热处理设备复习资料.doc

Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date热处理设备复习资料绪 论绪 论热处理设备，根据其在热处理生产过程中所完成的任务不同，通常分为加热设备、冷却设备、辅助设备和温度控制设备。周期作业加热设备主要炉型有箱式电阻炉、井式电阻炉、周期式控制气氛炉、盐浴炉、感应加热装置等。连续作业炉有推杆炉、输送带炉、滚动底式炉等。热处理冷却设备主要包括各种淬火设备、缓冷设备和冷处理设备。热处理车间常用的辅助设备由喷砂或喷丸机、机械滚筒、抛丸机、清洗机，各种酸洗槽、手动及机动校正机、起重运输设备等。第一章 传热理论热处理炉的主要任务是加热金属工件，完成热处理工艺过程、使工件能达到使用的技术要求，保证生产率，并且在热处理过程中具有低的散热损失、加热速度快、降低生产成本的能力。热量传递有三种基本形式，即传导、对流和辐射。热量直接由物体的一部分传至另一部分，或由一个物体传向另一个与它直接接触的物体，而无需宏观的质点移动的传热现象，叫做传导传热。当流体（气体和液体）中存在温度差时，流体的各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递方式，称为对流。具有一定温度的任意物体都会通过电磁波向外传递能量，这种能量传递的方式称之为辐射。在传热过程中，物体或传热体系内温度在空间和时间上的分布情况称之为温度场。如果物体各点温度不随时间变化，此时的温度场称为稳定态温度场。热流密度（q）表示单位时间内通过单位面积所传递的热量、其单位为W/m2。热流（Q）表示单位时间内通过一定传热面积A所传递的热量，其单位为W。热流（q） 表示单位时间内（时）通过单位面积（米²）所传递的热量，其单位为千卡/米²·时。热量（Q ） 表示单位时间内通过传热面积为F 米²所传递的热量，其单位为千卡/时。傅里叶定律：在导热过程中，单位时间内通过单位面积截面所传导的热量（即热流密度），与该截面法线方向上的温度梯度成正比。其数学表达式为：q=-，式中热导率，W/(m·K)。热导率也叫做导热系数，它代表物体导热能力的大小。它的物理意义为：当截面的温度梯度为一个单位时，在单位时间内通过单位面积所传递的热流量，用表示，单位为W/(m·K)。热导率的大小与材料的种类、物质结构、杂质含量、密度、气孔、温度和湿度等因素有关，而与几何形状无关。直接影响给热过程的物理参数有：导热系数（影响边界层的导热）；热容量（影响热交换量）；粘度（影响边界层的厚度,粘度大边界层加厚）；密度（密度大有利于减少边界层厚度）。例题 设有一空气循环电炉，空气温度为500，流速分别为5、10、20和40米/秒，求当温度为100，面积为1米2的金属板每小时所得的热量 q 。 解 求20 当t = 5米/秒时 20 =(273+20)t /(273+500) 当金属板为轧制表面时，其相应的20 为3.8、7.6和15.2米/秒。 当t < 5米/秒时 = 5.0 + 3.420 ； 当t > 5米/秒时 = 6.1420 。 把20 为1.9、3.8、7.6和15.2米/秒分别代入上式，则得的相应值为11.5、17.9、46.7和93.3千卡/米²·时· 。 传给1米²金属板的热量qq =（t1 - t2）=（500-100）= 400 将值分别代入上式，则相应的q 值为4600、7160、18680和37320千卡/米²·时。 由该例可见，流速越大，传热量也越大。牛顿公式：对流传热所传递的热流量正比于流体和固体表面间的温度差以及两者的接触面积。其数学表达式为：Q=(T1-T2)A，式中对流传热系数，表示当流体与固体表面之间的温度差为1K时，每秒钟通过1m2面积所传递的热量，W/(m2·K)。