特殊热处理技术学习教案.pptx

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1、会计学1特殊特殊(tsh)热处理技术热处理技术第一页，共55页。2热处理冷却热处理冷却(lngqu)技术进展技术进展n n热处理产生的应力n n热应力及相变应力n n冷却介质的应用(yngyng)发展n n液体介质n n气体介质n n气液混合介质第2页/共55页第二页，共55页。3未来热处理技术未来热处理技术(jsh)的发展的发展点点n n气氛(qfn)和真空热处理动向n n精密热处理技术n n节能热处理技术n n复合热处理技术n n修复热处理技术n n流态床热处理技术第3页/共55页第三页，共55页。4特殊特殊(tsh)热处理技术热处理技术n n真空热处理（1012课时(ksh)）n n特殊

2、气氛热处理（02课时(ksh)）n n有色金属热处理（24课时(ksh)）n n电磁控制热处理（16课时(ksh)）第4页/共55页第四页，共55页。真空真空(zhnkng)热处理技术热处理技术 原理(yunl)第5页/共55页第五页，共55页。6真空真空(zhnkng)热处理的热处理的发展（发展（1）n n5050年代末年代末-70-70年代末年代末n n需求动力：需求动力：n n 随着航空工业的发展随着航空工业的发展,要求零部件具有高精度、高质量要求零部件具有高精度、高质量和可靠性和可靠性,一般传统热处理已不能满足要求一般传统热处理已不能满足要求,发展真空热处发展真空热处理。理。n n主要

3、特点：主要特点：n n 主要有低压真空气淬、真空油淬、真空退火主要有低压真空气淬、真空油淬、真空退火(tu hu(tu hu)等等,广泛用于多种材料和零件的热处理。真空炉均为冷壁单室广泛用于多种材料和零件的热处理。真空炉均为冷壁单室真空炉。真空炉。n nn n典型成果典型成果:n n 低压真空气冷炉低压真空气冷炉(如美国易卜生公司的如美国易卜生公司的VFCVFC型型)、真空油、真空油淬炉、真空退火淬炉、真空退火(tu hu(tu hu)炉等。炉等。第6页/共55页第六页，共55页。7真空真空(zhnkng)热处理的发展热处理的发展（2）n n8080年代初年代初-至今至今n n需求动力：航空和

4、航天工业迅速发展需求动力：航空和航天工业迅速发展,对各种零件如齿轮、轴对各种零件如齿轮、轴等提出更高的要求等提出更高的要求,真空渗碳工艺应运而生。真空淬火介质和真空渗碳工艺应运而生。真空淬火介质和高压气体的发展高压气体的发展,促进了真空气促进了真空气(kngq)(kngq)淬工艺发展。淬工艺发展。n n主要特点：主要特点：发展了真空化学热处理和真空气发展了真空化学热处理和真空气(kngq)(kngq)淬热处淬热处理。真空化学热处理达到了实用水平。真空气理。真空化学热处理达到了实用水平。真空气(kngq)(kngq)淬工艺淬工艺受到重视受到重视,相继研制出了一些新炉型。真空气相继研制出了一些新炉

5、型。真空气(kngq)(kngq)淬工艺淬工艺冷却速度快。冷却速度快。n n典型成果：典型成果：高压真空气高压真空气(kngq)(kngq)淬炉淬炉:美国美国Abar-IpsenAbar-Ipsen公司的公司的VTTCVTTC型、型、CTLCTL型型,德国德国DegussaDegussa公司的公司的VKSQVKSQ型型;高流率气淬炉高流率气淬炉:美国美国Abar-IpsenAbar-Ipsen公司的公司的HFQHFQ型、型、VTLVTL型和型和Turbo-TreaterTurbo-Treater型型;高压高压高流率气淬炉高流率气淬炉:美国美国Abar-IpsenAbar-Ipsen公司的公司的

