我国材料热处理技术的发展史(4)

HEATS · 发表于 2010-9-12 14:13:39

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　　上世纪80年代以来，本土设备制造企业已能成系列生产密封多用炉、推杆连续炉渗碳、淬火、清洗、回火生产线和网带炉生产线。应运而生的尚有与之相配套的碳势和工艺过程自动控制系统的商品生产供应。1990年代以来，国际知名设备制造企业相继在国内建立合资，独资生产厂，为热处理企业提供了可靠性高，价格可以接受的先进设备。为此，也刺激，提高了本土设备制造厂的制造水平，为近十年大量涌现的民营，股份制专营热处理加工企业和国营大厂的热处理技术改造和设备更新创造了好的条件。

　　——真空热处理技术的普及

　　1970年代开始研制油、气淬火冷却的冷壁式真空热处理炉，1980年代成系列地批量生产。目前本土制造企业已能成系列地提供真空加热、油气淬火炉、低压渗碳炉、1MPa(10bar)高压气淬炉、真空烧结炉、和钎焊炉。真空淬火、高压气淬炉的最高温度可达1350℃，真空烧结炉最高可达1800℃。各种炉种和炉型的产量在200台以上。近几年航空工业和模具工业的发展对真空热处理炉、真空钎焊炉，特别是真空加热高压气淬炉有大量需求，推动了真空设备制造业的兴旺。低压渗碳和高压气淬技术的结合，为车辆齿轮的延寿、减畸(变)和降噪提出了新的途径，而体现此先进技术的半连续式生产线的开发为大批量生产的汽车齿轮热处理的技术改造提供了可能。在新世纪之初、国内已有数家汽车、柴油机齿轮制造厂引进了此类设备和生产线。

　　由于模具对表面质量和畸变的高要求，真空高压气淬已几乎成为模具热处理不可替代的技术。目前在华南和华东沿海，稍具规模的民营热处理加工企业都拥有至少一台0.4MPa(最多的有6台)的真空加热高压气淬炉。在切削刀具行业，数控和加工中心的广泛应用，强烈要求刀具具有高的质量和长的寿命、城市的环保也对热处理提出更严格要求，真空加热高压气淬也因此成为高速钢刀具热处理替代盐浴加热淬火的首选工艺。

　　——感应加热的广泛应用

　　感应加热技术在汽车、拖拉机、发动机工业中得到广泛应用。在汽车制造中有200多种，近50%重量的零件采用感应加热淬火，例如曲轴、半轴、凸轮轴、刹车凸轮、转向节、变速导块槽口、气门调整螺栓，进排气阀端头、球头肖等。其中东风汽车公司半轴的横向磁场加热淬火是最具代表性的先进技术。利用横向磁场的矩形感应器实现了半轴表面和圆角的一次加热淬火，使生产效率提高数倍、半轴的抗弯扭疲劳强度提高10倍。具有故障报警、诊断功能、由计算机自动控制的半轴感应淬火自动生产线已多年稳定投入生产。我国汽车工业的感应热处理已达到国际先进水平。

　　我国的感应电源制造企业自1990年代引进SIT(静电感应晶体管)、1GBT(绝缘栅双极晶体管)和MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)全固态晶体管电源以来，老式的电子管高频电源和机式中频发电机组已逐步被晶体管电源代替，本土企业生产的新式电源已能基本满足用户企业在功率和频率上的要求。感应淬火机床朝柔性化、自动化、智能化方向发展具有识别零件，控制功率、自动调节工艺参数、故障显示、报警、诊断的感应淬火装置，在汽车工业生产中也逐步推广应用。

　　——化学热处理的潜力得到发挥

　　除渗碳、碳氮共渗以外的化学热处理，尤其是钢在铁素体状态下的化学热处理，其特点是工件畸变小，对提高机器零件耐磨减摩性能，提高抗疲劳、抗腐蚀性能和抗咬合能力以及节能降耗有明显效果。自上世纪60年代机械部机械科学研究院研制成功盐浴氮碳其渗(软氮化)和无毒原料氮碳共渗，并在生产上应用以来，又陆续开发出碳氮硼三元共渗、氨+吸热型气氛、氨+空气、氨+二氧化碳的气体氮碳共渗和氮氧共渗以及低氰盐浴渗氮、抛光、氧化的QPQ技术和LT盐浴氮碳共渗在汽车、摩托车、轻纺机，机床，工模具、紧固件、仪器仪表、兵器等行业获得广泛应用。由于效果好、成本低，工艺过程简单、毒性很小，特别受到上列行业外资企业和外销产品企业的青睐。

