CN202347079U - 三室连续真空高温低压渗碳设备 - Google Patents

Abstract

一种三室连续真空高温低压渗碳设备，它包括加热室、油淬室和高压气淬室，加热室设在设备中间，其前面为油淬室，后面为高压气淬室，油淬室和高压气淬室均通过法兰结构与加热室分别连接并密封；高压气淬室采用可移动结构，在高压气淬室下部装有自动对接系统和高压气淬室行走机构，可使高压气淬室与加热室自动分离或对接和密封。本实用新型设备可以实现连续式生产模式，提高生产效率；并可实现气淬室与加热室自动对接，有利于对加热室的维修，设备可按照工艺设计进行自动操作和控制，自动化程度高。

Description

三室连续真空高温低压渗碳设备

技术领域

本实用新型涉及一种真空高温低压渗碳设备，具体涉及一种能够在真空条件下完成真空高温低压渗碳、碳氮共渗以及油淬或高压气淬的三室连续真空高温低压渗碳设备，属于真空热处理设备技术领域。

背景技术

渗碳热处理在金属热加工中应用非常广泛，几乎所有的传动部件、耐磨部件都需要渗碳处理。

真空高温低压渗碳技术采用乙炔气为渗碳介质，采用独特的低压脉冲真空渗碳技术和专用的高温渗碳工艺，实现高精度的零件真空渗碳。其技术优于目前常用的传统气体渗碳设备，解决了传统气体渗碳无法克服的难题。

1、传统的气体渗碳原理：

2C₃H₈+3O₂+12N₂→6CO+8H₂+12N₂       ①

C₄H₁₀+2O₂+8N₂→4CO+5H₂+8N₂         ②

2CO→C+CO₂                         ③

传统的气体渗碳一般采用丙烷或丁烷作为渗碳气，气体在炉内受热进行分解(如①、②式所示)生成CO，CO再进行反应((如③式所示))产生活性碳原子，碳原子在工件表面附着并向工件内部扩散实现渗碳过程。

气体渗碳难以解决的问题：

(1)如①、②式所示在反应气体中含有氧气，因此在渗碳过程中，不可避免的会在金属零件表面形成内氧化层(亦称为晶间氧化层)，而且内氧化层在传统的气体渗碳设备中是无法去除的。内氧化层的形成会急剧破坏零件的耐磨性和抗疲劳强度，导致金属零件渗碳质量不稳定和使用寿命的降低，会造成最终主机(工程机械、汽车等)的传动部件的寿命下降、噪音增大、耗能提高等不利后果。

(2)金属表面一旦形成内氧化层之后，它在工件表面会形成不连续的氧化膜，阻碍着碳原子将工件内部扩散，因此传统的气体渗碳普遍存在渗碳时间长，耗能严重的问题。

(3)传统的气体渗碳设备自始至终需要不断的通入各种气体，调整碳势。因此气体消耗量大、电能消耗大、废气(温室气体)排放量大，不符合当今节能、环保的发展趋势。

(4)传统的气体渗碳设备由于自身构炉材料的限制，只能在950℃以下工作，不能够通过提高温度来提高渗碳速度，同时对于1000℃以上的不锈钢渗碳更是无能为力。

2、真空高温低压渗碳原理：

C₂H₂→2C+H₂。                            ④

(1)真空高温低压渗碳设备(如④式所示)，只采用乙炔作为渗碳介质，无含氧气体的介入，可以彻底解决内氧化的难题，其渗层质量可以得到大幅度提高。

(2)金属表面无内氧化层的影响，渗碳速度可以大幅度提高。

(3)采用脉冲式渗碳工艺，可以降低生产用气、用电消耗，降低生产成本。同时无温室气体排放，是真空的节能环保型的设备。

(4)真空高温低压渗碳设备最高工作温度为1300℃，通过适当的提高渗碳温度，可使渗碳速度成倍提高。

(5)真空高温低压渗碳设备不仅可以进行零件的渗碳，也可以进行工模具等材料的淬火，设备利用效率高。

因此与传统的气体渗碳设备相对比，真空高温低压渗碳设备在实现高精度的真空渗碳的同时，可以最大程度缩短渗碳工艺时间，提高生产效率；彻底杜绝晶界氧化层，提高渗层质量，提高零件渗碳后表面的耐磨性和抗疲劳强度；并具有节能、节气、环保的特点。

