的穩(wěn)態(tài)傳熱（由q*^可求得下式）圖1單層爐墻導(dǎo)熱圖2雙層爐墻導(dǎo)熱②對(duì)于多層（雙層）爐墻的穩(wěn)態(tài)傳熱（由q*^可求得下式）q=寸+寸1 2式中T1,T3分別為爐內(nèi)、外墻的溫度;S1，S之分別為各層爐墻的厚度;(5)*X分別為各層爐墻的導(dǎo)熱系數(shù)。若乘以爐墻面積可求得爐墻的導(dǎo)熱量。傳(6)T1-T(6)xF+xF1 1 2 2又考慮車間環(huán)境溫度的影響，爐壁向環(huán)境的實(shí)際散熱量（或?qū)崃浚?7)Q傳= 卜二一r-(7)K 1 2 H 罕1氣F七尸外墻L為爐外殼表面對(duì)周圍空氣的綜合傳熱系數(shù)。幾種爐墻材料的導(dǎo)熱系數(shù)見下表，人越小，q越小，絕熱能力強(qiáng)，既保溫性能好。表：幾種爐墻材料的導(dǎo)熱系數(shù)耐火或保溫材料名稱重質(zhì)黏土磚輕質(zhì)黏土磚超輕質(zhì)黏土磚礦渣棉硅酸鈣絕熱板氣體熱導(dǎo)系數(shù)（W/mtC）0.83+0.58X10-3T0.20+0.43X10-3T0.05+0.17X10-3T0.045（常溫）V0.056+0.00011T0.005?0.5*表中材料導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度T變化。由表可知道，在表中的爐墻材料中，硅酸鈣類型絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)小，已是目前最廣泛被采用的爐墻材料。又若在爐墻外表面安裝一層僅有空氣的“保溫盒”，由于靜止氣體的導(dǎo)熱系數(shù)比硅酸鈣絕熱板的導(dǎo)熱系數(shù)小得到多，所以對(duì)熱處理爐具有明顯的節(jié)能效果。2） 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱所傳遞熱量的公式Q對(duì)=a對(duì)（T1-T2）F （8）式中Q對(duì)為單位時(shí)間內(nèi)對(duì)流傳熱量；T-J為流體與固體表面的溫差；F為固體液體的接觸面積；a對(duì)為對(duì)流傳熱系數(shù)，表示流體與固體表面間的溫差為1°C，單位時(shí)間通過1m2面積所傳遞的熱量。a對(duì)與流體的流動(dòng)性質(zhì)（如自然流動(dòng)、強(qiáng)制流動(dòng)、層流、渦流）；與固體接觸的形狀、大小和位置；固體與液體之間的溫差別等。例如：①電阻爐內(nèi)采用爐氣強(qiáng)制循環(huán)時(shí)，爐氣對(duì)表面的對(duì)流系數(shù)的計(jì)算公式：a對(duì)=K?08 式中①為爐氣實(shí)際流速；K為爐溫系數(shù)。②爐壁的散熱：a側(cè)面=2.24T-T0，a爐底=1頊-T0，a爐頂=御T1-T。由①可知，在熱處理爐中，因工件以對(duì)流傳熱為主，所以爐氣的循環(huán)，提高必，則加快加熱速度。由②的a*值可知，對(duì)爐側(cè)壁，特別是爐頂散熱快，應(yīng)特別注意保溫。對(duì)3） 輻射傳熱（以下T為絕對(duì)溫度-273C）工件表面從爐壁表面獲得的輻射熱Q=a（T-T）F （9）輻輻12 2

式中t為爐溫；氣為工件表面溫度；F為工件受熱面積;輻射傳熱系數(shù)?是表示工件與爐溫差為1°c,工件1m2受熱面積每小時(shí)獲得的輻射熱。輻根據(jù)輻射四次方定律E=C（二）4可求得a0 0100 輻C導(dǎo)（焉）C導(dǎo)（焉）4一4](10)上式中的導(dǎo)來輻射系數(shù)C導(dǎo)上式中的導(dǎo)來輻射系數(shù)C導(dǎo)4.96TOC\o"1-5"\h\z1 F 1\o"CurrentDocument"一+寸(—-1)8 F 8e為爐墻表面黑度；%為工件表面黑度；F為爐墻的輻射面積；F為工件的輻射面積。1 2 1由上式可知，提高工件表面從爐壁表面獲得的輻射熱。輻值的措施爐溫（〈）愈高，a輻愈大，爐子的傳熱能力愈強(qiáng)，工件的加熱速度愈快；工件的合理放置和電熱元件的布置，如盡量減少電熱元件間或工件間的相互遮蔽，增加輻射面積，提高加熱速度和加熱的均勻性。當(dāng)需要減少輻射熱量時(shí)，可在受熱表面（爐壁）與熱源（加熱元件）之間放置金屬隔板（圖），如果輻射系數(shù)相同，由下計(jì)算可知，輻射熱量可減少一半。圖3隔熱屏原理示意圖根據(jù)輻射四次方定律可推導(dǎo)，熱源直接輻射給受熱表面的熱量為(11)4=Cm^）4-/）^(11)熱源1傳給隔板3的熱量和隔板3受熱表面2的熱量分別為Q13=Q13=C導(dǎo)哈I擊5(12)Q偵寸擊）4-（擊）4]F當(dāng)系統(tǒng)傳熱穩(wěn)定時(shí)Q=Q偵寸擊）4-（擊）4]F當(dāng)系統(tǒng)傳熱穩(wěn)定時(shí)Q=Q=Q（加隔熱屏后平面1間接傳給平面2的熱量）所以（13）將式13代入式12，則得Q13=Q32=2。導(dǎo)T4-（―）4]F100（14）將式（14）與式（11）相比，得q13=2Q12如受熱表面與熱源之間放置n層隔板，,T一一4-（依）4]尸（W/t）（15）學(xué)習(xí)熱處理爐的傳熱學(xué)原理的實(shí)際應(yīng)用1、熱處理電阻爐設(shè)計(jì)時(shí)選擇功率的主要依據(jù)以箱式電阻爐以箱式電阻爐為例，通過計(jì)算熱平衡狀態(tài)下熱量總的輸出Q總后，進(jìn)行熱處理電阻爐功率計(jì)算的方法具有普遍性，而且適用于熱處理燃料爐燃料消耗量的計(jì)算。?？?4+%+4+Q散+%+Q溢+。它（E）TOC\o"1-5"\h\z其中①加熱工件需要的熱量Q=P（（CT-CT）；件件11 22加熱輔助構(gòu)件需要的熱量Q輔=P輔（CT1-CT2）；加熱控制氣氛需要的熱量Q控=V控C（T-T）；（C為平均比熱）通過爐襯向環(huán)境散熱損失的熱量e= —T^T0 散SS 「XF+XF+以￡31ml m2\o"CurrentDocument"T T通過開啟爐門輻射熱損失Q=5.675x[（—1）4-（——）4]x3.6F05輻 100 100 t通過開啟爐門溢氣的熱損失Q=如（=^）5溢 2t⑦其他熱損失Q它=（0.5-1.0）2散對(duì)于周期作業(yè)的熱處理爐，爐溫升降比較頻繁，升溫時(shí)加熱爐襯需要的熱量很大，因此在設(shè)計(jì)爐子功率時(shí)，為了確保爐子的升溫速率，應(yīng)將爐襯材料的蓄熱量2蓄考慮在內(nèi)。