6、Turbo-TreaterTurbo-Treater型。型。第7页/共55页第七页，共55页。8真空真空(zhnkng)热处理原理热处理原理n n真空的基础知识n n低压(dy)下的气体n n真空的获得与度量n n真空系统及设计简介第8页/共55页第八页，共55页。9真空真空(zhnkng)基础知识基础知识n n真空的概念真空的概念n n真空的度量单位真空的度量单位n n真空区域的划分真空区域的划分(hu fn)(hu fn)n n真空是热处理的一种气氛真空是热处理的一种气氛n n真空热处理炉中残存的气体成分真空热处理炉中残存的气体成分第9页/共55页第九页，共55页。10真空真空(zhnkn

7、g)简介简介n n绝对真空：n n 完全不存在气体和蒸汽分子的空间。n n工程真空：存在一定量的气体或蒸汽、低于一个大气压的稀薄(xb)气体状态。n n 第10页/共55页第十页，共55页。11真空度单位真空度单位(dnwi)及区域的划及区域的划分分n n真空度：真空状态下气体的稀薄程度(chngd)。n n以真空容器中残存的气体的绝对压力来定量表示真空度的高低。n n区域的划分（Pa）：n n低真空：105102n n中真空：10210-1 n n高真空：10-110-5n n超高真空：66.7Pacm or/d66.7Pacm or/d1.995Pacm or/d1/3Pd1.995Pac

8、m or/d1/3n n粘滞粘滞-分子分子(fnz(fnz)流流n n流量、流导和流阻流量、流导和流阻n nQ=c(p1-p2);R=1/cQ=c(p1-p2);R=1/cn n圆断面长导管的流导圆断面长导管的流导n n管道并联与串联时的总流导管道并联与串联时的总流导Da粘滞粘滞(zhn zh)态层流态层流分子态流动分子态流动第32页/共55页第三十二页，共55页。33真空真空(zhnkng)的获得的获得n n真空是由真空泵及其他真空元件真空是由真空泵及其他真空元件(yunjin)(yunjin)、真、真空管路构成的泵送系统获得的。空管路构成的泵送系统获得的。n n泵的性能参数：泵的性能参数：

9、n n 抽气速率抽气速率s s，气体流量，气体流量QQ，极限真空；，极限真空；n n泵的分类泵的分类n n 变容泵类；变容泵类；n n 蒸汽流泵。蒸汽流泵。第33页/共55页第三十三页，共55页。34旋片式真空泵旋片式真空泵旋片式真空泵工作过程旋片式真空泵工作过程旋片式真空泵工作原理旋片式真空泵工作原理第34页/共55页第三十四页，共55页。35旋片式真空泵旋片式真空泵第35页/共55页第三十五页，共55页。36罗茨泵罗茨泵第36页/共55页第三十六页，共55页。37扩散扩散(kusn)泵泵扩散真空泵工作原理扩散真空泵工作原理多级喷嘴扩散真空泵工作原理多级喷嘴扩散真空泵工作原理第37页/共55

10、页第三十七页，共55页。38真空真空(zhnkng)的度量的度量n n以真空规或真空计度量n n利用气体压力进行度量：机械力式、液柱式、压缩式;n n据热传导原理设计;n n放射能电离(dinl)真空计；n n热阴极电离(dinl)真空计；n n复合真空计。第38页/共55页第三十八页，共55页。39真空计工作真空计工作(gngzu)范围范围1200652994911643.pdf第39页/共55页第三十九页，共55页。40利用气体利用气体(qt)压力度量的真空压力度量的真空计计n n静态变形（静态变形（BourdonBourdon）真空计）真空计n n截面为椭圆形的薄壁金属弯管，一端截面为椭

11、圆形的薄壁金属弯管，一端(ydun)(ydun)封闭，封闭，另一端另一端(ydun)(ydun)与真空室相通，当管内压强变化时，与真空室相通，当管内压强变化时，该弯管在内外压强差作用下发生弹性变形，这一变该弯管在内外压强差作用下发生弹性变形，这一变形传送给指示器，由刻度读出。如指针式压力真空形传送给指示器，由刻度读出。如指针式压力真空表，这一类真空计适用于测量粗真空。表，这一类真空计适用于测量粗真空。n n静态液体真空计静态液体真空计n n如所示，也称如所示，也称“U”“U”形管压差计，它一端形管压差计，它一端(ydun)(ydun)通大气，一端通大气，一端(ydun)(ydun)通真空系统，