影响对流传热的因素：对流传热系数的大小与流体流动产生的原因、流体的流动状态，流体的物理性质，流体与固体接触表面的几何形状、大小、放置位置、粗糙程度以及固体表面与流体的温度等因素有关。强化热处理炉内对流传热的措施：1）适当提高热处理加热温度，加大传热温度，可以增加对流传热量，缩短加热时间。但是由于受热处理工艺限制，温度不能提高太大，否则容易造成废品；2）提高流体的流动速度，使其处于强制流动状态，增大对流传热系数，从而增大其换热量。辐射传热与传导和对流传热有本质的不同。传导和对流传热必须通过中间介质才能进行。而辐射传热不需要任何中间介质，而且在热量交换的同时，还伴随着能量形式的转化。例题 设粘土砖炉墙内表面温度为1200 ，炉墙厚度为345毫米，粘土砖的导热系数为1，车间温度为20 ，求通过炉墙的散热量和炉墙外表面温度。 解 已知t 1 = 1200 ，t 2 = 20 ，s = 0.345米，=1千卡/米·时·,代入公式得： q = 2913.6千卡/米²·时设炉墙外表面温度为t2 ，因为： q = t2 = t 2 + q ×0.06 = 20 + 2913.6×0.06195由于炉墙外表面温度太高，既增加热损失又增加车间温度，为了降低炉墙外表面温度，应在粘土砖外表面增加一层保温层。第二章 气体力学液体和气体统称为流体。单一气体的平衡方程式的一般式：P 2 + H 1 = P 3 + H 2 应用条件是气体处于静止状态且重度不随高度而变。当气流中每一坐标上的各物理量（如速度W 、压力P 、重度和温度 t 等）都不随时间（）而变化，这种状态就称为“稳定流动”。连续性方程式和伯奴里方程式是稳定流动气体的两种基本方程式。连续方程式可看作是气体力学中的质量守恒定律，伯奴里方程式可看作是气体力学中的能量守恒定律。连续性方程可写成W 1 /W 2 = F 1 /F 2 （适用于不可压缩气体在管内稳定流动的情况，对于液体同样适用。）其物理意义是：不可压缩气体在管内稳定流动时，其速度与截面积成反比。即在管道截面大处流速小，在管内截面小处流速大。理想气体的伯奴里方程式可以这样表示：不可压缩的理想气体稳定流动时，管道任何一截面上的位能、压力能和动能的总和保持恒定，即等于常数。应用伯奴里方程式的限制条件有：气体属于稳定流动；流体不可压缩，重度（）为常数（定值），在流动过程中不做膨胀功；流体是没有粘性，没有摩擦力（内力）作功；所考察的一段流动路程上，没有外力（泵、风机、局部阻力等）作功；不发生其它物理、化学反应（如加热、冷却、燃烧等）。气体在流动过程中，会由于摩擦和冲击等作用产生热量和声音等，造成能量损失，这种损失是不可逆的，称为阻力损失。阻力损失分两类： 摩擦阻力损失 它主要是由于气体在流动时在气体内部,以及气体与管壁之间有摩擦阻力而造成的。 局部阻力损失 它是由于气流运动方向或气流速度突然发生变化而在局部地区造成的能量损失。局部阻力损失产生的两种形式：突然扩张的阻力损失；管道拐弯的局部损失。减少阻力损失的措施有：选取适当的流速； 尽可能缩短管道长度； 采用较光滑的管壁； 使管道形状适合气体流动以减少局部阻力损失。位压头是指处在同一高度单位体积炉气与单位体积空气之间的位能差，也称为“相对位能”，用符号 h位 表示。静压头指单位体积热气体与外界空气之间的压力差，也称为 “相对压力能”。动压头是单位体积热气与空气之间的动能之差，亦即“相对动能”。通常采用的排烟方法有两种：机械排烟； 用烟囱、排烟罩或自然排放等方法自然排烟。 烟囱排烟的优点：不消耗动力，不需经常维修，工作可靠，能将有害废气送到高空，减轻对工作环境的污染。鼓风设备及其作用 鼓风设备：指热处理炉生产过程中，用来克服气体流动过程中的阻力，把气体输送至指定地点的设备。 