若將上述各項(xiàng)熱損失相加可計(jì)算熱處理爐的功率：爐子設(shè)計(jì)功率：P=KP=K嘉（KW） （11）總3600K一功率儲(chǔ)備系數(shù)（考慮車間的電壓波動(dòng)和電熱元件老化引起的功率下降等）周期爐為1.3?1.5；連續(xù)爐為1.2?1.3。（電阻爐也可采用經(jīng)驗(yàn)法確定其功率，可查閱有關(guān)資料）2、尋求熱處理設(shè)備節(jié)能的重要依據(jù)熱處理能源消耗占機(jī)械制造業(yè)總能耗的30%左右，熱處理節(jié)能意義重要大。通過熱處理爐的熱平衡計(jì)算，在熱處理爐設(shè)計(jì)和使用過程中應(yīng)采取的有效措施為：1） 爐墻材料不僅要求一定的支撐強(qiáng)度和耐火性能，而且要求蓄熱系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)小，以減少爐子升溫過程中耐熱保溫的蓄熱量和保溫過程中熱量通過爐壁散失。如采用優(yōu)質(zhì)的耐火纖維制品，外爐壁空氣隔熱層（保溫盒）等。2） 盡量減少輔助構(gòu)件（如裝料裝置等）的重量，減少蓄熱。3） 加強(qiáng)熱處理爐的密封性：減少爐門開啟時(shí)間，降低輻射熱損失和溢氣的熱損失。浴爐液面向上，對(duì)流和輻射傳熱明顯，爐子運(yùn)行時(shí)應(yīng)加蓋，以減少熱損失。4） 低溫加熱（低于600°C）以對(duì)流傳熱為主，采用風(fēng)扇循環(huán)，以提高加熱溫度的均勻性和縮短加熱時(shí)間。5） 工件的合理放置和電熱元件的布詈，如盡量減少電熱元件間或工件間的相互遮蔽，增加輻射面積，6） 利用輻射傳熱的原理，在真空爐壁與加熱元件之間放置金屬隔板，將加熱元件產(chǎn)生的熱量輻射給爐瞠工件，降低爐壁溫度，減少能量的損耗。7） 連續(xù)爐的平均熱損失低于周期爐，提倡熱處理生產(chǎn)專業(yè)化，實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行或滿載運(yùn)行，提高能源的利用率。8） 利用余熱（如鍛后熱處理等）和廢熱回收（如退火工件釋放的熱量預(yù)熱工件）三、常用熱處理電阻爐（P290）電阻爐基本工作原理：電流通過電熱元件產(chǎn)生熱量，以輻射或?qū)α鞯姆绞郊訜峁ぜ?。電流的熱效?yīng)可以用下式表示Q=1.00512RX103 （KJ）Q-熱量； R-電熱元件的電阻；Z-流過R的電流；，-電流流過的時(shí)間。常用的熱處理電阻爐是箱式爐、井式爐、鹽浴爐等（隨著先進(jìn)技術(shù)的迅速發(fā)展，這些常規(guī)的熱處理爐也將逐步被先進(jìn)的熱處理設(shè)備替代）。每種爐型又分為：低溫（使用600°C以下）；中溫（最高使用溫度不超過950C）；高溫（1000C?1600C）。常用的熱處理電阻爐構(gòu)造、操作、維修等要點(diǎn)請(qǐng)閱指導(dǎo)書。一） 電阻爐的功率計(jì)算（P293）（請(qǐng)見上述）二） 常用電熱元件材料及性能（P297）1、 鐵-鉻-鋁（Fe-Cr-Al）電熱合金元件一應(yīng)用很廣特點(diǎn)：良好高溫抗氧化性能（A1203）,電阻率大、電阻溫度系數(shù)較小，密度小，成本低。但塑性差，加工較困難，高溫強(qiáng)度低，焊接性能差別。常用牌號(hào)：用于低溫電阻爐：1Cr13A14；用于中溫電阻爐：0Cr25A15、oCr13A16Mo2；用于高溫電阻爐：oCr27A17Mo2。（1300C）2、 鎳-鉻（Ni-Cr）電熱合金元件特點(diǎn)：電阻率較小，密度較大，塑性較好，加工性能較好，高溫強(qiáng)度和焊接性能好，熔點(diǎn)低。但成本高，主要用于試驗(yàn)室小電爐常用牌號(hào)：Cr20Ni80使用溫度在1000C以下電阻爐，Cr15Ni60用于低溫爐3、 純金屬電熱合金鎢、鉬高溫下易氧化，在真空爐中使用，最高溫度分別為1800C和2400C。電阻率小，電阻溫度系數(shù)大，使用時(shí)配備調(diào)壓器。4、 碳化硅電熱元件一高溫爐特點(diǎn)：高溫抗氧化，在氧化性氣氛中1350C長(zhǎng)期工作（在堿、氫、水蒸氣中工作壽命急劇下降）。電阻溫度系數(shù)大，必須配備調(diào)壓器。使用60?80小時(shí)后“老化”，新老不能混用。5、 二硫化鉬電熱元件一高溫爐特點(diǎn)：高溫抗氧化性好，在空氣、水蒸氣、二氧化碳等氣氛中，最高工作溫度達(dá)1700°C（但400°C?700°C易氧化，避免使用）。電阻溫度系數(shù)很大，必須配備調(diào)壓器。6、 石墨電熱元件一真空爐特點(diǎn)：在中性氣氛或真空中，使用溫度1400C?2500C，避免在氧化氣氛中使用，熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱率較大，能急冷急熱，易加工。表：常用電熱元件及溫度應(yīng)用范圍電熱元件名稱使用溫度范圍電熱元件名稱使用溫度范圍鐵-鉻-鋁(Fe-Cr-Al)1Cr13A14:低溫0Cr25Al5、oCr13Al6Mo2：中溫oCr27Al7Mo2：高溫(V1300C)鎳-鉻(Ni-Cr)Cr15Ni60：低溫Cr20Ni80：＜1000C純金屬*鎢：1800C鉬：2400C碳化硅*1350C二硫化鉬*V1700C石墨1400C?2500C*電阻溫度系數(shù)大，使用時(shí)必須配備調(diào)壓器。三）電阻爐性能試驗(yàn)項(xiàng)目（P296）1、 電熱元件的冷態(tài)直流電阻一各相直流電阻必須相等，否則影響爐溫均勻性。2、 額定功率一①對(duì)于金屬電熱元件，額定電壓下達(dá)到額定爐溫瞬間的功率。②對(duì)于非金屬電熱元件（如碳化硅或二硫化鉬），額定電壓應(yīng)能調(diào)節(jié)，功率波動(dòng)范圍允許10%。