CN1091170C - 一种热处理工艺及设备 - Google Patents

Abstract

一种热处理工艺，包括放料阶段、热处理阶段、出料阶段，其中热处理阶段采用潮涨式真空加入液氨工艺和液氨在进入工件表面时先对其预热，以提高氨气分解和渗氮的效率，并防止了因氢元素积聚过多而渗入到工件表面形成白色脆性相，采用此工艺所用的热处理设备设有抽真空设备、添加剂混合滴加设备及置于炉罐内的预热器，它与已有设备相比，具有结构简单、节能热处理效果好、无白色脆性相的优点，可广泛地用于工件表面的渗氮处理。

Description

一种热处理工艺及设备

本发明涉及一种在金属表面渗入强化型元素或润滑型元素的工艺及设备。

黑色金属的氮化处理长期以来均在正压炉内进行，其工艺和设备的特点如下：当工件入炉并升至一定温度后，通入氨气，并用分解率测定器经常测量并调整氨气的分解率。氨气分解产生的一部分氮原子渗入工件表面，氨气分解所产生的氢原子渗入工件表面形成氢脆，另一部分的氮原子和氢原子形成氢分子和氮分子，未分解的氨气组成老化气氛，影响氮原子的渗入，为了赶走老化气氛必需通入大量氨气，在通入大量冷氨气的同时从炉内排出大量的高温废气，大量废气造成大量能耗，废气中的未分解氨气污染大气，废气中的氢易发生爆炸。所采用的正压氮化炉由于用机械压紧装置并用风扇搅动炉气，因而漏气严重，安全性差，炉内气氛不均匀，造成渗层不均匀，产量低，渗速慢，不能密装生产，工件上的小孔、盲孔及凹槽无法渗氮，正压氮化工艺处理的工件在表面形成脆性很大的白亮层，严重影响工件质量。

近年来出现了负压脉冲氮化工艺，这种工艺虽可及时排走工件周围的老化气氛，但耗能多，设备老化，无法进行两类元素的多元共渗。

本发明的发明目的在于提供一种可在金属表面渗入强化型元素或(和)润滑型元素的、金属表面无白色脆性相的、节能、无污染的热处理工艺及设备。

本发明的热处理工艺包括工件进炉、强化处理、工件出炉三个阶段，强化处理阶段是将已放有工件，放置了料筐盖和月牙板并合上炉盖的炉罐抽真空至设定上限值和升温至设定值待炉内及工件的温度衡定后，抽真空装置停止工作，开启阀门，渗剂(可以是气体，也可以是液体，也可以是气液混合体)籍罐内外的压差定量地穿过预热器吸入炉内，并自动地扩散到各处，即使是工件上的微孔、盲孔及压紧面渗剂均可扩散到，渗剂经预热器预热后可升温至接近炉内温度，渗剂进入炉内后，炉内压力升高，真空度降低，当炉罐内真空度达到设定下限值时，关闭阀门，抽真空装置开启，把炉罐内的老化气氛(包括氮分子、氢分子、未分解氨气等)迅速抽出，废气(即老化气氛)排走后当炉罐内的真空度达到上限定值时，抽真空装置停止工作，开启阀门，加入渗剂，如此反复循环直至满足工艺规定的处理时间为止。

这里，在处理过程中可加入多种不同的渗剂。

工件处理完毕后，让其真空度上限值的条件下在炉内停留至少2分钟，把渗入工件表面的氢原子排出，以便消除氢脆。

这里，老化气氛从炉罐内抽出时可先经冷却后才排出。

本发明的热处理设备包括带有密闭炉罐盖的炉罐、抽真空设备、渗剂添加器，其中在炉罐内的上部设有预热器与渗剂添加器相通，炉罐内设有直达炉罐底部的抽真空管与抽真空设备相接。使用时，先将炉罐抽真空，然后通过渗剂添加器利用负压抽吸作用往炉罐内加入渗剂，渗剂经预热器预热后进入已被放入炉罐内要热处理的工件上。

这里预热器可以是蛇管，渗剂以炉罐内的电热源为热源通过蛇管被预热到接近工件表面温度。

渗剂添加器可以由渗剂源、流量计、混合器、滴液器、阀等构成，滴液器装于密闭炉罐盖上且与预热器相接。若要加入多种添加剂时，可先按工艺要求将添加剂在混合器中混合，然后再通过滴液器加入到炉罐内，也可以将添加剂通过滴液器分别加入到炉罐内。

此外在抽真空设备与抽真空管间设有冷却器以便将从炉罐出来的热废气(即老化气氛)冷却。

本发明与已有技术相比，由于采用了“吐故纳新”真空处理工艺和渗剂预热工艺，这样既快速排走了老化废气，又及时得到新鲜渗剂的补充，废气排走后罐内负压将渗剂吸入罐内并自动扩散到各处，在渗剂达到工件前利用炉罐自身的热量把其预热到接近炉温，这样不仅可同时吸入多种渗剂进行多元共渗，而且使工件得到均匀的渗层及漂亮的色泽，由于抽气时间短，废气带走的热量少，能耗损失少，采用本工艺对工件进行处理后无需将炉罐内温度降温后既可取出工件，这样提高了处理效率，此外，本技术避免了氢脆的出现，处理过程中无需测试调整氨分解率，不会出现白色脆性相。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的侧面视图。