作用：将燃烧用的空气送至炉子上并使之具有一定动能；将炉内的废气抽出，送入车间外大气中。在热处理炉应用最广泛的是离心式通风机，它由叶轮和机壳组成。第三章 筑炉材料耐火材料、隔热材料、炉外和炉内用的金属材料、炉子的地基材料等，这些材料统称为筑炉材料。耐火材料是指能够抵抗高温并承受在高温下产生的物理与化学作用的材料。耐火材料的物理性能主要包括体积密度、吸水率、气孔率、比重、透气性、耐压强度、热膨胀性、导电性、导热性及热容量等。耐火材料的技术性能指标包括耐火度、高温结构强度、高温化学稳定性、热震稳定性、高温体积稳定性等。耐火度是耐火材料抵抗高温作用而不熔化的性能，指的是耐火材料受热后软化到一定程度时的温度。高温化学稳定性是指耐火材料在高温下抵抗熔渣、熔盐、金属氧化物和炉内气氛等的侵蚀作用的能力。高温结构强度（荷重软化点）是指在一定压力下，耐火材料开始变形及变形到一定程度时的温度。热震稳定性是指耐火制品对急冷急热的温度反复变化时抵抗破坏和剥落的能力。高温体积稳定性是指耐火制品在高温下长期使用而保持体积稳定不变的性能。热处理炉常用的耐火材料有耐火粘土砖、高铝砖、抗渗碳砖、碳化硅耐火制品、轻质耐火砖、耐火纤维、不定型耐火材料、耐火泥浆。按制作或施工方法来分，不定形耐火材料有耐火混凝土（浇注料）、可塑料、喷涂料、捣打料、涂抹料、投射料等。耐火混凝土是由骨料、胶结料、掺合料三部分组成，有时还要加入促凝剂。耐火可塑料是以耐火骨料、细粉料为主，另外加入适量的生粘土和化学结合剂，经过充分搅拌后形成硬泥膏状，在规定时间内具有较好的可塑性。选用耐火纤维做炉衬材料时应注意如下事项：1）耐火纤维的高温结晶化；2）耐火纤维的收缩；3）耐火纤维一般不宜用做以氢气为保护气氛的热处理炉内衬；4）耐火纤维的强度较低，不能用于受震荡和磨损的地方；5）用耐火纤维做炉墙时，其具体的施工方法有：层铺法、叠铺法、贴衬法和预制块衬砌筑法等。常用的保温材料有硅藻土、石棉、矿渣棉、膨胀珍珠岩、蛭石等。保温材料的主要特点是体积密度小、导热系数小、比热小等。常把导热系数小于0.2千卡/米·时·的材料称为保温材料（或绝热材料）。热处理炉常用的耐热金属材料有耐热钢、耐热铸钢、低合金高强度钢、优质碳素钢、合金结构钢和耐热铸铁。耐热钢是指在高于450条件下工作，并具有足够的强度、抗氧化、耐腐蚀性能良好和长期的组织稳定性的钢种。第四章 电阻加热炉热处理炉按热源可分为电阻炉、燃料炉、煤气炉、油炉和煤炉等。电阻加热炉是将电流通入金属或非金属电热元件，使其发出热量，借辐射与对流作用将热量传给被加热的工件，从而使工件加热到规定的温度。电阻加热炉的特点： 结构简单，操作方便，工作温度广泛、容易准确控制温度，炉膛温度分布较均匀，便于使用控制气氛，容易实现机械化和自动化操作。热处理电阻炉具有工作温度范围宽，温度容易控制，炉子的结构简单、操作方便、安全、炉膛温度分布较均匀，便于使用控制气氛，容易实现机械化和自动化操作，结构紧凑，占地面积小，便于车间布置安装等很多优点。周期作业式电阻炉的主要特点是周期地分批处理工件，在加热过程中不进行装料和出料操作。这种炉子的生产能力较小，适用与小规模生产的热处理车间。常见的炉型有箱式炉、井式炉、台式炉等。箱式电阻炉按其工作温度可分为高温（大于1000）、中温（6501000）及低温炉（小于650），其中以中温箱式炉应用最广。箱式电阻炉的主要缺点：冷炉升温慢，炉内温差较大，工件容易产生氧化和脱碳，操作不方便，特别在大型箱式炉，操作时劳动强度较大。改进中温箱式电阻炉的性能，缩短空炉升温时间，节省电力消耗的方法是： 用轻质粘土砖或泡沫砖代替原来的重质砖；用耐火纤维毡作内衬；适当减少炉膛高度及增加炉膛体积的功率。