12、利用两管液面通真空系统，利用两管液面（如扩散泵油等）高度差表示系统的压强。若用汞（如扩散泵油等）高度差表示系统的压强。若用汞=0-Dh(=0-Dh(毫米汞气压柱毫米汞气压柱),0),0为大气压强；为大气压强；若用低蒸汽压油，则若用低蒸汽压油，则:=0(:=0(油油/汞汞 ）D hD h，油、油、汞分别为油和汞的密度。汞分别为油和汞的密度。第40页/共55页第四十页，共55页。41压缩压缩(y su)(y su)式真空计式真空计n n压缩式真空计压缩式真空计麦克劳压强计麦克劳压强计n nA A、B B 两部分在两部分在N N 处连通，当水银杯处连通，当水银杯R R升高，水银上升升高，水银上升越过

13、刻线越过刻线N N 后，原后，原B B、C C中的气体全被压入测量毛细管中的气体全被压入测量毛细管C C中。在压缩过程中气体温度可视为不变；又中。在压缩过程中气体温度可视为不变；又A A、D D 部部分和真空系统连通，系统容积远大于分和真空系统连通，系统容积远大于A A、D D 部分，故部分，故压缩时可认为系统内压强不变。压缩时可认为系统内压强不变。A A、D D；B B、C C两部分气两部分气体的压强差可由毛细管体的压强差可由毛细管C C、D D 水银柱的高度差水银柱的高度差h h表示。表示。以以V V表示表示N N 以上以上BC BC 的总体积，的总体积，VCVC为为C C 管中压缩后气体

14、管中压缩后气体的体积，的体积，n n根据玻义耳定律根据玻义耳定律PV=(P+h)VcPV=(P+h)Vc则则P=Vc/(V-P=Vc/(V-Vc)hVc)h因因VcVVcV故近似可得到故近似可得到P PhVc/V hVc/V 这样就把压强这样就把压强转化为毛细管水银柱高度差，由于待测压强只和仪器转化为毛细管水银柱高度差，由于待测压强只和仪器的体积和压缩后水银柱高度差有关，故这种真空计是的体积和压缩后水银柱高度差有关，故这种真空计是一种绝对一种绝对(judu)(judu)真空计，可用它来校准其它真空计。真空计，可用它来校准其它真空计。麦克劳压强计测量范围为麦克劳压强计测量范围为10 10-6 m

15、mHg10 10-6 mmHg，它的缺，它的缺点是不能连续测量，使用水银也带来诸多不便。点是不能连续测量，使用水银也带来诸多不便。麦克劳压强计麦克劳压强计第41页/共55页第四十一页，共55页。42热偶真空计热偶真空计n n热偶真空计使用的测压元件为热偶规。热偶真空计使用的测压元件为热偶规。n n1-2 1-2 为加热丝为加热丝,3-4,3-4 为热电偶，留有管口与真空系为热电偶，留有管口与真空系统相连接。加热丝中通以恒定电流时，其温度取统相连接。加热丝中通以恒定电流时，其温度取决于周围的散热条件。由于气体热导率随压强变决于周围的散热条件。由于气体热导率随压强变化，所以热丝的温度也随压强而变，

16、与加热丝连化，所以热丝的温度也随压强而变，与加热丝连接的热电偶也将具有不同的热电势，从而建立起接的热电偶也将具有不同的热电势，从而建立起规管内压强与热电势之间的关系规管内压强与热电势之间的关系(gun x)(gun x)。经校。经校准定标后，就可通过测量热电势来指示测量的压准定标后，就可通过测量热电势来指示测量的压强值。强值。n n热偶真空计的测量范围为热偶真空计的测量范围为20 10-1 20 10-1 帕。使用帕。使用时必须按规定调节到确定的加热电流值。时必须按规定调节到确定的加热电流值。热偶真空计热偶真空计第42页/共55页第四十二页，共55页。43电阻电阻(dinz)(dinz)式真空

