金属热处理工艺.docx

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金属热处理工艺

热处理设备及其应用

专业：

材料科学及工程系

班级：

材101

姓名：

于宇新

学号：

101554

金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却，通过改变金属材料表面或内部的组织结构来控制其性能的一种工艺。

金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。

根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。

同一种金属采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。

钢铁是工业上应用最广的金属，而且钢铁显微组织也最为复杂，因此钢铁热处理工艺种类繁多。

整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，获得需要的金相组织，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。

钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。

然而整体热处理是对整个工件进行热处理，而表面热处理则只是对工件某部分进行热处理，比如有表面淬火（只对表面进行淬火），化学热处理一般是指渗碳，渗氮，渗硼等工艺。

热处理设备是实施热处理工艺、完成热处理生产的基础装备。

先进的热处理设备是确保热处理质量不可或缺的保证，其先进性在很大程度上标志着热处理的技术水平。

热处理炉分为退火炉、淬火炉、回火炉、正火炉、调质炉，主要用于大型碳钢、合金钢零件的退火；表面淬火件回火；焊件消除应力退火、时效等热处理工艺。

加热方式有电加热、燃油、燃气、燃煤、热风循环。

热处理设备种类：

渗碳炉、真空炉、台车炉、网带炉、回火炉、焙烧炉、箱式炉、燃油炉、加热炉、硝盐炉、时效炉、感应炉、盐浴炉、井式炉、罩式炉、退火炉、淬火炉、燃气炉、坩埚熔化炉、铝合金热处理炉、烧结炉、热烧热压炉等。

箱式电阻炉：

按工作温度可分为：

高温（>1000。

C）、中温（650~1000。

C）及低温炉三种，可用于碳素钢、合金钢的退火、正火、淬火。

1、电源电压：

220V

2、加热功率：

4KW

3、加热元件：

电炉丝/硅碳棒/硅钼棒

4、控制方式：

可控硅控制，PID参数自整定功能，手动/自动切换无干扰功能，超温报警功能。

5、显示精度：

±1℃

6、冲温值：

1--3℃

7、显示视窗：

温度测量，设定温度双显示，加热功率光柱显示。

箱式电阻炉用途及6大特点：

箱式电阻炉适用于学院实验室、研究所、工厂企业等作金相分析、金属热处理以及玻璃烧制等用；箱式电阻炉也应用于供实验室、工矿企业、科研单位作元素分析测定和一般小型钢件淬火、退火、回火等热处理时加热用，箱式电阻炉还可作金属、陶瓷的烧结、溶解、分析等高温加热用。

箱式电阻炉6大性能特点：

1、加热元件为电阻丝，最高使用温度1050℃或1200℃

2、室温升温至最高使用温度≤60min或80min,控温精度≤±1.5℃

3、炉膛可用空间的容积2—16L 

4、优质的陶瓷纤维内衬及合理的炉体结构，使炉体的能耗大幅降低，升温耗电仅是传统炉型的60%,空耗功率是传统炉型的50-60%

5、更为人性化操作的平移炉门

6、SSRPID智能仪表,标准配置升温速率可设定的50段可编程序仪表，使任何试验或实验的一致性和再现性成为可能，同时可配置RS485接口，实现对温度的远程控制和温度数据的记录

罩式炉：

传统罩式炉用氮氢混合气体作为保护介质，氢气相对于氮气具有导热性好，密度小、动力粘度小、还原性强等优点，逐渐代替了氮氢混合气体作为保护气体。

同时，它对罩式炉安全控制提出了更加严格的要求。

首先，保护罩和炉台的金属外壳全部经过X射线探伤，严格保证各设备加工质量。

其次，在退火周期开始时，对所有仪表、开关位置进行检查，使他们置于正确的设定位置。

将内罩扣在准备好的炉台上后，进行氢气入口阀门的泄漏检测，然后进行炉台空间泄露测试，以确保炉台、内罩系统完全密封，同时还对煤气主开闭器、氢气主开闭器各进行一次严密性实验。