高温箱式电阻炉最高工件温度为1300，主要应用于：高速钢刃具，高铬钢模具等工件加热 选择炉型必须考虑： 工作的特点；技术要求；产量大小；劳动条件和机械化和自动化水平；节省能源。对电热体材料的要求： 材料应具有高的电阻率；材料的电阻温度系数要小；材料应具有足够的耐热性与高温强度；材料的热膨胀系数要小；材料应有良好的加工性；材料成分要符合国家资源情况，来源容易，成本低。影响电热体寿命的因素有：工作温度、气氛、传热条件、加热与冷却速度等。表面负荷：是指电热体单位表面积上所辐射出的电功率。电热体在炉内的布置：1.对于小型箱式电炉，电热体一般只布置在两侧墙上；2.对于大型箱式电炉，电热体只布置在侧墙是保证不了炉温的均匀，因此，在炉底、炉门和炉顶上都可以安装电热体。热处理电阻炉的性能试验主要有额定功率、空载功率、空炉升温时间、电热元件的电阻等。第五章 燃料炉 热处理燃料炉可分为：固体燃料炉，液体燃料炉，气体燃料炉。固体燃料炉：固体燃料炉通称为煤炉，它以煤做燃料，需要有较大的燃烧室。液体燃料炉：液体燃料炉是以重油或柴油做燃料，通称为油炉。气体燃料炉：气体燃料炉是以天然气或工业煤气为燃料，通称为煤气炉。按燃烧室的部位及燃烧产物流动方式的不同，室式炉和直通式炉有以下几种结构型式：（1）底燃式：火焰是从炉底下面的燃烧室中发出，然后经出火口进入加热室，（2）侧燃式：燃烧装置布置在侧墙上，火焰由侧墙直接进入炉墙；或者燃料在炉墙侧面燃烧室中燃烧，然后火焰越过挡墙进入炉膛内。（3）顶燃式：火焰是在加热室上面的燃烧室内发生，然后经由多孔的拱顶向下流入加热室。 箱式炉的优点： 构造简单、炉温较均匀，可供中小件的淬火、正火、退火及固体渗碳等。箱式炉的缺点：产量小，热效率不高，人工操作劳动条件差。燃料炉的炉体结构包括：砌体、炉架、炉门、启闭机构工业炉燃料可分为：天然燃料和人造燃料。天然燃料：在自然界存在的燃料。人造燃料：天然燃料经过加工后所得到用于燃料的产品。燃料燃烧计算需要考虑：1）燃料燃烧空气需要量；2）燃烧产物量；3）燃烧产物成分含量；4）燃烧产物的重度；5）燃烧温度。炉子的热效率：它表示炉子的热能利用情况，是评价炉子的最主要的指标。提高炉子热效率的主要途径是减少和利用烟气的余热1. 减少烟气带走的热量：（1）降低烟气出炉温度t烟；（2）减少烟气量V2. 有效地利用烟气的余热：（1）用烟气来预热空气或煤气，或者二者同时预热：（2）利用烟气中的热量来预热工件在工具的锻造及淬火加热炉中被广泛采：（3）用烟气作低温回火炉的热源；（4）用烟气废热锅炉生产蒸气。燃烧装置：用来实现燃料燃烧过程的装置，是炉子的重要组成部分。燃烧装置会影响到：燃料的顺利燃烧、火焰在炉内的合理分布、炉子的热效率、炉温均匀性和燃料消耗量。回火”、“脱火”现象及其产生原因： 回火：可燃混合气体从燃烧器喷出的速度若小于火焰传播速度，此时火焰将传播到烧嘴或供气管道内，这种现象称为“回火”现象。产生“回火”的主要原因：煤气压力不足；烧嘴孔隙被堵塞，使气体喷出的速度降低。脱火：可燃混合气体的喷出速度大于火焰传播速度时，火焰将离开烧嘴的喷口，使燃烧不稳定，严重时甚至熄火，这种现象称为“脱火”。煤气烧嘴 ：可分为无焰烧嘴和有焰烧嘴无焰烧嘴特点：1.燃烧所需的过剩空气量少（一般为5%）；2.燃烧完全；3.燃烧速度快；4.火焰短，通常无明显火焰；5.热量集中；6.热效率高；7.操作不慎易发生“回火”；8.混合气的预热温度一般控制在400500以下。有焰烧嘴特点：1.煤气与空气全部或大部在烧嘴外混合，边混合边燃烧，形成可见的较长的火焰；2.所需过剩空气量较大（n=1.101.25）；3.燃烧缓慢并不易完全，火焰温度较低；4.有的燃烧能力很大，要求煤气压力较低（一般为3050毫米水柱）；5.不易产生回火；6.预热温度可高些，调节比较大。有焰烧嘴的类型：套管式、交叉混合式、涡流混合式等。