3、 空爐升溫時(shí)間一空爐以額定電壓或額定功率從冷態(tài)升至額定溫度下所需要的時(shí)間。是周期作業(yè)爐的重要指標(biāo)。設(shè)計(jì)不合理或爐襯材料蓄熱大，則空爐升溫時(shí)間長(zhǎng)。4、 空載功率一在額定溫度下不裝工件運(yùn)行時(shí)所消耗的功率?？蛰d功率小，爐子熱損失小。5、 爐溫均勻性一在電阻爐空載時(shí)，處于額定溫度并達(dá)到熱穩(wěn)定狀態(tài)下，同一時(shí)刻在規(guī)定測(cè)量溫區(qū)內(nèi)最高與最低的爐溫差。共測(cè)五次，取五次最大溫差別的平均值。6、表面升溫一在電阻爐空載時(shí)，處于額定溫度并達(dá)到熱穩(wěn)定狀態(tài)下，電阻爐外表溫度減去環(huán)境溫度的差值。四）浴爐（鹽浴爐、硝鹽浴爐）的安全操作（P305）利用液體（鹽、鹼、油）作為介質(zhì)進(jìn)行加熱（冷卻）工件熱處理爐，具有加熱（冷卻）速度快、溫度均勻、不易氧化脫碳等。但因散熱嚴(yán)重能耗大"aCl/aCLKC1等有機(jī)鹽類高溫分解產(chǎn)物對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重（廢氣、廢渣、廢液）；操作不安全等因素將逐步被其他加熱方法所替代。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)，鹽浴存在著火或爆炸的隱患，使用時(shí)必須采取嚴(yán)密的安全措施。使用硝鹽浴爐的防爆等安全措施：1、 硝鹽的使用溫度不能超過595°C（包括浴內(nèi)局部區(qū)域）時(shí)，會(huì)發(fā)生分解產(chǎn)物與鋼鐵反應(yīng)而發(fā)生著火或爆炸，因此使用溫度嚴(yán)格控制在550C以下。2、 硝鹽混合物是氧化型的，不應(yīng)與易氧化的材料混合，如：棉花織物、石墨、木炭等。在氰化鹽加熱后的零件不能直接進(jìn)入硝鹽浴中等溫，必須先入在中性鹽浴后再入硝鹽浴。3、 不應(yīng)使用微細(xì)的碳化材料作硝鹽的覆蓋物，也必須避免滲碳爐出料端聚集的炭黑對(duì)硝鹽浴爐的污染。4、 處理鎂合金輕金屬時(shí)，鹽浴最高溫度按表3—3規(guī)定。四、可控氣氛爐（P306）可控氣氛技術(shù)是對(duì)工件進(jìn)行保護(hù)加熱或同時(shí)進(jìn)行滲碳、滲氮、碳氮共滲等化學(xué)熱處理技術(shù)。一）可控氣氛類型吸熱式氣氛、滴注式氣氛、氮一甲醇?xì)夥铡⒅鄙綒夥?，還有放熱式氣氛、氮基氣氛、氨分解氣氛等。1、放熱型氣氛和吸熱型氣氛A、放熱型氣氛將原料氣（天然氣、丙烷等）與較多的空氣混合，誦入發(fā)生器燃燒爐膛進(jìn)行不完全燃燒，反應(yīng)生成一定CO2、CO、H2、H2O、N2含量的氣體混合物。如1m3CH4與9.52m3空氣混合完全燃燒生成1m3CO（10%）2m3H2（20%）和7.5m3N/70%）,并放出8571Kcal熱量，。由于這種反應(yīng)依靠混合氣自身燃燒放出的熱量來維持，不需要外部供熱，故稱放熱型氣氛。由于放熱型氣氛中的CO2和H2O相對(duì)含量較高，CO的相對(duì)含量低（一般低于10%），這種氣氛只能用于低碳鋼、銅材的光高熱處理或可鍛鑄鐵的脫碳退火。B、吸熱型氣氛當(dāng)原料氣（天然氣、丙烷等）與較少的空氣混合時(shí)，反應(yīng)需要外加熱源（高溫反應(yīng)罐內(nèi)經(jīng)過觸媒鎳）才能進(jìn)行，反應(yīng)生成主要含co、h2、n2和微量co2、和h2o的氣氛，由于反應(yīng)需要吸收熱量，故稱為吸熱型氣氛或RX氣。吸熱型氣氛中的氣體的主要成分：約20%CO、30?40%鳥和凡（表3-4、5），氣氛中CO相對(duì)含量比放熱型氣氛高，CO2和H2O相對(duì)含量降低，但碳勢(shì)仍然較低，只能作低碳鋼的保護(hù)加熱和滲碳或碳氮共滲的載氣。注意：*天然氣具有經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定、方便的特點(diǎn)，是制備RX氣的首選原料，但必須控制其總硫含量在20mg/m3以內(nèi)，以防形成碳黑，腐蝕測(cè)量元件和爐膛內(nèi)的元件。*用丙烷制備吸熱型氣氛，丙烷管道不能安裝在地面，防止丙烷泄露后聚集在地面引起窒息或爆炸事故。用吸熱型氣氛制備滲碳?xì)夥眨涸谖鼰嵝蜌夥罩刑砑舆m量富化氣（8%?10%天然氣或1%?3%丙烷等），主要消耗滲碳反應(yīng)后生成的O2（包括CO2和H2O），提高碳勢(shì)。用吸熱型氣氛制備碳氮共滲氣氛：在吸熱型氣氛制中添加1%?3%氨氣。2、滴注式氣氛將甲醇直接滴入爐內(nèi)，生成含8、和鳥的載氣，再添加富化氣如天然氣、丙烷等進(jìn)行滲碳。將有機(jī)液體（如甲醇、乙醇、煤油等）直接滴入爐內(nèi)，產(chǎn)生的裂化氣氛稱為滴注式氣氛。以甲醇（CH3OH）為例，在700°C以上裂解成含33.3%CO和66.7%H2的氣氛（表3-6）若再添加富化氣如天然氣、丙烷等可進(jìn)行滲碳。由于甲醇在低級(jí)溫裂解時(shí)CH4的含量高，容易產(chǎn)生碳黑，因此滴注式氣氛不適宜用作低溫下保護(hù)加熱光亮淬火。按氮和甲醇一定比例（1升甲醇和1立方米氮?dú)猓┑耐ㄈ霠t內(nèi)裂解，生成與吸熱型（RX）氣氛相近的氣氛。當(dāng)氣氛中增加甲醇流量時(shí)，碳勢(shì)增加，因此可作為較低溫度下的碳氮共滲、保護(hù)加熱光亮淬火。4、 直生式氣氛將滲劑（天然氣、丙烷等）和空氣按一定比例混合后直接通入爐內(nèi)，在高溫下900°C以上）反應(yīng)直接生成滲碳?xì)夥?。氣氛成分為部分滲劑與空氣反應(yīng)生成接近RX氣成分，殘余部分與吸熱型氣氛的富化劑一樣，提供滲碳需要的碳源（表3—8）。育生式氣氛的最大優(yōu)點(diǎn)是生成這種種氣氛消耗的燃料小，與平衡氣氛相比可節(jié)約80%左右。但使用直生式氣氛的CH含量較高，容易形成碳黑，尤其在低溫時(shí)碳勢(shì)的可控4、性較差，盡量避免低溫階段（800C以下），氣氛碳勢(shì)設(shè)定低一些。