　　气体渗氮虽然工艺周期长，但因渗层硬度高，提高零件耐磨性效果好，且工件畸变小，在机床精密零件中广泛应用。上海交通大学潘健生教授在1980年代即对控制渗氮技术开展了系统研究。通过对氨分解率(H2)的精确控制，可以获得预想的钢件渗层含氮量和理想的组织结构，在生产中得到推广应用。山东工业大学(现为山东大学材料工程学院)和江苏机械研究所(现为铸锻热处理研究所)在1970年代研发出可得到脆性小的单相Fe2B层的固体渗硼法和粒状渗硼剂商品。武汉材料保护研究所亦于同期开发出硼砂盐浴渗金属技术(类似日本的T.D法)。二者在提高冶金、矿山机器零件和模具寿命上充分发挥出了化学热处理的潜力。

　　——离子热处理的盛行

　　早在1970年代初北京机床研究所就研成功国内第一台10A离子渗氮试验装置。此后，离子渗氮技术的研究在全国各地如雨后春笋船开展起来。对工艺参数、渗层组织和性能之间的关系进行了系统研究，探索了钢中含碳量和合金元素以及原始组织、温度、时间、压力、气体介质成分对渗层组织的影响。判明了形成γ、ε相，γ'+ε或ε+Fe3C复合相化合物层以及无化合物层的条件，测定了钢件在多种服役条件下最适宜的组织形态。这些结论对离子渗氮的扩大应用打下了良好的基础。到1980年末全国已有上千台离子渗氮设备、数十家离子渗氮设备制造厂、兴起了一场推广离子渗氮技术的高潮。

　　除离子渗氮外，许多科研单位、大专院校还开展了离子渗碳、碳氮共渗、离子软氮化、硫氮和碳氮硫共渗、离子渗硼等技术的研究开发，但由于技术复杂、生产成本高、环保和安全卫生等因素，未得到广泛应用，生产应用最广的还是离子渗氮。

　　离子镀渗技术的研究和应用也是我国热处理技术进步的范例。太原工业大学，北京联合大学和电子部第一研究所对离子镀渗机理、工艺参数的优选、镀层质量和工艺的关系进行了深入研究，开发出了多层辉光离子渗金属和多弧离子镀技术，不仅可以在金属制品表面获得致密的TiN沉积层，得到W、Mo、Cr、Ni等单元素镀渗层，而且还可以使W、Cr、Mo、V等元素按不同组合和比例同时渗入普通钢材，使其表面得到相当厚的类似高速钢成分的镀渗层，从而代替昂贵的高速钢。

　　——激光和电子束热处理

　　激光热处理的试验研究起始于1979年。最初是在250W的小功率激光器上用小试样验证了钢表面相变硬化的效果。目前二氧化碳激光器已能做到10kW的功率，激光器、导光聚焦系统和5坐标工作台都能自行制造。

　　开展了激光和电子表面相变硬化、熔化凝固、表面涂复和表面合金化的试验研究。激光相变硬化在汽车发动机气缸套、弹性联轴节主簧片、纺织机锭杆、量具块规、凿岩机气缸等机器零件上获得应用。一汽、二汽、北京内燃机总厂、西安内燃机配件厂都已建立起缸套的激光硬化生产线。

　　十几年来，从国外引进的大功率二氧化碳激光器有十数台之多。目前国产设备已基本取代进口。

　　大功率激光器的研制和生产单位有华中理工大学、上海光机所、沈阳机电设计院、中科院北京自动化所等。承担国家863科研项目、在激光热处理应用上有贡献的单位有沈阳金属所、北京机床所、北京市机电研究院、原机械部北京机电所、长春机械研究所等。原机械部北京机电研究所和中科院自动化所合作研制了15KW的电子束热处理装置。

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