高速烧嘴的加热炉的优点是：1）高温高速气流直接冲击工件，使对流给热系数显著增加，加热速度快； 2）在以对流传热为主的冲击加热时，炉衬的温度较低，甚至可低于工件最终加热温度，从而改善炉衬的工作条件，同时炉子热惰性很小；3）不必再设燃烧室，炉膛高度可以降低，因此使炉体结构变得紧凑； 4）加热质量好，加热均匀不会造成过大的温度差，内应力小，可以 实现少氧化加热；5）热效率高，节省燃料；6）减少烧嘴的数量，有利于自动控制。高速烧嘴的加热炉的缺点是：1） 要求煤气和空气的压力高，消耗动力多；2） 烧嘴燃烧室要求用特殊耐火材料制做；3） 噪音大喷嘴的基本类型：机械式喷嘴、高压喷嘴、低压喷嘴。热处理燃料炉的主要要求是：保证炉膛温度均匀，使工件加热温度均匀，以减少热应力和组织应力，从而减少工件变形程度。尽量减少金属的氧化和脱碳程度。为满足要求采取的措施：1.强化炉膛内热交换和控制炉内压力；2.在结构上有良好的封闭性。3.强化炉内热交换主要是既要增强炉内传热能力，又要强化炉气再循环。影响炉气再循环的因素：燃烧器的布置与排烟口的位置。第六章 冶金产品热处理炉热轧优质型钢的主要生产工序：加热、轧制、锯切、热处理、校直、酸洗、检查、修整等。目前型钢的热处理种类主要是退火、正火、高温回火热处理的目的是：降低钢材的硬度，改善切削加工能力；消除内应力，改善组织并为以后最终热处理做好组织准备。一般情况下，钢材混合装炉的条件是:1）热处理工艺相同，热处理温度相差在30以内；2）钢材规格相近，直径差在2030毫米以内；3）钢材长度差不超过1米。薄板退火用罩式炉在冶金工厂中，薄板退火广泛使用矩形罩式炉。罩式炉的优点：1.罩式炉结构简单，不用传动机构，节省炉用机电设备 投资；2.罩式炉热效率高，节省燃料，生产效率高；罩式炉的缺点：1.使用罩式炉的车间要有较高的厂房并配备大吊车；2.罩式炉的炉台较多，占用的生产面积随之增加。冷轧带钢卷退火时，一般均采用氮基保护气体。厚板热处理炉（辊底式炉）的生产工序：毛坯准备加热轧制精整热处理矫正检查冷轧取向硅钢带的生产工艺过程是:33.5%Si热轧钢板卷（23毫米厚） 预先退火（黑退火） 酸洗（去氧化皮） 第一次冷轧（0.5毫米厚） 中间退火和脱碳 第二次冷轧（0.35毫米厚） 再结晶退火和脱碳 涂氧化镁层 最终高温退火 拉伸矫直涂绝缘层 检验入库硅钢带脱碳退火用卧式电阻炉，它分为四段：加热段：加热段长度占炉子总长度的1220%，按炉长方向分成若干段，分别控制各段炉温。钢带入炉后在加热段被加热到800900。保温段：保温段长度占炉子总长度的4060%，其结构与加热段一样，采用分段控温，各段功率均匀分布而且较小。缓冷段：缓冷段的长度很短，冷速应当是可调的，在其中既有电热体又有冷却风管 ，有的炉子只设冷却风管。钢带通过该段温度下降到600左右。快冷段：快冷段分两部分。第一部分是钢板冷却水套，钢带通过水套时， 向水套辐射热量而降温。当钢带的温度进一步降低时，就进入喷吹冷却部分。硅钢带采用氢氮混合气体进行脱碳。热轧不锈钢带热处理炉型基本上有两种：辊底式牵引炉与悬索式牵引炉。塔式炉可分为以下几个部分： 加热室：加热室用轻质粘土砖和保温砖砌成。采用燃气辐射管加热，沿炉高布置在钢带的两侧。钢带的行程数量取决于炉子产量和加热方式。采用高温快速加热，可减少行程，缩短加热室的长度。 保温室：保温室采用电热。采用分段控温。钢带在680720保温应不少于25秒。 缓冷室：缓冷的目的是使钢带从720缓慢冷却到480左右，促使碳化物从固溶体析出，以减少以后的时效倾向。按炉子的要求希望尽可能缩短冷却时间，这样可以减少炉子长度。缓冷室既布置电热体又布置冷却器。快冷室：使钢带从480快冷到100以下，可以缩短炉子的长度。近年来在快冷室中均采用保护气体喷吹冷却装置。