5、 其他可控氣氛氨分解氣：氨氣在900C催化劑中裂解。氮基氣氛：氮?dú)庵型ㄈ??2%天然氣或丙烷，消耗其中的氧。上述兩種氣氛通常用作保護(hù)氣氛。'二）碳勢(shì)測(cè)量與控制對(duì)于氣體滲碳?xì)夥?，參與反應(yīng)的組分有：CO、CO2、及H2、叫、。2、、H2°及鋼中的[C]共7種（N2是中性元素不參與反應(yīng)），從理論上說，在一定溫度下同時(shí)控制三種氣體成分就可以實(shí)現(xiàn)精確的碳勢(shì)控制。組分之間在不同的溫度下發(fā)生各種化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)與鋼的表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這些都是影響氣氛碳勢(shì)的因素，因此僅測(cè)量某一組分的濃度作為控制碳勢(shì)力的依據(jù)是受特定條件限制的。還應(yīng)指出，如滲碳?xì)夥仗紕?shì)超過碳黑極限（表3-10），則影響測(cè)量精度，必須避免。目前控制氣氛碳勢(shì)的方法主要有以下三種。1、氧探頭控制法在可控氣氛中，CO在鋼的表面的化學(xué)反應(yīng)：COoC^F+2O2 （1）P當(dāng)上述反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)氣=K-CO- （2）式中P為CO的分壓；P為O的分壓；a為奧氏體中碳的活度（相當(dāng)于碳濃度）。CO % 2 c其中：該反應(yīng)的平衡常數(shù)K與溫度有關(guān)，即LnK=240；987+2.1367K在不同的溫度下查表可得。由式（2）可知，在氣氛中CO的分壓穩(wěn)定的情況下，測(cè)得％的分壓（氧濃度），以獲得對(duì)應(yīng)氣氛的碳勢(shì)，或奧氏體中碳的濃。氧探頭控制氣氛碳勢(shì)的原理（圖3—9）:圖參比，體一-?../-,氧?化憑/圖2.4-100氧探頭示童圈用ZrO2（二氧化鋯）元件制作的高溫氧濃度固態(tài)電池，將其一端與爐氣連接，為負(fù)極，另一端為參比氣體（可以是空氣）連接，為陽極（圖）。在一定溫度下由于兩極間的氧濃度不同而產(chǎn)生生勢(shì)E=RTL^P^，KI頃」/工PR 4FPO2其中R（氣體常數(shù)學(xué)）、T（絕對(duì)溫度）、F（法拉第常數(shù)）和P,（參比氧分壓）均可查得，Po可求出，代入式（2）可以獲得對(duì)應(yīng)氣氛的碳勢(shì)，或奧氏體中碳的濃度。若通過儀表將氧探頭的電勢(shì)轉(zhuǎn)換為碳勢(shì)，并同設(shè)定碳勢(shì)比較，通過電磁閥對(duì)氣氛碳勢(shì)進(jìn)行調(diào)整。氧探頭控制法特點(diǎn)：反應(yīng)速度快、控制精度高、使用方便，但壽命短，成本較高。2、CO2控制法根據(jù)氣氛中CO在鋼的表面的化學(xué)反應(yīng)：

(3)(3)(4)P2a=Kco(4)CO2該反應(yīng)的平衡常數(shù)K與溫度有關(guān)，LnK=2。14；6188+20.7739K在不同的溫度下查表可得。因此，測(cè)量氣氛中的CO和CO2分壓，求得氣氛對(duì)應(yīng)的碳勢(shì)。當(dāng)氣氛中CO的分壓穩(wěn)定的情況下，測(cè)量氣氛中的CO2分壓，可以求得氣氛對(duì)應(yīng)的碳勢(shì)。紅外分析儀測(cè)定CO濃度原理；根據(jù)某些氣體（如CO）對(duì)紅外波段特定紅外輻射的吸收本領(lǐng)，其吸收程度取決于被測(cè)氣體的濃度。注意，碳勢(shì)與CO2的濃度不是線性關(guān)系（表3-9）。特點(diǎn)：使用紅外分析儀對(duì)氣氛中CO2含量進(jìn)行測(cè)定時(shí)，應(yīng)注意碳黑對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，采取有效措施對(duì)爐氣進(jìn)行過濾；注意管路漏氣、管路儲(chǔ)存余氣對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響。式（2）和（3）表明，氧探頭或紅外儀單因素控制都受CO的含量波動(dòng)的影響。但氧探頭受pco的敏感度顯然小于紅外分析，因此氧探頭單因素控制勢(shì)的精度優(yōu)于CO2單因素控制。如果采用多因素控制技術(shù)，如在碳勢(shì)計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)控制中，將CO的分壓變化考慮在內(nèi)，則氧探頭或紅外儀在控制精度上已無明顯差別（熱姓理工藝學(xué)P416）。3、露點(diǎn)控制法在一定爐溫下爐氣反應(yīng)達(dá)到相對(duì)平衡，且爐氣的主要組分CO和鳥分壓恒定，這時(shí)爐氣中的CO2和h2o又有一定的制約關(guān)系一水煤氣反應(yīng)：CO2+H20CO+H2OPxP PxP上述反應(yīng)的平衡常數(shù)K= 一^O， P=CO^OPxP CO2KxP該反應(yīng)的平衡常數(shù)K與溫度有關(guān)，查表可得。因此在爐氣組分CO和鳥分壓恒定的情下，組分CO2與鳥O的分壓是對(duì)應(yīng)關(guān)系，也就是只要控制CO盧H2O二者之一，就能達(dá)到控制碳勢(shì)的目的。氣氛的露點(diǎn)是指在一定的壓力下，氣氛中水蒸氣含量達(dá)到飽和時(shí)的溫度，即氣氛中水蒸氣開始出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象的溫度，水分越高，則露點(diǎn)越高，氣氛的碳勢(shì)就越低。測(cè)量露點(diǎn)方法有氯化鋰露點(diǎn)儀等。必須指出，采用上述三種方法控制碳勢(shì)時(shí)，氣氛中的CH含量應(yīng)小于1.5%，否則4ch4參與滲碳反應(yīng)，測(cè)定的氣氛碳勢(shì)產(chǎn)生一定的互差。