泄露测试合格后，用氮气对炉内空间进行吹扫。

氮气吹扫必须满足3个条件才能结束，一定的氮气吹扫量，最小的氮气吹扫时间：

氧化含量小于1%

罩式炉分类：

罩式光亮退火里的炉、罩式钢带光亮退火炉、移动罩式电阻炉、双炉底移动台车式电阻炉、燃气罩式光亮退火炉、燃气方形罩式炉、炉体移动罩式炉、全氢罩式光亮退火炉、矩形罩式炉、对开罩式电阻炉、罩式光亮退火炉等

罩式炉多用于冶金行业的钢丝、钢管、铜带、铜线以及硅钢片等的退火处理。

其中铜带主要适用于黄铜带、青铜带、异型铜带、紫铜带等材料的热处理。

它有圆形及长方形结构，其结构如图所示。

台车炉由外罩及底座组成，罩壳由钢板及型钢焊接而成,内部为炉衬，加热装置（电热元件或燃气烧嘴）布置在炉膛周围墙壁上。

炉台上设有两个导向立柱，便于罩壳安装，根据热处理工艺要求不同可通人不同气氛进行保护。

一般罩式炉加热罩、冷却罩、炉台、内罩及相应冷却、抽空系统组成。

为提高产品质量和缩短退火周期，内罩与炉台数量相同，加热罩一般为炉台数量的一半多1个，冷却罩为炉台数量一半左右。

罩式炉装炉量大,炉温均匀性要求高，设置强制对流风扇，进行炉气循环。

真空淬火炉：

真空淬火炉适用于对大、中型真空产品零部件的固溶处理及时效处理。

真空高压气体淬火炉是一种非常先进的真空热处理设备，其出色性能和独特的设计提供了广泛的适用高速钢、模具钢、不锈钢、合金钢、钛合金等合金材料高精密零件的真空光亮气淬、退火、磁性材料的烧结及快速冷却等特点。

真空淬火炉是由加热炉罩和移动式底架组成的。

方形（或圆形）炉罩顶装有起重机，通过链条和挂钩可将料筐吊至炉膛。

炉罩由型钢支起，底部有气动（或电动）操作的炉门。

位于炉罩下方的底架可沿轨道移动、定位，底架上面载有淬火水槽和料筐。

生产时，将底架上的料筐移至炉罩正下方，打开炉门，放下链条及挂钩将料筐吊入炉膛，关闭炉门后进行加热。

淬火是地，先将底架上的水槽移至炉罩正下方，然后打开炉门，放下链条，将料筐（工件）淬入水中。

设备结构：

真空淬火炉是由炉体、炉体钢支架、可拆式炉顶、炉衬、电热元件、循环风机、导风板、炉底对开式炉门、倍速升降机构、料架、淬火槽、运料车、控制系统及配电柜/控制柜、液压系统等组成。