采用喷吹冷却，可使快冷室缩短，板面光亮平整，提高质量。钢丝可分为碳钢钢丝与合金钢钢丝，钢丝的生产方法主要是冷拉法。钢丝的一般生产流程大致为预先热处理（退火） 酸洗 润滑处理 中和 干燥 冷拔（对多次拉拔的还需中间热处理） 热处理（冷拉状态交货者无此工序） 检验 除油 包装 入库无缝钢管按其制造方法不同可分为：热轧管、冷轧管、冷拉管钢管的制造方法：冷轧、热轧、焊接、铸造第七章 热处理浴炉及流动粒子炉按所用液体介质的不同，浴炉有盐浴炉、碱浴炉、油浴炉、铅浴炉等。浴炉是利用液体介质加热（或冷却）工件的一种热处理炉。它所使用的液体介质有熔盐、熔融金属与合金、熔碱以及油类等。常用的脱氧剂有硼砂、硅铁粉、硅胶、二氧化钛等。盐浴炉的主要缺点：1.装料量少；2.较多的辅助时间；3.盐耗量；4.热处理成本高。工件在浴炉中加热具有加热速度快、温度均匀、不易氧化、脱碳等优点。流体经过静止的颗粒状物料层时，当流速超过一定数值后，物料层开始松动并具有流动性，转变成为“似流体”状态，这种现象称为颗粒状物料的流态化。 所采用的流体介质可以是液体也可以是气体。如果固体颗粒都能单独活动时，则称这种流态化为散式流态化。如果颗粒是成群地聚结活动，则称之为聚式流态化。整个流态化过程分为四个阶段:1.固定床；2.膨胀床；3.流化床；4.气体输送。流动粒子炉的特性：1.给热系数大，加热速度快；2.温度均匀，工件加热时变形小；3.加热和冷却速度可以调节，能适应不同钢种和工件的加热与冷却要求。4.炉子的热惰性小，热效率高，节约能源；5.改变粒子种类与流化介质的种类，可以调节炉内气氛，可以实现无氧化加热或化学热处理。流动粒子炉的热源有煤气和电热两种。电热的流动粒子炉分为电热体加热与电极加热两种。第八章 可控气氛热处理炉 加热工件时，介质中含有大量的氧气以及少量的二氧化碳和水蒸气，易使工件产生氧化和脱碳现象。防止氧化脱碳两种方法：保护性真空热理；炉内充满气体通常把保护气氛和可控的渗碳气氛统称为可控气氛（或控制气氛）。采用可控气氛进行的各种热处理工艺，称为可控气氛热处理（或控制气氛热处理）。可控气氛热处理具有下述的优越性：实现了无氧化脱碳热处理，因而提高了机械零件的机械性能；减少了加工裕量和钢材的烧损量，因而节省了工时及能耗，节约了金属材料。实现了可控渗碳，能精确地控制零件表面含碳量、碳浓度梯度和渗碳层厚度，因而能提高了渗碳件的机械性能，稳定了渗碳工艺的质量。能进行特殊的热处理工艺。提高劳动生产率，改善劳动条件。热处理应用的可控气氛有放热式气氛、吸热式气氛、氨分解气氛、滴注式气氛和氮基气氛等。制备可控气氛的原料：1.固体原料2.液体原料3.气体原料放热式气氛和吸热式气氛为可控气氛中的两大类型。放热式气氛就是把原料气与较多的空气按一定比例混和后，靠自身的燃烧反应制备成的气体。由于反应是靠自身燃烧发热，无需外部供热，所以称之为放热式气氛。放热式气氛以丙烷为例：空气与原料气（丙烷）完全燃烧的反应为：C3H8+5O2+19N23CO2+4H2O+19N2+Q 由方应式看出，产物主要是CO2、H2O和N2，由于CO2及H2O的存在，这种气氛不能保护工件不被氧化。 所以必须使丙烷不完全燃烧，方应分两步： 第一步：原料气（C3H8)与空气混合进行完全燃烧： C3H8+5O2+19N23CO2+4H2O+19N2+Q 第二步：剩余的C3H8与完全燃烧物进一步反应： C3H8+3CO26CO+4H2 - Q 1 C3H8+3H2O3CO+7H2 - Q 2丙烷的完全反应是一个放热反应，不完全燃烧是一个吸热反应，但总的是放热反应，这样才能维持燃烧室内的高温，使燃烧反应能正常进行。因此，称它为放热式气氛。 吸热式气氛是将原料气与较少量的空气混合，在高温及催化剂的作用下，经不完全燃烧所生成的气氛。