17、规式真空规n n皮拉尼规利用电热丝的电阻温皮拉尼规利用电热丝的电阻温度特性和温度随压强变化关系，度特性和温度随压强变化关系，将压强变换为电阻测量。将压强变换为电阻测量。n n用电桥测出待测电阻。图中用电桥测出待测电阻。图中Rx Rx 为电阻式规管，接入待测真空为电阻式规管，接入待测真空系统系统(xtng)(xtng)。R R为与为与RxRx结构结构相同的补偿管，用来抵消环境相同的补偿管，用来抵消环境温度的影响。温度的影响。RoRo用于调节零点，用于调节零点，即调电桥平衡。即调电桥平衡。电阻电阻(dinz)(dinz)式真空规式真空规第43页/共55页第四十三页，共55页。44冷阴极电离冷阴极电

18、离(dinl)(dinl)真空计真空计n n潘宁规潘宁规n n 1937 1937 年潘宁（年潘宁（PenningPenning）首先利用磁场和电场中的冷阴极放电）首先利用磁场和电场中的冷阴极放电现象来测量低压强。中间电极为阳极，加电压现象来测量低压强。中间电极为阳极，加电压2Kv2Kv，两块平行圆板，两块平行圆板为阴极。外加为阴极。外加400 400 高斯的磁场，方向高斯的磁场，方向(fngxing)(fngxing)基本与电场方向基本与电场方向(fngxing)(fngxing)平行。平行。n n优点：灵敏度高，没有热阴极，寿命长，结构坚固，操作简便，适优点：灵敏度高，没有热阴极，寿命长，

19、结构坚固，操作简便，适于工业应用。缺点：非线性，稳定性较差，电极抽气作用大，精度于工业应用。缺点：非线性，稳定性较差，电极抽气作用大，精度差，阴极要保持清洁，如被油污染，将影响工作性能差，阴极要保持清洁，如被油污染，将影响工作性能n n量程：量程：1 10-3 1 10-3 帕。帕。n n n n。潘宁规潘宁规第44页/共55页第四十四页，共55页。45潘宁规工作潘宁规工作(gngzu)(gngzu)原理原理n n由宇宙射线或场致发射所产生的初始电子在强电场和由宇宙射线或场致发射所产生的初始电子在强电场和磁场作用下，在两片阴极之间作螺旋形运动，不断和磁场作用下，在两片阴极之间作螺旋形运动，不断

20、和气体分子碰撞并使其电离。电子与气体分子经过多次气体分子碰撞并使其电离。电子与气体分子经过多次碰撞后，再被阳极吸收；离子质量大，基本上沿直线碰撞后，再被阳极吸收；离子质量大，基本上沿直线达到阴极上，并使阴极发射出二次电子。电离过程中达到阴极上，并使阴极发射出二次电子。电离过程中所产生的二次电子和阴极发射的二次电子又参加到电所产生的二次电子和阴极发射的二次电子又参加到电离气体分子的过程中来。如此不断发展，建立起一定离气体分子的过程中来。如此不断发展，建立起一定压强压强(yqing)(yqing)下的自持放电。下的自持放电。n n测量回路中的电流测量回路中的电流I I为离子流为离子流I+I+和阴极

21、二次电子流和阴极二次电子流Is Is 之和：之和：I=I+I s Cp nI=I+I s Cp nn n 式中：式中：C C 为常数，为常数，n n在在1 12 2 间（与电极结构有关），间（与电极结构有关），可看出潘宁规是非线性的。可看出潘宁规是非线性的。潘宁规潘宁规第45页/共55页第四十五页，共55页。46电离电离(dinl)(dinl)真空计真空计n n电离规电离规n n 阴极发射的电子在栅极电场作用下得到加速和气体分阴极发射的电子在栅极电场作用下得到加速和气体分子碰撞，并使它电离，正离子飞向带负电位的收集极，离子碰撞，并使它电离，正离子飞向带负电位的收集极，离子流的大小和气体压强成正