炉体外壳框架采用型钢焊接成型，内壁采用1Cr18Ni9Ti耐热钢板，内衬采用优质全纤维结构，炉壳内表面贴附一层橡胶石棉板，起到隔热作用并保护炉壳表面不被腐蚀。

加热元件采用加热元件采用0Cr25AL5合金丝绕制成带状，套在绝缘瓷管上，通过不锈圆钢固定于炉壳上，这种结构电阻带悬挂在炉膛四周，有利与热量散发和流通。

热风循环装置由通风机装置和导风板组成，通风机装置安放在炉体顶部，风扇采用1Cr18Ni9Ti耐热钢制作成离心式风叶。

导风板采用1Cr18Ni9Ti耐热钢制成，通过若干个搁杆固定于炉膛内壁上，将电阻带包裹在里面，通过热风循环系统将电阻带散发的热量进行热循环，使炉内温度均匀。

通风装置按炉膛容积制作，确保热风循环次数在40次/分钟以上。

　　底座架是供搁置炉件用的，采用型钢焊接而成。

设备特点：

（1）温度均匀度

　　实现用户要求的温度均匀度，是以循环风机、导风罩板、炉膛结构、电热功率的　　分配及电热元件的布置、控制方式与过程、炉门结构等关联设计来保证。

（2）先进的机械系统

　　系统的先进性由设计、元器件选型及质量、加工制造质量来保证的。

机械系统运行平稳、可靠，设备处于低噪音、低振动工作状态。

（3）完善的控制系统

　　体现在100～650℃均可实现精确控温、系统稳定可靠、操作简便、避免人为误操作、功能齐全等方面。

（4）淬火转移时间迅速、可调

　　炉底对开式炉门、倍速升降机构、先进的机械系统，使得淬火转移迅速、可靠，时间可以根据用户工艺要求调整。

退火炉

结构：

退火炉骨架由各种型钢焊接而成，外框用槽钢作主梁，围板采用冷薄板，台车

用槽钢作主梁，底板及前后端板采用中板。

　　传动部分：

台车传动采用电动机、减速机通过链条带动前端一组主动轮传动。

炉门传动是采用蜗轮减速机和电动机组合电动升降。

　　密封：

台车与炉体密封采用迷宫式结构，并在台车侧有自动沙封刀密封装置。

炉门密封采用滚道式压紧和弹簧压紧自动机构密封该炉炉体部分采用优质耐火砖结构，保证炉膛密封性。

在台车耐压部分采用高铝砖砌筑，下部均添保温砖保温。

　　燃烧系统：

在油炉两侧各安装数只烧咀，热流在炉内往复循环，确保炉温均匀性。

根据需要可选定自动型和半自动型。

排烟预热装置：

在炉后上端安装了排烟预热装置，炉内的烟气通过预热器时，由风机送入冷风进行预热，再由管路送至烧咀进行助燃，并在出口安装一只手动碟阀，该阀可调节炉内压力。

广泛应用于化工、石油、食品、冶金、机械、轻工、电力、船舶、造纸、矿山、医药、集中供热等工业部门的加热、冷却、冷凝、蒸发等工艺过程中。

退火炉的分类：

台车式电阻炉

RT3系列台车式电阻炉是国家标准节能型周期式作业炉，超节能结构，采用纤维结构，节电30%。

独家生产采用复合式高铝瓷钉组，台车防撞击密封砖，自动密封台车和炉门，一体化连轨，不需基础安装，放在水平地　面即可使用。

主要用于高铬、高锰钢铸件、球墨铸铁、轧辊、钢球、45钢、不锈钢等淬火、退火、时效以及各种机械零件热处理之用。

　　产品特点：

　　1、无噪声，无环境污染。

　　2、蓄热性小，热量流失少。

　　3、控温精度高，炉温均匀性强。

　　4、自动化程度高，操作简单。

　　5、可采用PID编程设定，全自动履行。

　　6、密封性好，寿命长，安全可靠。

　　广泛应用于化工、石油、食品、冶金、机械、轻工、电力、船舶、造纸、矿山、医药、集中供热等工业部门。

随着社会生产力的发展，其在各行业中的应用越来越广泛。