需要外部加热所生成的可控气氛称之为吸热式气氛。吸热式气氛的特点：1.适用性强2.较放热式气氛成本高3.与空气接触易爆炸，炉温低时易产生碳黑4.气氛中的CO、CH4易与Cr起反应，造成表面贫铬吸热式气氛的应用：1.各种碳钢的光亮热处理2.做为渗碳及碳氮共渗的渗碳剂和载体3.可以进行薄钢板的穿透渗碳及脱碳钢材的复碳处理氨燃烧气氛是将氨气与空气混合后进行燃烧反应而制成一种以氮为基的保护气氛。氨燃烧气氛的两种制造方法：1.NH4分解再燃烧；2.将NH4 气直接在燃烧室中燃烧。氮气主要的来源：1)工业氮 ；2) 纯氮；3）可燃气与空气燃烧反应所制备的气氮；4）氨燃烧气氛氮基气氛特点：安全性；节省资源；耗能低；环保无污染；具有经济价值；操作简易氨分解气氛可用于各种金属的光亮加热，特别适用于高铬钢、高铬耐热合金、不锈钢、硅钢片的光亮加热。碳势的控制：指控制可控气氛中的碳势，使其在一定温度下与钢表面要求的含碳量相平衡。在其它条件相同时，炉气的碳势取决于炉气的成分，因此，控制气氛的碳势也就是控制炉气成分之间的相对量。碳势测量的方法有：热丝电阻法、露点法、红外线分析法等。可控气氛的选用原则：1.热处理的工艺的要求 2.材料成分的特点 3.可控气氛的特性 对可控气氛热处理炉的要求： 炉子要具备高的密封性 设有前室或者前后室 炉气氛要均匀 采用高铝质耐火砖（抗渗砖）做为内衬 采用大截面的电阻带以增强电阻体寿命，或采用辐射管 设有火帘与防爆装置 具有较高的机械化及自动化可控气氛热处理炉的结构特点：1）炉衬所用材料要能够抵抗气氛的侵蚀；2）炉内金属元件的选择；3）炉子要求严格密封；4）强制炉气循环运动；5）防爆装置；6）安全装置。第九章 真空热处理真空热处理炉所采用的真空系统又称真空热处理炉的抽气系统。真空系统的组成包括真空热处理炉、抽气机、导管、测量仪器及阀门等部分。真空系统的工作过程分为两个阶段：预抽阶段和正常抽气阶段真空加热的主要特点：1）防氧化作用；2）真空脱脂作用；3）真空脱气作用；4）真空下元素的蒸发。真空热处理炉分成两大类：外热式真空热处理炉和内热式真空热处理炉。内热式真空热处理炉的优点： 可以制造大型高温炉（没有金属马弗室的限制）； 加热和冷却速度较快，因此可缩短生产周期。内热式真空热处理炉的缺点： 炉内结构复杂，电气绝缘性要高； 真空系统的抽气能力大，配套复杂； 一般铁基和镍基合金最高使用电压都不超过100V，所以必须采用低电压大电流变压器，电气配套也较庞大。外热式真空热处理炉优点：结构简单、抽气量较小、易得到所要求的真空度，另外由于绝热、耐火材料及电阻加热体等在加热过程中所放的气体对所处理工件的质量影响较小，同时还能消除因真空放电所引起的产品质量事故和设备事故。外热式真空热处理炉的加热体（电阻加热体、烧嘴、喷嘴）、耐火绝热材料等都放在金属马弗室外，而被处理的产品则放在金属马弗室内，同时金属马弗室又是真空容器。金属马弗室的材料的要求：1.应当具有较好的焊接性能，在焊接时焊缝处最好不要产生气泡；2.应当具有一定的热强性（高温强度）、热稳定性（主要指抗氧化性能）和较小的热膨胀系数；3.应尽量少含在真空和高温时易升华的元素。真空热处理炉通常由炉壳、隔热屏、电热元件、炉床、气或油冷却装置、观察窗等组成。真空系统中，所谓气流恒定是指从容器中抽出来的气体量等于在同时间内被抽气机排出真空系统的气体量。这种维持气流数值恒定的情况称之为稳定气流。实际上，在真空系统的导管内，气流是不稳定的。当然每瞬间，是能满足稳定条件的，因此，称这样的气流是亚稳定气流。抽气机的基本参数：起始压强：抽气机开始工作时的压强称之起始压强。最大反压强：抽气机的最大反压强是指其排气口一边所能达到的压强，若此压强再升高时，抽气机即停止工作。 