因此為了提高控制精度，可采用雙參數(shù)或多參數(shù)控制法，如氧勢(shì)-CO-爐溫、CO-CO2-爐溫三參數(shù)聯(lián)合控制法，CO、CO2、CH4及爐溫的計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)控制。三）可控氣氛熱處理爐1、可控氣氛熱處理爐主要類型及結(jié)構(gòu)（P311?318）町密封幡式爐箱構(gòu)示章盹1一悴火油導(dǎo)流撈；4一升降機(jī)■淬火位］3-群火油帶；4.8T降式支承輸?shù)溃?-前室；1Mb7—內(nèi)爐門、.9-頂峰金1卜外門亮升而輪；I—頂冷循環(huán)風(fēng)如'『網(wǎng)爐口提升413-室氣熟交換器《4根h14—加祓室楣環(huán)甌宿：15-輻射管；I—咫瓷舒雄爐對(duì)；17f唱偶、翹探頭$US-支承輾道；史袖攪拌制可控氣氛密封多用爐1） 分類：三類單門進(jìn)出型多用爐、貫通式多用爐和雙加熱式型多用爐三類。（圖）2） 密封多用爐結(jié)構(gòu)：氣體冷宰、油槽、加熱室和控制系統(tǒng)。加熱室：爐墻、加熱系統(tǒng)、爐氣循環(huán)系統(tǒng)、承重爐底、中門及其他附件。工件在加熱室內(nèi)進(jìn)行加熱、滲碳，加熱室溫度的均勻性和氣氛碳勢(shì)的均性是恒量爐子先進(jìn)水平的重要指標(biāo)。氣冷室：保護(hù)氣氛冷卻循環(huán)系統(tǒng)、淬火升降臺(tái)、前門、廢氣排放裝置、冷卻室、冷卻爐壁、負(fù)壓保護(hù)系統(tǒng)等廢氣排放系統(tǒng)：由爐壓控制裝置、排放管、點(diǎn)火監(jiān)察裝置、防爆裝置等組成，其功能是：當(dāng)氣體冷室出現(xiàn)負(fù)壓和高壓時(shí)，爐壓控制裝置應(yīng)能保證關(guān)閉或打開，以防止空氣進(jìn)入氣冷室或快速排放爐內(nèi)高壓氣體，保持爐壓恒定。點(diǎn)火監(jiān)察裝置應(yīng)能保證爐內(nèi)排除的廢氣被點(diǎn)燃，當(dāng)廢氣不能點(diǎn)燃時(shí)，可燃?xì)怏w不能通入爐內(nèi)。當(dāng)爐內(nèi)壓力增加時(shí)，防爆裝置自動(dòng)打開釋放爐內(nèi)壓力。前門：有密封門和不密封門兩種。密封門開門時(shí)先點(diǎn)燃火簾，然后開門，否則會(huì)發(fā)生爆炸；不密封門通常在門口處有常明火，使?fàn)t內(nèi)排出的廢氣燃燒后排出。3）多用途功能1） 能自動(dòng)完成多種類型熱處理。熱處理工藝的工序先后可以進(jìn)行調(diào)整；2） 適用于多種熱處理工藝。如滲碳、碳氮共滲、保護(hù)加熱光亮淬火等；3） 多種操作功能。自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)等操作方式。3、可控氣氛爐的安全操作使用的介質(zhì)及裂解產(chǎn)物容易發(fā)生著火、爆燃、爆炸、中毒、窒息。表3-11可控氣氛爐上應(yīng)有的安全措施：由于750r以下可燃?xì)馀c空氣以一定比例混合后遇到明火易發(fā)生爆炸，所以加熱室爐溫低于750r時(shí)，可燃?xì)怆姶砰y自動(dòng)鎖死，氮?dú)怆姶砰y自動(dòng)打開，向爐內(nèi)通入氮?dú)猓粻t溫高于750r時(shí)，可燃?xì)怆姶砰y才能打開，向爐內(nèi)供氣。廢氣排放口點(diǎn)火嘴未點(diǎn)燃時(shí)，可燃?xì)怆姶砰y自動(dòng)鎖死；廢氣排放口點(diǎn)火嘴保持燃燒，讓爐內(nèi)排放出的廢氣燃燒后排放。防止人員中毒和爆炸。氣冷室必須安裝防爆裝置，在裝出爐時(shí)釋放來自加熱室的高壓廢氣（氫和一氧化碳等），但無法排出猛烈爆炸產(chǎn)生的瞬間壓力；安裝負(fù)壓保護(hù)，在出爐和淬火時(shí)，氣冷室一旦產(chǎn)生負(fù)壓，就進(jìn)行高壓充氮或吸入燃料廢氣補(bǔ)償，為防止空氣進(jìn)入氣冷室引起爆炸。開門與關(guān)門：供氣時(shí)，加熱室與冷卻室之間的中爐門應(yīng)關(guān)閉，而冷卻室門（前門）應(yīng)打開，當(dāng)中門排氣口的廢氣點(diǎn)燃后才能關(guān)閉前門。停電時(shí)可控氣氛多用爐的操作程序：可燃?xì)怆姶砰y自動(dòng)關(guān)閉，氮?dú)怆姶砰y自動(dòng)打開，向爐內(nèi)通入氮?dú)?。如果沒有氮?dú)鈺r(shí)，必須氣冷室門前設(shè)置一個(gè)點(diǎn)燃的火炬，開門時(shí)使?fàn)t內(nèi)氣氛立即點(diǎn)燃，防止與空氣混合后發(fā)生爆炸。⑥進(jìn)爐檢修時(shí)的注意事項(xiàng)：在進(jìn)爐檢修前，應(yīng)打開所有爐門，關(guān)閉所有氣閥，拆下供氣管道上防泄漏裝置，使用風(fēng)扇有效地給爐內(nèi)扇入新鮮空氣，防止淬火油、爐襯內(nèi)吸附的h2和co等的釋放引起中毒和窒息；如油糟需要焊接，應(yīng)有效清除油糟內(nèi)的油，并準(zhǔn)備滅火裝置，防止焊接時(shí)發(fā)生火災(zāi)。五、真空熱處理（P321）一）真空度及真空加熱的特點(diǎn)真空一指在特定空間里，低于一個(gè)大氣壓的氣體狀態(tài)。真空度一真空狀態(tài)下氣體的稀薄程度，通常用壓力值表示。國(guó)際單位為“帕（Pa）”，即牛頓/米2（N?m-2）標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（1atm）Q1.013X105Pa真空度劃分：低真空一105?102Pa；中真空一102?10-1Pa；高真空一10-1?10-5Pa；超高真空＜10-5目前真空熱處理爐使用的真空度通常在103?10-5Pa的范圍內(nèi)真空加熱的特點(diǎn)：防止氧化作用；鋼在含有氧、水蒸氣和二氧化碳的氣氛中加熱到一定溫度時(shí)會(huì)產(chǎn)生氧化和脫碳，其反應(yīng)式為xM+2O2=Mo，但真空加熱時(shí)氧的分解壓低于氧化物的分解壓時(shí)，反應(yīng)向左進(jìn)行，因此真空加熱不僅可以防止氧化，而且使鋼表面已有的氧化物還原。脫氣作用；在常壓下溶入鋼中氣體，如氫、氧、氮等，在負(fù)壓時(shí)溶解度降低，因而從鋼的內(nèi)部向表面擴(kuò)散逸出，真空度愈高，脫氣效果愈好。脫脂作用；工件表面的切削冷卻液、潤(rùn)滑油、防銹油等在真空加熱時(shí)分解成氫、水蒸氣和二氧化碳，在抽氣過程中排出。