井式退火炉

用途：

该炉是供金属机件、环件等在额定的温度下进行热处理（例：

法兰环件热处理炉）

　　设备简介：

　　本炉是由炉体与一个可移动的炉盖及控制系统组成。

　　1、炉体外壳采用型钢及钢板焊接而成。

　　2、炉盖支撑采用型钢和导轨组合移动式。

　　3、加热元件采用北京首钢产的高电阻合金0Cr25Al5布置在炉侧。

　　4、炉底由于承重采用高铝砖砌筑，炉子中心采用大圈套小圈做法，里外加热。

　　5、炉盖采用液压升降，电机控制自动行走。

6、温控系统采用PID可控硅控制，精度高。

箱式退火炉

用途：

主要用钢制工件的淬火、正火、退火等常规热处理之用的专用设备。

特点：

1、电炉装载量大、生产率高，特别适用于小、中型机件的热处理加热用，节能达30%，炉温均匀，智能数显表PID自动控制炉温，精密高；

2、电炉装御料方便，操作条件好；

3、炉门与炉体的密封为自动密封，无需人工密封；

4、电炉设有连锁保护装置，可防止因误操作而发生的故障及事故。

技术参数：

产品名称

型号

额定功率（kw）

额定温度（℃）

额定电压（V）

相数

工作区尺寸（mm）

最大装载量（kg）

质量（kg）

　箱式电阻炉

RX3-15-9

15

950

380

3

650*300*250

80

1100

RX3-30-9

RX3-30-9

30

950

380

3

950*450*350

200

RX3-45-9

RX3-45-9

45

950

380

3

1200*600*400

400

RX3-60-9

RX3-60-9

60

950

380

3

1500*750*450

700

RX3-75-9

RX3-75-9

75

950

380

3

1800*900*550

1200

罩式退火炉

　　四.罩式退火炉

　　罩式退火炉主要用于在自然气氛中进行薄板材退火以及钢件的正火处理。

　　1、特殊钢、精密合金退火。

　　2、带材、线材的光亮退火。

　　3、特殊钢铸、锻件的退火。

　　4、硅钢片成品退火。

　　5、金属、非金属粉末压制作件的烧结等。

连续光亮退火炉

用途：

用于不同规格铜直管（棒）、钢管、铝管或盘园在控制气氛下连续光亮退火。

特点：

工件连续通过预热、加热、保温、缓冷、冷却，不受长度限制。

传动采用托辊式同步传动，变频调速，平稳可靠通保护气氛和强力的热气氛循环，温度均匀，内外表面十分光亮。

冷却区设计独特，保证工件均匀冷却。

处理的产品内外表面光亮，产品质量高，生产率高。

加热方式：

电加热或燃气加热

生产线组成：

前辊道料台、前换气室、前预热区、加热炉、缓冷区、冷却区（含过渡区及强风冷区）、后换气室（含水冷区）后辊道料系统、计算机控制系统、电气控制系统、保护气氛装置。

　　1、用途：

重型压力容器预退火热处理;

　　2、燃料：

电加热

　　3、最高工作温度:

950℃℃;控温精度:

≤±3℃;

　　4、升降温速度:

0～150℃/h（升温）;

　　5、能耗环保指标:

能耗达到国家特等炉标准;环保等达到国家行业标淮。

　　6、采用升级式炉门,上处设蜗轮蜗杆减速机、板链及门柱内平衡块结构.炉门压紧采用气缸压紧;

　　7、炉车采用螺旋齿式销齿条拉车机,炉车钢架分上下二层结构,采用多车轮结构;

　　8、炉体结构:

轻钢框架式结构,复合式炉衬;采用复合式纤维炉衬结构;