极限压强：极限压强是指在真空中没有漏气或内壁放出气体的情况下经过相当长时间抽气后，一定型号抽气机所能达到的最小压强。也成为极限真空。 抽气速率（抽速）：指在一定进口压强和一定温度下，单位时间内抽气机所抽走的气体体积。采用真空淬火工艺可以使产品获得高强度、高硬度、耐磨性和较好的使用寿命。真空淬火炉的组成：真空加热炉和淬火槽。真空淬火炉的根据淬火介质的不同，分为气体冷却淬火炉和液体冷却淬火炉。立式真空气体淬火炉组成：加热室、中间闸板阀、冷却室、炉料升降机构作为冷却介质的气体有：氢、氦、氮、氩等，最常用的是较纯的氮气。 采用气体淬火法虽然冷却较大，但是对于淬透性不太好的钢种或截面大的工件，却不能完全淬硬，为了解决这一问题,就要采用油淬硬淬火真空炉处理。离子氮化：是将被处理的工件放置在真空容器内，在辉光放电条件下进行氮化。离子氮化处理的优点：1.缩短了生产周期；2.抑制生成脆性层，提高氮化层的韧性和疲劳强度，延长产品的使用寿命；3.产品变形较小；4.不需“去纯”处理，简化工序；5.易实现局部处理；离子氮化炉的组成：真空系统、供电系统、供气系统、供水系统、测试系统、控制系统、调节系统。第十章 感应加热设备工件的加热主要还是依靠涡流的热效应。集肤效应 （又称表面效应）：在工件截面上涡流的密度是不均匀的，由表面向心部呈指数规律衰减的现象。根据感应加热设备工作频率的不同，可分为：工频感应加热设备；中频感应加热设备；高频感应加热设备。工频感应加热是利用工业频率（50或60赫）的电源通过感应器形成交变磁场，工件放于此交变磁场中而被加热。工频感应加热特点：1.工频感应加热设备简单，投资较低；2.工频感应加热速度小于中、高频感应加热速度，故加热过程中的热应力小，因热应力引起的变形、开裂的可能性也较小,造成过热的危险性也小。工频感应加热设备基本由两大系统组成，即供电系统和工艺装备系统。中频感应加热设备在冶金企业中，它多于板材调质和钢轨轨端淬火，而在机械制造业中则用在曲轨、凸轮轨和大模数齿轮的淬火上。目前获得中频电流的三种方法：中频发电机组；可控硅静止交频器；离子管交流装置。发电机式中频感应加热设备的基本组成：中频发电机组、激磁机组、电容器组、降压变压器感应器及变阻器等。高频感应加热设备的用途：多用于熔炼和热处理。在热处理生产中多用来处理小件，如小模数齿轮、小轮、阀、阀盖等淬硬层较薄的零件。频感应加热设备组成：由升压、整流、振荡、降压、感应器及控制、调节等部分组成。中、高频电流特点：1. 集肤效应 2. 邻近效应 3. 圆环效应 4. 尖角效应 感应器的结构基本上都是由两部分组成：施感导体和汇流板在中频加热时，用硅钢片做导磁体；在高频加热时，用铁氧体或金属陶瓷做导磁体。第十一章 热处理节能简介热处理炉节能可通过下列途径来实现：1. 采用合适的炉型2. 改进炉子结构3. 合理控制燃料燃烧过程4. 废热、余热的利用5. 采用节能热处理工艺及管理措施改进炉子的结构，是改善炉子的性能，提高其热效率，是取得较好节能效果的一个重要途径。具体措施有以下几方面：1.缩短炉子的长度，增设预热段和预热器；2.减少炉衬的热损失；3.在原有的耐火砖炉衬表面上覆盖一层耐火纤维毡；4.在热处理炉炉膛壁的表面加上一层特制的SiC涂料；5.改进炉内使用的工夹具、料盘与炉料支架等的结构设计，采用高温强度较好的材料。减少废气热损失，要设法回收烟气中的热量。回收的办法大致有以下几种： 用废气预热助燃用的空气和燃料； 用废气作为低温炉的热源或用来预热冷的工件（炉料）； 利用废热锅炉产生蒸气。节能的工艺措施：1.经过试验拟定各种工件合适的加热时间2.在某些情况下，可以用提高温度快速回火代替常温回火3.渗碳层的重新审定 4.简化热处理工序 5.采用高温渗碳6.利用离子氮化代替气体氮化7.采用快速渗碳钢等新型材料，可以缩短渗碳时间-