合金元素蒸發(fā)在真空加熱時(shí)，當(dāng)爐內(nèi)的壓力比鋼中的某些合金元素的蒸發(fā)壓低時(shí)，這些元素會(huì)從工件表面逸出。為克服這個(gè)不利因素通常采取措施：在保證工件真空熱處理質(zhì)量前提下盡可能選擇較低的真空度；工件在真空加熱時(shí)先抽至較高的真空度，隨即充入高純氬氣和氮?dú)?，使?fàn)t壓維持在較低的真空度下加熱（200?26Pa）。二）真空爐的類型和主要應(yīng)用領(lǐng)域真空爐的主要類型：真空爐的應(yīng)用范圍廣大，種類多（P324），一般歸結(jié)為外熱式真空熱處理爐、內(nèi)熱式真空熱處理爐及預(yù)抽真空熱處理爐三大類。困8-1有抵式直空也阻爐示育圖門＞只在爐■內(nèi)抽成真空困8-1有抵式直空也阻爐示育圖門＞只在爐■內(nèi)抽成真空■內(nèi)外均抽成直空1.爐村，丸州撬充4,爐晝，困粉？無攜式真空電阻爐及凡真空系統(tǒng)示意圖1.爐理！L庵卻水管13.工件.L*惜Mlh5?反始叭虬啊hT.機(jī)校新痕茨*0?旁瞬mil算空啊nt心群，熱處理真空爐的主要應(yīng)用領(lǐng)域：淬火、回火、退火、滲碳、氮化、滲金屬及真空鍍膜、釬焊、燒結(jié)等。真空熱處理技術(shù)具有無氧化脫碳、變形小、熱處理零件綜合性能好和使用壽命長(zhǎng)、無污染無公害、自動(dòng)化程度高，而且對(duì)熱處理工藝的適宜強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，近年來發(fā)展迅速，是最有發(fā)展前途的熱處理技術(shù)。三）真空爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要結(jié)構(gòu)：加熱系統(tǒng)（爐膛和加熱元件等）、真空系統(tǒng)、淬火系統(tǒng)、工件轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)等組成。1、 外熱式真空熱處理爐：將工件放在預(yù)抽真空的爐罐中，用外熱源加熱爐罐，再將爐罐的熱量通過輻射加熱工件。（P325）。2、 內(nèi)熱式真空熱處理爐：電熱元件、隔熱屏、爐床和其它構(gòu)件均安裝在真空爐的加熱室爐殼內(nèi)。主要靠電熱元件的直接熱輻射加熱工件。爐殼一般通過雙層水套冷卻，所以又稱冷壁式真空爐（P325）。內(nèi)熱式真空熱處理爐的特點(diǎn)（與外熱式真空熱處理爐比較）1） 因無耐熱爐罐，加熱溫度范圍廣,可達(dá)到1300?2200°C；2） 爐子結(jié)構(gòu)復(fù)雜造價(jià)高，但易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，工作環(huán)境好，操縱安全；3） 熱慣性小，熱效率高，生產(chǎn)效率高；4） 爐溫均勻好，工件加熱變形??；5） 加熱期間通常不用保護(hù)氣體，保護(hù)氣氛消耗少；6） 電熱元件和隔熱屏障等構(gòu)件在真空高溫下放出大量氣體，需要配備的真空系統(tǒng)容量大。3、預(yù)抽真空熱處理爐：先抽真空再充可控氣氛的熱處理爐（要求爐殼和爐門的密封性好）。兼有真空爐和氣氛爐的優(yōu)點(diǎn)。節(jié)約用氣，設(shè)備造價(jià)低（用氣量?jī)H一般氣氛爐的1/10，造價(jià)是真空爐的1/2?1/3）。可用于光亮退火和正火?，F(xiàn)可用作滲碳、碳氮共滲和氮碳共滲等。5、真空滲碳爐：在加熱室內(nèi)附上滲碳?xì)怏w的供給和調(diào)節(jié)裝置。實(shí)例：ICBP系列低壓滲碳多用爐結(jié)構(gòu)及工藝簡(jiǎn)介（法國(guó)ECM公司）ICBPTG-200結(jié)構(gòu)示意圖圖5-35ICBPtg~200木意圖1—通道罐j2一裝卸料室，3—加熱滲碳室；4一氣淬室$5一裝卸料臺(tái)（可根據(jù)工件的形狀、特點(diǎn)和要求，將其懸吊在專用夾具上）滲碳工藝簡(jiǎn)介工藝流程：工件入裝料臺(tái)―進(jìn)入通道罐一上升至裝卸料室后抽真空一轉(zhuǎn)移工件至滲碳室加熱工件并進(jìn)行滲碳一向下移入絕熱室后輸送至氣淬室進(jìn)冷卻一出爐。操作要點(diǎn)：（1） 裝卸料室：裝卸料室進(jìn)入工件后，將其抽真空達(dá)6X102Pa，當(dāng)該室與通道罐壓力相等時(shí)，打開真空密封閥，升降機(jī)將工件下降轉(zhuǎn)移到通道罐壓內(nèi)，并傳送到滲碳室。（2） 加熱滲碳室及滲碳工藝：滲碳溫度920?970°C（最高溫度達(dá)1250°C）。工件在爐內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)（夾具）速度為2轉(zhuǎn)/分。通過耐熱鋼噴頭向爐內(nèi)脈沖交替通入噴入CH及N，CH裂解后形成[C]+H。（一38 2 38 2般在強(qiáng)滲期通C3H8時(shí)間為1?4min,通凡擴(kuò)散時(shí)間為2?6min，隨后強(qiáng)滲期逐漸縮短，擴(kuò)散期逐漸延長(zhǎng)，具體見表）。滲碳過程（包括滲碳和擴(kuò)散過程）采用溫度、時(shí)間、C3H8及凡的流量和壓力四個(gè)參數(shù)控制。根據(jù)工件的技術(shù)要求，采用計(jì)算機(jī)模擬確定各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)滲碳過程的自動(dòng)化控制（發(fā)展動(dòng)態(tài)控制技術(shù)）（3）氣淬采用可調(diào)的（1?20）X105Pa高純N2在爐內(nèi)形成一個(gè)冷卻通道對(duì)工件進(jìn)行冷卻。6、真空離子滲碳爐：真空滲碳爐內(nèi)安裝電極與高壓直流電源，充入滲碳?xì)夥?，使其輝光放電，產(chǎn)生碳離子，向工件表面沖擊而滲入金屬表層。