现结合附图及实施例对本发明作一步详细描述：

如图所示，本发明的热处理设备主要由带有密闭炉罐盖4的炉罐1、抽真空设备2、渗剂添加器3构成，其中在炉罐1内的上部设有预热器5与渗剂添加器3相通，炉罐1内设有直达炉罐1底部的抽真空管6与抽真空设备2相接，这里预热器5可以是蛇管，渗剂添加器3可以由渗剂源7、流量计8、混合器9、滴液器10、阀11等构成，滴液器10装于密闭炉罐盖4上且与预热器5相接，通过滴液器10可使多种气体和多种液体同时或先后加入炉罐内，在抽真空设备2与抽真空管6间设有冷却器12，炉罐1与炉罐盖4间设有密封填料13，炉罐1上部设有水冷套14，以保护密封填料13不受高温作用而使密封性能丧失，导致炉罐漏气，此外，炉罐盖4可与电动推杆装置15相接，推杆装置15主要由悬臂16、带动悬臂16上下运动的推杆17、固接于炉罐1下部带动推杆17上下运动的电动推杆18、固接于炉罐1上的轴套19构成，推杆17活接于轴套19内，悬臂16的臂端设有带有控制开关20的把手21，使用时可按动控制开关20通过电动推杆装置15可方便地启闭炉罐盖4，并通过把手21将炉罐盖从炉罐口移开。

本发明的热处理工艺包括放料阶段、热处理阶段、出料阶段，其中热处理阶段是先将已放有要热处理的工件的炉罐抽真空，此时，炉罐已被加温到预设温度(510-560摄氏度)，当炉罐内的真空度达到预设上限值时(极限真空度可达133.32pa)，停止抽真空，此时通过流量计往炉罐内放入液氨，液氨先经炉罐内的预热器预热到接近其分解温度，从预热器出来的氨气分布到工件上并在其分解温度下分解成氮元素和氢元素，氮元素渗入到工件表面上，这时，由于炉罐内充有氨气，且氨气高温分解后的体积增大，炉罐内的压力升高，当炉罐内的真空度达到预设下限值时，停止加入氨气，同时，抽真空设备开启，从炉罐内底部将炉罐内包括氢元素在内的老化气氛排走，这里，老化气氛从炉罐抽出来后先经冷却器冷却后才排走，当炉罐内的真空度达到预设上限值时，停止抽真空，并重复上述步骤直至热处理后的工件达到工艺要求。

这里，在加入液氨时，可同时加入，也可以在渗氮后加入S、O等润滑型元素，使工件表面在获得高硬度的同时又具有较小的摩擦系数，从而提高工件的使用寿命。

上述润滑型元素可先与液氨混合后加入，又可通过滴液器单独加入。

现以铝型材挤压模具的表面强化工艺对上述工艺作更进一步详细描述：

这里，模具材料为H13，要求表面强化处理后达到维氏硬度HV1000-1100，强化层深度为0.15-0.2毫米。

炉罐的装炉量为500-600KG

处理工艺：

1、炉罐内温度550摄氏度误差10度；

真空度为：下限0.01-0.02MPa，上限：0.06-0.08MPa；

2、工件保温后通氨氮化11-13小时，氨流量为1100-1300立升/小时；

3、氮化后氧氮化1.5-2.5小时，氧氮化时氨浓度为50-60％，即氨流量为600-720立升/小时，空气流量为600-480立升/小时；

4、氧氮化结束后进行氮碳共渗4-6小时，此时通氨量为700-900立升/小时，滴混合液60-70滴/分钟，混合液为三乙醇胺和无水酒精各为50％(体积化)

5、氮碳共渗结束后真空调节到0.08-0.07MPa并保持至少2分钟。

经上述工艺处理后铝型材挤压模具表面硬度达到HV1000-1100。

Claims (7)

1、一种热处理工艺，包括放料阶段、热处理阶段、出料阶段、其特征在于热处理阶段是先将已放有要处理的工件的炉罐抽真空，此时，炉罐已被加温到预设温度，当炉罐内的真空度达到预设上限值时，停止抽真空，此时通过流量计往炉罐内放入液氨，液氨先经炉罐内的预热器预热到接近其分解温度，从预热器出来的氨气分布到工件上并在其分解温度下分解成氮元素和氢元素，氮元素渗入到工件表面上，当炉罐内的真空度达到预设下限值时，停止加入氨气，同时，抽真空设备开启，从炉罐内底部将炉罐内包括氢元素在内的老化气氛排走，当炉罐内的真空度达到预设上限值时，停止抽真空，并重复上述步骤直至热处理后的工件达到工艺要求。

2、根据权利要求1所述的热处理工艺，其特征在于从炉罐出来的热老化气氛可先经冷却器冷却后才排出。

3、一种热处理设备，包括带有密闭炉罐盖的炉罐、抽真空设备、渗剂添加器，其特征在于在炉罐内的上部设有预热器与渗剂添加器相通，炉罐内设有直达炉罐底部的抽真空管与抽真空设备相接。

4、根据权利要求3所述的热处理设备，其特征在于预热器可以是蛇管。

5、根据权利要求3或4所述的热处理设备，其特征在于渗剂添加器主要由渗剂源、流量计、混合器、滴液器、阀构成，滴液器装于密闭炉罐盖上且与预热器相接。

6、根据权利要求3或4所述的热处理设备，其特征在于在抽真空设备与抽真空管间设有冷却器。

7、根据权利要求3或4所述的热处理设备，其特征在于炉罐盖上设有电动推杆装置，电动推杆装置主要由悬臂、带动悬臂上下运动的推杆、固接于炉罐下部带动推杆上下运动的电动推杆、固接于炉罐上的轴套构成，推杆活接于轴套内，悬壁的臂端设有带有控制开关的把手。

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