22、比。子流的大小和气体压强成正比。n n I+=I e K P I+=I e K Pn n 式中式中I e I e 为规管工作时的阴极发射电流，为规管工作时的阴极发射电流，K K 为规管为规管常数，由规管几何结构和电极工作电位决定，在一定压强常数，由规管几何结构和电极工作电位决定，在一定压强范围内，近似为常数，当维持发射电流恒定时，离子流和范围内，近似为常数，当维持发射电流恒定时，离子流和压强成线性关系。故每次使用时均要调节发射电流达到规压强成线性关系。故每次使用时均要调节发射电流达到规定要求。定要求。n n一般一般(ybn)(ybn)电离真空计测量范围为电离真空计测量范围为10-1 10-5

23、10-1 10-5 帕，帕，只有系统真空度到达只有系统真空度到达10-1 10-1 帕以后才能启动电离规。电帕以后才能启动电离规。电离真空计使用中，要真空度达离真空计使用中，要真空度达10-2 10-2 帕以上对电极除气。帕以上对电极除气。n n为了使用方便，常把热偶真空计和电离真空计组合成复合为了使用方便，常把热偶真空计和电离真空计组合成复合真空计。真空计。电离电离(dinl)(dinl)规规第46页/共55页第四十六页，共55页。47超高真空超高真空(zhnkng)(zhnkng)电离规电离规n n圆筒型电离规测量真空度的上限不可能低于圆筒型电离规测量真空度的上限不可能低于5 5 10-6

24、 10-6 帕，帕，因被加速的电子被栅极吸收后，会发射软因被加速的电子被栅极吸收后，会发射软X X 射线。射线。X X 射线达到射线达到收集极上，产生光电效应，故在收集极电路中形成与压强无关收集极上，产生光电效应，故在收集极电路中形成与压强无关的光电本底电流。的光电本底电流。n n1950 1950 年年NottinghamNottingham提出了上述解释后，提出了上述解释后，BayardBayard和和AlbertAlbert提出提出了了B-AB-A规的结构，如图所示。集电极采用规的结构，如图所示。集电极采用(ciyng)(ciyng)直径为直径为0.1mm0.1mm的细钨丝，置于栅极的中

25、心，即管子的中心轴，阴极在的细钨丝，置于栅极的中心，即管子的中心轴，阴极在栅极外面，此结构的特点是集电极面积（也就是接受栅极外面，此结构的特点是集电极面积（也就是接受x x 射线的射线的面积）缩小约一千倍，从而使光电流降低一千倍，面积）缩小约一千倍，从而使光电流降低一千倍，B-AB-A规的测规的测量范围即可延伸到量范围即可延伸到10-8 10-8 帕，同时集电极和栅极构成圆柱形帕，同时集电极和栅极构成圆柱形电场，使栅极空间电场，使栅极空间9999的范围内电子能产生电离作用，因此尽的范围内电子能产生电离作用，因此尽管收集极面积减小一千倍，但灵敏度基本上和圆筒形电离规相管收集极面积减小一千倍，但灵

26、敏度基本上和圆筒形电离规相近，且因所有电极都用细丝，易加热除气，适用于超高真空测近，且因所有电极都用细丝，易加热除气，适用于超高真空测量。量。B-A 规规第47页/共55页第四十七页，共55页。48真空热处理炉的真空系统真空热处理炉的真空系统(xtng)(xtng)简介简介n n真空系统用一句话来概括就是：用来获得有特定要求(yoqi)的真空度的抽气系统.n n真空系统设计的基本内容：是根据被抽容器对真空度的要求(yoqi)，选择适当的真空系统设计方案，进行选、配泵计算；确定导管、阀门、捕集器、真空测量元件等，进行合理配置，最后画出真空系统装配图和零部件图。第48页/共55页第四十八页，共55

27、页。49真空真空(zhnkng)(zhnkng)系统组成元件系统组成元件n n较完善较完善(wnshn)(wnshn)真空系统组成元件：真空系统组成元件：n n11抽气设备：例如各种真空泵；抽气设备：例如各种真空泵；22真空阀门；真空阀门；33连接管道；连接管道；44真空测量装置：例如真空压力表、各种规管；真空测量装置：例如真空压力表、各种规管；55其它元件：例如捕集器、除尘器、真空继电器其它元件：例如捕集器、除尘器、真空继电器规头、储气罐等。规头、储气罐等。第49页/共55页第四十九页，共55页。50真空真空(zhnkng)(zhnkng)系统简图系统简图n n当串联一个高真空泵之后，通当串

