CN103046057A - 热气流喷射加热与喷丸能量注入化学热处理炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热气流喷射加热与喷丸能量注入化学热处理炉，包括加热炉、抛丸机、热气流发生器、热气流喷嘴、淬火槽、渗碳剂容器，抛丸器的贮丸器设于加热炉外部的上方，热气流喷嘴、以及抛丸机的抛丸器设于加热炉内，抛丸器与贮丸器连接，热气流喷嘴通过管道与热气流发生器连接，热气流发生器与渗碳剂容器连接，加热炉底部通过淬火活门与淬火槽连接，加热炉下部设有失能弹丸收集通道，炉膛通过失能弹丸收集通道与弹丸收集箱连接；本发明降低了渗碳温度，缩短了渗碳时间，减少了渗碳变形，提高了零件的精度，废品率降低为零，延长了炉子的寿命，大幅降低了渗碳成本。

Description

热气流喷射加热与喷丸能量注入化学热处理炉

技术领域

本发明涉及热处理技术领域，尤其涉及一种热气流喷射加热与喷丸能量注入化学热处理炉。

背景技术

渗碳是将低碳钢零件，在渗碳介质（渗碳剂）中加热到900℃—950℃，使碳原子渗入其表面层，获得高碳渗层，再进行淬火并低温回火，在零件心部得到高韧性的条件下，获得高硬度马氏体表面层，从而提高零件的疲劳强度和耐磨性的一种古老的化学热处理工艺。

渗碳具有极高的工业意义和价值。经过渗碳后的低碳钢零件，其心部和基体仍然保持低碳钢的成分、组织结构，因此，仍然保持着良好的塑性，较高的韧性和耐冲击性能；而表层获得了高碳钢的成分和组织结构，因此具有高硬度、高耐磨性和高的疲劳强度。这种在一个单体零件上具有双重成分、组织结构进而具有双重机械性能的特性，极大地满足了机械零件的工程需要。

渗碳是碳原子在固体零件表面吸附并且向固体内部扩散的过程，因而是一个漫长和艰难的过程。为此，需要向渗碳炉内输入大量热量用以加热炉膛和零件整体，而渗碳只发生在表层0.0—2.0mm处，因此，传统渗碳其能量提供方式是发散型的，90%以上的能量是无效的，被浪费掉了。只有不到10%的能量用于渗碳过程。

传统渗碳的物理机制是，将零件加热到900℃—950℃高温用来增加钢铁晶体原子的震动幅度以增加相邻铁原子的距离为碳原子的进入和扩散提供空间。显然，这是一个异常艰难的过程，因此，传统渗碳是一个周期长，成本高，消耗巨大的工艺。

发明内容

本发明为了解决现有技术存在的上述不足，提供了一种热气流喷射加热与喷丸能量注入化学热处理炉；本发明降低了渗碳温度，缩短了渗碳时间，减少了渗碳变形，提高了零件的精度，废品率降低为零，延长了炉子的寿命，大幅降低了渗碳成本。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种热气流喷射加热与喷丸能量注入化学热处理炉，包括加热炉、抛丸机、热气流发生器、热气流喷嘴、淬火槽、渗碳剂容器，抛丸器的贮丸器设于加热炉外部的上方，热气流喷嘴、以及抛丸机的抛丸器设于加热炉内，抛丸器与贮丸器连接，热气流喷嘴通过管道与热气流发生器连接，热气流发生器与渗碳剂容器连接，加热炉底部通过淬火活门与淬火槽连接，加热炉下部设有失能弹丸收集通道，炉膛通过失能弹丸收集通道与弹丸收集箱连接。

热气流发生器与渗碳剂容器之间设有流量控制阀。

加热炉与碳势探测器连接，碳势探测器与计算机自动控制系统连接，计算机自动控制系统与流量控制阀连接。在渗碳过程中通过碳势探测器和计算机自动控制渗碳介质的滴注速度。

抛丸器按照工件需要设有多个。

抛丸器与弹丸收集箱之间设有提升机。

贮丸器上部设筛分选器，贮丸器的上部通过弹丸溢出管与弹丸收集箱连接，筛分选器与废料箱连接。

本发明的有益效果：

1.本发明实现了靶向、精确向零件表面提供能量，能够可控制造零件表层晶体缺陷；

2.渗碳过程由传统碳原子的被动渗入过程变为主动渗入过程，实现了低能量、低温快速渗碳；

3.降低了渗碳温度，大幅缩短了渗碳时间，大幅减少了渗碳变形，大幅提高了零件的精度，废品率降低为零，延长了炉子的寿命，大幅降低了渗碳成本。

4.适用于渗碳、渗氮、碳氮共渗等多种化学热处理扩渗技术。

附图说明

图1是本发明实施方案的结构图；

其中，1.热气流发生器，2.热气流喷嘴，3.抛丸器，4.淬火槽，5.淬火活门，6.弹丸收集箱，7.提升机，8弹丸溢出管，9.流量控制阀，10.加热炉，11.渗碳剂容器，12.失能弹丸收集通道，13.筛分选器，14.废料箱，15.贮丸器，16.零件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

