低压脉冲真空热处理新技术

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    0低压脉冲真空热处理概述 
    热处理是机械制造四大基础行业(铸造、锻造、热处理、焊接)之一，是机械产品制造过程中一个十分重要的关键工序。机械工程离不开模具工程，模具工程与热处理密切相联。热处理是通过将金属材料置于一定的介质中加热、保温、冷却以改变其表面或内部组织结构而达到预期的性能要求。它是保证机械零件和工模具内在质量的主要手段，是充分发挥金属材料潜力、节约材料的有效途径。正确地进行热处理可以提高零件和工模具使用寿命，提高产品质量，增强产品的市场竞争力。 
    我国加入WTO后，制造业面临着新的机遇和挑战，同时也将进入一个新的重要发展时期。然而，我国的热处理技术水平和发达国家相比，差距仍很大。主要表面设备、工艺落后，老三炉(箱式、井式、盐浴炉)居多，可控气氛和真空炉少，加热炉的效率低，能耗大，零件氧化脱碳严重等，往往产品质量得不到保证。 
    随着汽车、摩托车、信息产业、工程机械、农机、航空航天、兵器、环保设备和机械基础件等行业的发展，特别是工模具行业的迅速发展，我国广大的中小热处理厂点正在积极采用先进技术，不断进行技术改造和设备更新，努力实现“优质、高产、低耗”生产。适合我国国情的热处理设备将是一些投资规模较小 
的专用设备或柔性较大的生产线。 
    针对国内外发展趋势和国内需求，我们经过多年研究和实践，研发了“低压脉冲真空热处理工艺”及相关的热处理设备，包括低压脉冲真空渗氮炉、渗碳炉、少无氧化加热炉等新型设备。这正是广大处理工作者梦寐以求的优质、低耗、高效、环保的绿色炉业精晶，是具有中国特色、符合国情的又一系列创新产品。这种热处理设备可实现低压脉冲真空渗氮、渗碳、氮碳共渗、碳氮共渗、氧氮共渗、多元共渗以及少无氧化加热等工艺。 
    所谓“真空处理”是指将工件置于负压条件下加热到所需温度，然后以不同冷速进行冷却的一种热处理工艺方法。而低压脉冲真空热处理是集真空热处理和脉冲热处理的优点于一身的热处理工艺技术，应用这项技术可将老式的传统的热处理和陈旧的常规热处理工艺进行更新换代。 
    众所周知，热处理质量取决于热处理工艺及设备，先进的热处理设备不仅能正确完成热处理工艺而且兼有节能、防止污染功能，从而实现节能、精密和绿色热处理。 
    1 低压脉冲真空炉的工作原理、设备结构和工艺特点 
    用低压脉冲原理制造的真空炉，可克服老三炉的缺点，同时拥有真空炉和可控气氛炉的优点，既可实现少无氧化加热，又能进行可控气氛加热，而没有其售价高、维修难的缺点。此项工艺还拥有自动控制炉压的功能，能达到快速排气和提高渗碳、渗氮速度之目的。此炉的工作原理、设备结构及热处理工艺主要的技术特点简述如下： 
    1.1工作原理 
    工件在设定的低真空上下限范围自行脉循环加热，炉气在设定的工艺时间周期内自行反复吐故纳新，可解决工件在渗氮、渗碳过程炉气老化及密装所引起的渗层不均匀等技术难题。这种先在低真空范围脉冲加热，接着进行正压加热的工艺，我们主称之为低压脉冲真空热处理。此工艺技术用在箱式无氧化加热炉上也是十分有效的。炉膛在低真空(负压)至正压大范围脉冲调压加热以中性气体迅速置换炉膛中的空气、水分等含氧介质，而后以工艺规定的渗剂使工件在设定的气氛中加热，加热后若在炉内冷却即可实现少无氧化热处理。 
     应特别指出，脉冲(渗氮、氮碳共渗)工艺有三种’炉压变化方式： 
     ①负压脉冲：炉压在≤1个大气压状态下周期性变化； 
     ②正压脉冲：炉压在≥1个大气压范围周期性变化； 
     ③正负压脉冲：上压为正值，下压为负值的脉冲，而脉冲真空可以认为是真空与非真空的交替。低压脉冲真空热处理利用的是正负压脉冲原理。 
    本公司的低压脉冲真空热处理的炉压变化是在指定的时间内从设定的负压升至设定的正压，并在此压力下保持不同的时间，而后迅速降压至设定的负压，然后再开始第二个周期性的调压加热，如此循环处理，直到完成工艺所需的时间为止。 
    1.2设备结构特点 
    低压脉冲真空炉最高工作温度可达(1150℃，有井式和箱式两种炉型。 
    1.3主要的技术特点 
    1.3.1提高生产效率，降低生产成本 
    工件人炉后通过抽气将炉内空气排出，达到快速排气，减少换气时间，提高渗速，从而缩短生产周期，提高生产效率，降低了生产成本。 
    1.3.2可获得高质量渗层 
    脉冲抽气对工件表面有脱气和净化作用，在低真空状态下增强了工件表面活性，提高了工件表面对所渗元素的吸附能力，扩散加快，从而获得致密均匀的渗层，同时可以防止内氧化，避免产生黑色组织提高渗层质量。       
    由于脉冲过程是以抽气一充气或充气一放气交替更换炉气，新老气交换可以到达任何部位和角落，解决了对于带有小孔、盲孔、狭缝的零件渗不到或渗层不均等技术难题。 
    由于正负压脉冲相比纯负压脉冲，脉冲幅度大，炉，不像真空炉那样整个炉壳通水冷却，而是只在炉门密封处通水冷却，使水耗、电耗明显减少；安装自动换气装置，实现自动进排气。炉门同炉体接触处用橡胶密封，炉衬采用陶瓷纤维装配式结构，少用耐火砖。并在其外表涂多晶态矿化黑陶瓷涂料；增设内炉门，炉底中部安装进气盘，让中性、惰性等气体自行定量、定时地进入炉膛，也可从炉盖滴人保护剂，使工件加热后达到少无氧化。后墙和炉顶配热电偶，分别用于控制和记录炉膛温度，采用智能化程序控温。中温炉的电热元件为螺旋形，高温炉用弓形电阻丝或电阻带，对于炉膛表面积小者采用低压供电。渗氮或氮碳共渗的化合物层可得到有效的控制，能满足不同材料的技术要求。 
    由于正负压脉冲比负压脉冲调压幅度大，因此更能提高渗氮或氮碳共渗速度，也更能提高小孔、盲孔、紧压面的渗层面质量均匀性，达到普通渗氮所无法实现的热处理效果。 
    1.3.3提高设备利用率 
    在低压脉冲真空状态下，工件可以密装，提高了设备利用率。 
    2 展望 
    低压脉冲真空热处理是真空热处理的又一创新技术，它有助于提高热处理质量、提高生产效率、降低生产成本、促进我国热处理行业的技术发展。 
    随着低压脉冲真空热处理技术及其应用的不断完善和发展，高质量、低成本，热处理的节能、精密、高效、环保、与可持续发展，将是本技术发展的重要方向。