28、联一个高真空泵之后，通常常(tngchng)(tngchng)要在高真空泵要在高真空泵的入口和出口分别加上阀门，的入口和出口分别加上阀门，以便高真空泵能单独保持真空。以便高真空泵能单独保持真空。如果所串联的高真空泵是一个如果所串联的高真空泵是一个油扩散泵，为了防止大量的油油扩散泵，为了防止大量的油蒸气返流进入被抽容器，通常蒸气返流进入被抽容器，通常(tngchng)(tngchng)在油扩散泵的入在油扩散泵的入口加一个捕集器口加一个捕集器水冷障板水冷障板(如图所示如图所示)。根据要求，还可。根据要求，还可以在管路中加上除尘器、真空以在管路中加上除尘器、真空继电器规头、真空软连接管道、继电器规头

29、、真空软连接管道、真空泵入口放气阀等等，这样真空泵入口放气阀等等，这样就构成了一个较完善的高真空就构成了一个较完善的高真空系统。系统。高真空高真空(zhnkng)(zhnkng)系统系统简图简图第50页/共55页第五十页，共55页。51真空真空(zhnkng)(zhnkng)系统材料系统材料n n结构材料n n金属材料应含气少、易于除气，组织致密，在工作温度下的饱和蒸气压足够低、不易氧化腐蚀、不与有机溶剂等发生作用、有较高的热稳定性、足够的机械强度、良好的焊接性能和较低的机械加工粗糙度。n n较多使用的是低碳钢并需抛光n n要求高的场合可使用不锈钢，具有(jyu)抗锈、高强度、塑性韧性好、无磁

30、性等特点，放气率低。n n辅助结构材料n n弹性体、绝缘体（橡胶、陶瓷、塑料）等n n弹性体要求弹性良好、饱和蒸气压、放气率及渗透率足够低，耐热到一定温度。n n绝缘体要求绝缘性良好、渗透及放气率低、弹性与热塑性小。n n真空密封材料n n真空脂、真空封蜡和真空漆。第51页/共55页第五十一页，共55页。52真空真空(zhnkng)(zhnkng)密封密封第52页/共55页第五十二页，共55页。53设计设计(shj)(shj)原则原则n n明确真空炉要求的极限真空度，获得明确真空炉要求的极限真空度，获得(hud)(hud)工工作压强需要的时间及在工作压强下系统继续排气作压强需要的时间及在工作压

31、强下系统继续排气的能力的能力n n原则：原则：n n主泵的真空度比真空炉高一个数量级主泵的真空度比真空炉高一个数量级n n真空管道尽可能短真空管道尽可能短n n低真空管道与机械泵口径相当，低真空管道与机械泵口径相当，高真空管道与扩高真空管道与扩散泵口径相当，避免断面的突变及阻力大的弯头；散泵口径相当，避免断面的突变及阻力大的弯头；n n油蒸汽增压泵、扩散泵与炉室间需设有折流板式油蒸汽增压泵、扩散泵与炉室间需设有折流板式冷阱防止油蒸气向路那扩散；冷阱防止油蒸气向路那扩散；n n机械泵与金属管之间需以波纹管连接防止传递机机械泵与金属管之间需以波纹管连接防止传递机械震动；械震动；n n应设有足够数量的阀门方便检修应设有足够数量的阀门方便检修第53页/共55页第五十三页，共55页。54设计设计(shj)(shj)内容内容n n真空技术基本方程 1/Se=1/C+1/Spn nSe来表示真空系统对容器的有效抽速，用Sp表示真空泵的抽速，C表示真空容器出口到真空泵入口之间管路的流导n n已知炉子工作真空度、装料量、热处理工艺时间(shjin)及漏气率等n n真空系统的必要抽速n n选择主泵、配前级泵n n计算预抽时间(shjin)或在给定时间(shjin)内所达到的压强第54页/共55页第五十四页，共55页。55感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第55页/共55页第五十五页，共55页。