回火炉：

回火炉系周期作业式回火炉，供一般金属机件在淬火后进行回火以及铝合金压铸件、活塞、铝板等轻合金机件淬火、退火、时效热处理之用。

回火炉的结构：

外壳由钢板和型钢制成圆柱形炉体。

炉盖内面采用不锈钢板制成。

炉衬采用超轻质0.6g/cm3节能微孔耐火保温砖砌筑。

炉衬与炉壳夹层置硅酸铝纤维毡保温，间隙填充膨胀保温粉

空充气光亮回火炉：

电阻丝采用0Cr25Al5高电阻合金丝绕成螺旋状安装在炉膛的搁丝砖上。

炉膛内放置有不锈钢装料筐。

炉盖采用手动扛杆升降。

为了使工件均匀加热，在炉盖上安装有耐热不锈钢轴和风叶制成的热风循环风机，工件在加热过程中，热空气在回火炉内上下循环以保证工件均匀加热。

为保证操作安全在升降机构附近装有限位开关，此开关与回火炉控制柜电源联锁，炉盖关闭时（工作时）接通电源。

当炉盖开启时限位开关即切断控制电源，因此加热元件的电源同时切断，以保证安全操作。

井式回火炉出厂时配套自动控温柜，热电偶。

回火炉应用：

全纤维台车式回火炉

全纤维台车式回火炉主要供一般大、中型金属或合金机件在额定温度下热处理之用本系列电炉外壳有钢板和型钢焊接而成，台车由型钢及钢板焊接，台车通过与炉衬的软接触和沙封机构来减少热辐射及对流损失，有效保证炉体密封性。

全纤维井式回火炉：

用途：

井式回火电阻炉该设备为周期式热处理设备，带有热风循环系统，最高使用温度650℃，主要用于各种金属材料进行高温回火、退火，是处理小型轴类零件的最理想的设备，与控制系统配合使用，可以自动控制设备的加热温度。

全纤维井式回火炉

特点：

　　1．650°C系列装有特制气体循环机构及综合性通风机组（含风叶）流量大，气密性好，炉温均匀度可达航标、军标1——2类炉；

　　2．采用超轻质节能的复合炉衬，节能；

　　3．可加简易的滴注式保护气氛，达到少氧化效果；

　　4．炉盖采用创新的多层密封结构，并采用手动杠杆或电动液压及蜗轮蜗杆等机构升降，以减轻劳动力；

　　5．炉温均匀度好，可达±5°C，控温精度1°C；

6．有专制的测控热偶装置，可满足航标、军标和国标的不同要求。

井式回火炉

　　回火炉之回火热处理优点及常见问题解决方法

　　100℃热水回火之优点

　　低温回火常使用180℃至200℃左右来回火，使用油煮回火。

其实若使用100℃的热水来进行回火，会有许多优点：

（1）100℃的回火可以减少磨裂的发生；

（2）100℃回火可使工件硬度稍增，改善耐磨性；

　　（3）100℃的热水回火可降低急速加热所产生裂痕的机会；

　　（4）进行深冷处理时，降低工件发生深冷裂痕的机率，对残留沃斯田体有缓冲作用，增加材料强韧性；

（5）工件表面不会产生油焦，表面硬度稍低，适合磨床研磨加工，亦不会产生油煮过热干烧之现象。

正火炉：

正火炉生产线概述：

生产线为连续推杆式等温正火热处理自动生产线，用于齿轮、盘齿轮等锻件的等温正火（退火）。

常用零件材料有22CrMoH、SAE8822H、20CrMnTi、20CrMo、20 CrMoH、20CrH、SCM420H、SAE8620H。

等各种钢种锻件。

正火后质量要求：

奥氏体晶粒度：

4～7级；

硬度：

22CrMoH、20CrMnTi:

160HB～185HB；

硬度散差：

同一批料零件，硬度散差±10HB，同一零件硬度散差±5HB；

金相组织：

铁素体加珠光体均匀分布，无贝氏体等其它类型组织。

推杆式正火加热炉

结构简介：

推杆式正火加热炉由前推料机装置，推杆炉炉体及后拉料机装置组成。

前推料机装置由φ125×1250mm主推油缸、推头、导向杆、导向轨道、型钢架、接近开关等组成。

推杆炉炉体由炉壳、炉衬、炉门、升降机构、加热器、料盘导向轨道及滚轮组成。

炉壳由型钢，钢板组焊，保证足够的强度，同时考虑外形的美观性。

炉衬内层热面及拱顶采用√=1.3的轻质耐火砖砌筑成炉膛，厚度为115mm，第二、三、四层分别采用√=0.6超轻质耐火砖，优质硅酸铝耐火纤维板，膨胀珍珠岩保温及石棉板组成复合绝热保温炉衬，其炉衬总厚度为400mm，可达蓄热小，升温快的目的。