一种热气流喷射加热与喷丸能量注入化学热处理炉，包括加热炉10、抛丸机3、热气流发生器1、热气流喷嘴2、淬火槽4、渗碳剂容器11，贮丸器15设于加热炉10外部的上方，热气流喷嘴2、以及抛丸机的抛丸器3设于加热炉10内，抛丸器3与贮丸器15连接，热气流喷嘴2通过管道与热气流发生器1连接，热气流发生器1与渗碳剂容器11连接，加热炉10底部通过淬火活门5与淬火槽4连接，加热炉10下部设有失能弹丸收集通道12，炉膛通过失能弹丸收集通道12与弹丸收集箱6连接。

热气流发生器1与渗碳剂容器11之间设有流量控制阀9。

加热炉与碳势探测器连接，碳势探测器与计算机自动控制系统连接，计算机自动控制系统与流量控制阀9连接。在渗碳过程中通过碳势探测器和计算机自动控制渗碳介质的滴注速度。

抛丸器3按照工件需要设有多个。

抛丸器3与弹丸收集箱6之间设有提升机7。

贮丸器4上部设筛分选器13，贮丸器15的上部通过弹丸溢出管8与弹丸收集箱6连接，筛分选器13与废料箱14连接。

针对传统渗碳的不足，根据材料科学和金属学的基本原理，发明了热气流喷射加热与表层喷丸能量注入化学热处理炉。其工作原理是：将渗碳剂加热后使其裂解成渗碳气体，然后加压喷射到零件（齿轮）表面，使零件表面温度升高。同时，利用抛丸机构将钢丝切丸喷射到零件表面以制造表层金属晶体缺陷和升高表层温度。从而达到制造金属表层晶体缺陷和靶向高速加热零件表层的目的。

实现步骤如下：

将渗碳剂加热后使其裂解成渗碳气体，然后加压喷射到零件16比如齿轮表面，使零件16表面温度升高。同时，利用抛丸机构将钢丝切丸喷射到零件表面以制造表层金属晶体缺陷和升高表层温度。贮丸器15内的金属弹丸通过机械甩轮所产生的离心力或随压缩空气高速射出并撞击零件表面。在零件16表面，弹丸动能被零件表面吸收后转化成两种能量形式：一部分使表层晶体点阵原子激活脱位，形成空位，原子疏松区、位错垒、亚晶界等晶体缺陷，这些缺陷所产生的应力场形成对碳原子的吸引力，同时，这些缺陷还是碳原子的扩散通道。另一部分将使零件表层温度快速升高以为碳原子的扩散提供能量。渗碳完成后，将淬火活门打开，将零件16放入淬火槽4内冷却。因此，渗碳过程由传统碳原子的被动渗入过程变为主动渗入过程，这将是渗碳、渗氮、碳氮共渗等化学热处理扩渗工艺所需的极为重要的环境。

经过与零件表面撞击后的弹丸失掉了速度和热量，在重力作用下掉落到炉底板上并顺势沿失能弹丸收集通道进入收集箱内，再由提升机提升至位于上部的筛分选器进行弹丸分选以剔除受损弹丸并将完好弹丸重新注入贮丸器内进行下一次工作循环。

由于仅对表层金属（渗层）加热和撞击，其加热空间只有传统辐射加热渗碳炉的百分之几，大幅减少了加热空间和散热面积，因此所用能量不到传统渗碳方式所用能量的10%；由于加热同时采用喷丸撞击制造表层晶体缺陷，本发明实现了靶向精确加热和可控制制造表层晶体缺陷的目标，所以其渗碳效率远远高于传统渗碳。

由于实现了仅对渗碳层（0-2mm）区域的能量输入，所以，渗碳中零件整体温度很低，因此，渗碳变形几乎为零。

上述虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种热气流喷射加热与喷丸能量注入化学热处理炉，包括加热炉、淬火槽、渗碳剂容器，其特征是，还包括抛丸机、热气流发生器、热气流喷嘴，抛丸器的贮丸器设于加热炉外部的上方，热气流喷嘴、以及抛丸机的抛丸器设于加热炉内，抛丸器与贮丸器连接，热气流喷嘴通过管道与热气流发生器连接，热气流发生器与渗碳剂容器连接，加热炉底部通过淬火活门与淬火槽连接，加热炉下部设有失能弹丸收集通道，炉膛通过失能弹丸收集通道与弹丸收集箱连接。

2.如权利要求1所述的热气流喷射加热与喷丸能量注入化学热处理炉，其特征是，所述热气流发生器与渗碳剂容器之间设有流量控制阀。

3.如权利要求2所述的热气流喷射加热与喷丸能量注入化学热处理炉，其特征是，所述加热炉与碳势探测器连接，碳势探测器与计算机自动控制系统连接，计算机自动控制系统与流量控制阀连接。

4.如权利要求1所述的热气流喷射加热与喷丸能量注入化学热处理炉，其特征是，所述抛丸器设有多个。

5.如权利要求1所述的热气流喷射加热与喷丸能量注入化学热处理炉，其特征是，所述抛丸器与弹丸收集箱之间设有提升机。

6.如权利要求1所述的热气流喷射加热与喷丸能量注入化学热处理炉，其特征是，所述贮丸器上部设筛分选器，贮丸器的上部通过弹丸溢出管与弹丸收集箱连接，筛分选器与废料箱连接。

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