四） 真空淬火介質(zhì)氣淬：當(dāng)加熱工件達(dá)到工藝規(guī)定的溫度和保溫時(shí)間后往爐內(nèi)通入惰性或中性氣體（氫H2、氦He、氬Ar、氮凡），啟動(dòng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)迫冷卻稱為氣淬。其中鳥的導(dǎo)熱能力最好，但安全性差，He和Ar成本高，因此雖然N2的導(dǎo)熱能力較低，但安全性能好，使用較普遍。當(dāng)氣淬冷速不能滿足的則用油淬。油淬：對(duì)淬火油的要求：低的飽和蒸汽壓、高的熱穩(wěn)定性和良好的光亮性。淬火槽有攪拌器、熱交換器、溫控裝置和傳動(dòng)裝置等。但油不是清潔淬介質(zhì)。五） 真空系統(tǒng)的選用真空系統(tǒng)是由真空容器（爐體）和真空泵、真空元件（閥、管、密封件等）、真空測(cè)量?jī)x表等組成。真空系統(tǒng)的衡量指標(biāo)及對(duì)真空爐性能的影響：1、極限真空度一真空爐所能達(dá)到的最高真空度。全面衡量真空爐制造水平的重要指標(biāo)2、 工作真空度一真空爐工作期間要保持的真空度。為降低真空爐的造價(jià)，在工藝允許的前提下盡量選擇低的工作真空度。3、 抽氣時(shí)間一該爐子從某一壓力開始抽到要求壓力所需的時(shí)間。反應(yīng)抽氣速率的參數(shù)。4、 抽氣速率一單位時(shí)間內(nèi)抽出的氣體體積。是真空泵的重要參數(shù)。5、 漏氣率一處于高壓或高濃度下的氣體在單位時(shí)間內(nèi)通過漏孔流入低壓的爐內(nèi)的氣體量。衡量真空爐制造質(zhì)量中密封性能的檢驗(yàn)指標(biāo)。六）真空爐的安全操作在真空淬火時(shí)，當(dāng)熾熱工件淬入油中時(shí)，大量揮發(fā)的油蒸汽是可燃性氣體，如與空氣混合后遇到火源，會(huì)產(chǎn)生爆炸。防爆措施：工件入油冷卻過程中在冷卻室內(nèi)充氮；工件出油度高時(shí)，應(yīng)先抽真空，去除油霧后關(guān)閉真空閥，然后打開放氣閥，待壓力平衡后再開啟爐門。六、感應(yīng)加熱設(shè)備感應(yīng)加熱的特點(diǎn)：高效率、能耗少、無污染、易于自動(dòng)化、適合大批量生產(chǎn)等。感應(yīng)加熱技術(shù)屬于在熱處理領(lǐng)域內(nèi)推廣和發(fā)展的綠色熱處理技術(shù)。感應(yīng)加熱設(shè)備主要包括變頻電源、感應(yīng)器、淬火機(jī)床以及實(shí)現(xiàn)負(fù)載匹配的淬火變壓器、電容、連接電纜等，還包括冷卻系統(tǒng)和淬火介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)。感應(yīng)加熱的基本原理：根據(jù)當(dāng)閉合回路在交變磁場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流的原理（P162圖），在感應(yīng)圈中通以一定頻率的交變電流時(shí)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，同時(shí)在感應(yīng)圈內(nèi)部的金屬材料工件表面產(chǎn)生與感應(yīng)圈頻率相同而方向相反的電流（渦流）一集膚效應(yīng)，并轉(zhuǎn)變成熱能。工件表面交變電流透入深度§與頻率的關(guān)系為：8=5.03x104（mm）Wf式中f一電流頻率；日一工件材料的導(dǎo)磁率；P一工件材料的電阻另外，§不僅與f有關(guān)，而且與工件的日和P有關(guān)。工件的電阻隨著加熱溫度的升高而增加，導(dǎo)磁率日隨著加熱溫度的升高而降低，溫升至770°C（居里點(diǎn)）時(shí)失去磁性，加熱深度明顯增加。根據(jù)考慮多種因素的影響，將淬硬深度與感應(yīng)加熱頻率對(duì)應(yīng)關(guān)系可由經(jīng)驗(yàn)公式表示：（二"〈f〈（祟XT）Hd Hd式中Hd為要求的淬硬層深度（mm）；f為頻率（kHz）。（公式可用作在規(guī)定工件淬硬深度時(shí)選擇感應(yīng)加熱頻率的依據(jù)。參考P163和P337）目前熱處理采用的感應(yīng)加熱頻率可分為四類：工頻、中頻、超音頻、高頻。鋼材加熱時(shí)不同電流頻率及淬硬層深度分別列于表中采用不同電源頻率加熱鋼材（800°C）與淬硬層深度的關(guān)系頻率分類輸出電流頻率淬硬層深度熱處理應(yīng)用場(chǎng)合工頻50Hz>10mm?15mm深層淬火、透熱中頻1kHz?10kHz2mm?8mm表面淬火超音頻10kHz?100kHz高頻100kHz?1000kHz0.2mm?2mm表面淬火感應(yīng)加熱電源的分類和原理：根據(jù)電源頻率調(diào)制摸式的不同，感應(yīng)加熱電源裝置分為：工頻感應(yīng)加熱；機(jī)械式變頻機(jī)組（中頻發(fā)電機(jī)組）；固態(tài)（靜態(tài)）變頻器：可控硅中頻電源；晶體管中、高頻電源；電子管高頻電源等。一）工頻電源工頻感應(yīng)加熱配電線路一采用50Hz的工業(yè)頻率電流（或經(jīng)過簡(jiǎn)單倍的頻的100Hz、150Hz）通過感應(yīng)器加熱工件的工藝方法。結(jié)構(gòu)：電源變壓器、功率補(bǔ)償電容、工頻感應(yīng)器、電流保護(hù)裝置和控制線路。優(yōu)點(diǎn)：不需要變頻裝置，設(shè)備回路簡(jiǎn)單，電流透入深度深（可達(dá)70mm），因此適用于大截面零件的淬火和透熱。缺點(diǎn)：功率因素低，需要大量的補(bǔ)償電容（P336圖3-29）,由于通常使用的功率很大，所以配電回路的電力器件容量很大。二）機(jī)械式（發(fā)電機(jī)式）變頻機(jī)組通過電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)中頻發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)以切割勵(lì)磁繞組而產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。