炉门框、炉底支撑轨道部位，采用Ⅰ级高铝矾土砖调合831高温粘结剂砌筑，以增其强度。

前后门拱设计带5°的倾斜面，可以籍门身的自重，较好的进行热密封。

为提高热效率，炉温均匀性，确保出料口处的温度，加热器均匀布置在二侧墙、炉底、炉顶及出料炉门上。

加热器采用高温合金电阻带绕制成波纹状，紧固在耐热钢的定位钩之上。

分三区分布，第Ⅰ、Ⅱ区是预热和加热区。

第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ区为保温区。

为防止氧化皮掉入底部加热器上损坏加热器，其上覆盖了0Cr25Ni20Si2制作的耐热钢炉底板。

炉内料盘轨道由轨枕、导向轨道座和滚轮组成。

材质为ZG3Cr18Mn12Si23精密铸造而成，在安装时前端固定在进料口的定位搁板上，后端留有足够的自由膨胀余量，即使高温下，重载料盘也能平稳地直线前进。

精铸料盘设计为正方形，底部四边有与滚轮贴合行走轨道，底中部有若干过风孔及不稳定的多边形结构的筋条，以缓解热变形应力。

前后铸铁炉门用钢丝绳吊挂在炉面板之上滑动，动力由液压系统供给。

急冷室

结构简介：

急冷室由往复式推拉料机、料盘行走滚轮导向轨道架及中部冷却室组成。

往复式推拉料机由油缸、推拉料小车及轨道组成。

推拉料机将推杆式加热炉拉出的料盘送入冷却室内，经冷却后，将料盘拉出冷却室，送入等温炉的进料端。

冷却室底部设进风，上部设高温引风机抽排热风，形成急风冷却系统。

当工件进入冷却室的同时，前后门关闭，风机启动，将工件散发出的热量迅速带走，达急冷目的。

推杆式等温回火炉及炉前装卸料装置，推杆式等温回火炉由主推料机、等温炉炉体后拉料机、风冷室、卸料装置等组成。

等温炉主推料机及后拉料机，炉衬主要结构及炉内轨道同推杆式正火加热炉。

等温回火炉加热器布置在二侧墙，顶部设四台高压离心循环风机，二侧墙及顶部的导风循环通道由1Cr18Ni9Ti耐热不锈钢制作，并用不锈钢吊杆固定。

风机、扇翼、绝热箱可整体从炉顶吊出，方便维修。

热风从炉顶吹出经二侧墙至底风孔返回炉顶，强制气流循环达均匀温度的目的。

为提高炉温均匀性，每温区及每台风机制作隔墙，便于每区温度的独立控制和不产生混风现象。

等温炉出料端设风冷室，将工件冷却至300℃以下，使出料工件的环境温度降低。

炉前装卸料装置的往复式推拉料机及料盘行走滚轮导向轨道架结构同急冷室。

卸料装置是由翻转式倒料机，及落料槽组成，倒料后的料盘经推拉料机推至上料工位，人工装料后，推料机装料盘送至加热炉的主推料机轨道上，如此往复动作实现整个生产线的自动化操作。

液压系统结构简介：

泵站有一备用泵和水冷却器，电磁换向阀选用叠加阀来保证液压系统长期可靠地工作。

液压缸结构形式为拉杆缸结构，有利于缸的检修和更换密封件。

主推缸、拉料缸为焊接式。

温度及机械动作控制装置

电控系统设置了动力柜、加热炉柜、等温炉柜、机械动作柜，分别执行温度自动调节和机械连续动作的自动控制。

炉前设有琴台式操作柜，可手动操作全线的机械动作。

加热炉、等温炉控制采用可控硅过零触发PID连续自动调节控制。

控温仪表选用智能数显仪，具有双四位显示，仪表精度0.3级，控制精度±1℃。

记录仪采用长图多点打点记录仪。