電流頻率約在1KHz?10KHz。結(jié)構(gòu)：變頻機(jī)組（電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等）、控制啟動(dòng)柜、電容器柜、配電柜操作臺(tái)及淬火變壓器等。優(yōu)點(diǎn)：維護(hù)簡(jiǎn)單、負(fù)載適應(yīng)能力強(qiáng)、性能可靠等。缺點(diǎn)：效率低、占地面積大、運(yùn)轉(zhuǎn)噪音大，啟動(dòng)停機(jī)操程序麻煩等（目前被固態(tài)變頻器取代）。三）固態(tài)（靜態(tài)）變頻器固態(tài)變頻器是指采用電子元件及線路將工頻電源調(diào)制為感應(yīng)加熱工藝所需要頻率（中頻或高頻）的單向電源裝置。根據(jù)逆變器中采用的電子元件不同又分為：可控硅（晶閘管）中頻電源、晶體管中高頻電源和電子管高頻電源。目前機(jī)械發(fā)電機(jī)式和電子管感應(yīng)加熱電源逐步被可控硅式、晶體管式逆變電源所代替。固態(tài)變頻器的主要結(jié)構(gòu)：整流、逆變、負(fù)載匹配和控制等部分（圖）?？刂葡到y(tǒng)圖3-50靜忐變頻器的境理框圖固態(tài)變頻器工作過程：從電網(wǎng)輸送來的380V/50Hz電力，通過整流元件將交流轉(zhuǎn)換成直流電源，然后進(jìn)入逆變部分將直流電源調(diào)制為所需要的頻率的交流電源，以適應(yīng)不同場(chǎng)合的需要，然后誦過負(fù)載匹配將功率高效地輸出。而所有過程中控制部分進(jìn)行控制。1、 整流部分：通過一個(gè)整流單元，將交流電壓轉(zhuǎn)化為直流電壓。整流器有三種形式：不可控整流器；相位控制整流器；帶有開關(guān)調(diào)節(jié)器的可控整流器.整流管是其中主要元件，它是只允許電流單向流動(dòng)的半導(dǎo)體件，也稱二極管。常用的整流管有：可控硅（晶閘管）和晶體管。2、 逆變部分：利用回路中開關(guān)元件的反復(fù)開、關(guān)速將直流轉(zhuǎn)變?yōu)榻蛔冸娏鳎▓D3-22、23）,也可以用晶閘管或晶體管組成橋路，以震蕩回路的諧振頻率開、關(guān)，把直流轉(zhuǎn)換成交流電源。可控硅（晶閘管）一種僅給在以門極觸發(fā)信號(hào)或陽壓下才能單向?qū)ǖ陌雽?dǎo)體器件。它只有在供給電流停止后的某一短嶄時(shí)間后才能關(guān)斷和封閉電流。該時(shí)間成為關(guān)斷時(shí)間。（關(guān)斷電流受到限制）。晶體管一種采用一個(gè)門極或基極信號(hào)控制從輸入端到輸出端電流的二極管。由于晶體管電路匹配簡(jiǎn)單，隨時(shí)能關(guān)斷，可以在諧振點(diǎn)工作，輸出功率因素為1，功率最大限度地從直流電源傳遞到負(fù)載，并且在電流為0時(shí)換流，開關(guān)損耗極少，效率高，優(yōu)于晶閘管。在有電容和電感組成的震蕩回路中，電流與電壓之間產(chǎn)生相位差，相位角的余弦值cos中稱為“功率因素”。容抗和感抗的矢量和為零時(shí)的頻率（當(dāng)開關(guān)轉(zhuǎn)換速度和負(fù)載回路的固定有頻率一致時(shí)）稱為“諧振”，此時(shí)功率因素為1，對(duì)于含有電阻的電容和電感的并聯(lián)電路中，阻抗值最大，有功功率最大。功率因素也是功率值千瓦與產(chǎn)生該功率所需要的電源伏安值的比率，因此它對(duì)感應(yīng)加熱用戶的意義很大。感抗是由一個(gè)純電感引起的對(duì)交流電流的阻力（“容抗”是由一個(gè)純電容引起的對(duì)交流電流的阻力）?！捌焚|(zhì)因素Q”是感應(yīng)器感抗和電阻之比，是指當(dāng)外加信號(hào)頻率偏離電路的諧振頻率時(shí)，Q值越高，頻偏電流下降越快，諧振曲線越尖銳，電路的選擇性越好。3、負(fù)載匹配部分：調(diào)諧與負(fù)載匹配：為了高效加熱工件而利用元件調(diào)節(jié)電路電容、電感與阻抗的過程。逆變電源的額定電壓和額定電流（按設(shè)計(jì)定）之比稱為電源的有效阻抗，要使電源的能量最大限度地化到負(fù)載上，則電源和負(fù)載兩者的阻抗盡可能接近，必需進(jìn)行負(fù)載匹配。負(fù)載匹配包括阻抗匹配和諧振匹配。阻抗匹配：逆變電源通過選擇負(fù)載變壓器（也稱淬火變壓器）的抽頭調(diào)整匝比n/n使電源和感應(yīng)器阻抗R/R相匹配：n/n=（R/R）21 2 2 1 1 2 2 1諧振匹配：為使逆變電路盡可能接近諧振，通過調(diào)整震蕩回路中電容和電感線圈的匝比來實(shí)現(xiàn)，稱為調(diào)諧，使其功率因素接近1，這時(shí)從電源輸出的功率輸入工件的效率最高。4、控制部分（略）效率：電源或感應(yīng)器的實(shí)際功率與所輸入功率的比值固態(tài)（靜態(tài)）變頻器的優(yōu)缺點(diǎn)1）、晶閘管（可控硅）中頻電源結(jié)構(gòu)：整流、逆變（振蕩）、負(fù)載匹配、控制和保護(hù)、水冷系統(tǒng)等。優(yōu)點(diǎn)：效率高、體積小重量輕、啟動(dòng)方便、便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和功率調(diào)節(jié)范圍大、設(shè)備制造成本低。缺點(diǎn)：元件的過載能力差，需要復(fù)雜的保護(hù)線路，對(duì)維修人員的技術(shù)水平要求較高，負(fù)載匹配較困難。2）、晶體管中、高頻電源結(jié)構(gòu)：類同晶閘管（可控硅）中頻電源。優(yōu)點(diǎn)：（克服可控硅電源的缺點(diǎn)）晶體管可以通過門極或基極控制通斷，電源起動(dòng)不受負(fù)載的影響，負(fù)載匹配比可控硅簡(jiǎn)單；它不需要關(guān)斷時(shí)間，因此可以在諧振點(diǎn)工作，輸出功率因素為1，功率最大限度地從直流電源傳遞到負(fù)載；并且在電流為另時(shí)換流，使開關(guān)損耗極少，效率提