目前，传统的真空低压渗碳炉采用周期式生产方式处理，因而生产节拍慢。

实用新型内容

为了克服现有的真空低压渗碳设备采用周期式生产方式，致使生产节拍慢的不足，本实用新型的目的在于：提供一种三室连续真空高温低压渗碳设备，该设备可以实现连续式生产模式，提高生产效率；并且可以实现气淬室与加热室自动对接，有利于对加热室的维修，设备可按照工艺设计进行自动操作和控制，自动化程度高。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种三室连续真空高温低压渗碳设备，它包括加热室、油淬室和高压气淬室，所述的加热室设在设备中间，加热室的前面为油淬室，加热室的后面为高压气淬室，油淬室和高压气淬室均通过法兰结构与加热室分别连接并密封；所述的高压气淬室采用可移动结构，在高压气淬室下部装有自动对接系统和高压气淬室行走机构，该自动对接系统可使高压气淬室与加热室自动分离或自动对接和密封，高压气淬室行走机构可沿地面相应的轨道自动向外侧移动脱离加热室，或向内侧移动与加热室对接。

所述的三室连续真空高温低压渗碳设备与工控机相连，由工控机按照所设定的工艺曲线对设备进行监控、管理，包括对加热室、油淬室、高压气淬室进行机构动作、真空度、温度和压力的监测控制，实现所设定的真空渗碳、真空碳氮共渗、淬火工艺。

以及对加热室的真空高温低压渗碳工艺，真空碳氮共渗工艺、和对油淬室、高压气淬室的淬火工艺进行各机构的动作、真空度和温度、压力的监测控制。

本实用新型设备采用三室结构，即真空加热渗碳室、真空油淬室、真空高压(15bar)气淬室。真空渗碳加热室可以完成真空加热、真空高温低压渗碳、真空碳氮共渗等工艺，真空油淬室和真空高压气淬室可以完成零件加热后的淬火过程，根据淬火的工艺要求，选择真空油淬、真空高压气淬两种不同的方式。本实用新型采用的三室结构可以实现连续式生产模式，即当一炉零件在加热室完成渗碳过程转移至冷却室之后，可以立即从另一侧冷却室将下一炉零件送到加热室，利用炉内的余热继续进行加热和渗碳过程，可以大大提高生产效率，并且具备节能效果，可降低生产成本。在淬火过程中，可以根据零件材料和淬火质量的要求不同，选择真空油淬或真空15bar高压气淬。

由于采用上述技术方案，使本实用新型与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、实现连续式生产模式、提高生产效率

本实用新型设备是一种能在真空状态下低压(2000Pa)渗碳、渗碳后油淬或高压气淬(10-20bar)的三室连续热处理设备。可以完成高精度的真空低压渗碳和真空碳氮共渗工艺，并且具备真空油淬和真空高压气淬两种冷却方式，结构上采用三室结构。可在一炉零件加热完成转移至真空油淬室(或真空高压气淬室)的同时，装炉下一炉零件，一方面可以提高生产效率，解决以往周期式工作效率低的不足，同时可以实现热装炉，进一步节能，降低生产成本。

2、自动化程度高

本实用新型由工业控制计算机根据工艺设计实现对各机构的运作、温度和真空度的自动监控，自动化程度高。

3、能实现气淬室与加热室的自动对接，有利于加热室的维修。

4、能够进行10-20bar高温气淬工艺

本实用新型设备的真空超高压气淬充气压力达到15bar，是国内目前投入实际生产中，充气压力所能达到的最高水平。

5、可自由选择油淬，高压气淬，渗碳+油淬，渗碳+高压气淬等多种工艺或工艺组合，整个工艺可柔性选择，自由设定，一机多用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型三室连续真空高温低压渗碳设备的结构示意图。

图2是本实用新型设备中的送气系统示意图。

图中，1.油淬室炉壳，2.油淬室炉门，3.观察窗，4.油淬室送取料机构，5.油淬室炉门锁紧机构，6.淬火机构，7.淬火油槽，8.热闸阀，9.升降气缸，10.加热元件，11.控温热电偶，12.加热室炉壳，13.气淬系统，14.气淬室炉壳，15.气淬室炉门，16.气淬室送取料机构，17.气淬室炉门锁紧机构，18.高压气淬室行走机构，19.自动对接系统，20.渗碳移动喷头，21.送取料电机，22.气淬室真空机组，23.罗茨泵，24.机械泵，25.炭黑捕集器，26.加热室真空机组，27.罗茨泵，28.机械泵，29.油淬室，30.加热室，31.高压气淬室。

具体实施方式

图1所示为本实用新型三室连续真空高温低压渗碳设备的一个实施例，该实施例是真空低压渗碳设备研发项目之一，该真空高温低压渗碳设备是“十一五”期间国家“高挡数控机床与基础制造设备”科技重大专项在热处理领域支持的唯一主机研发项目。

图1所示的本实用新型三室连续真空高温低压渗碳设备包括加热室30、油淬室29和高压气淬室31，加热室30设在设备中间，加热室30的前面为油淬室29，加热室30的后面为高压气淬室31，油淬室29和高压气淬室30均通过法兰结构与加热室30分别连接，并使用O型密封图密封。

本实用新型设备主机由三室结构炉体和独立的抽真空系统组成，三室炉体主要结构如图1所示：

在加热室30加热室炉壳12内装有炉胆，炉胆内部设有加热元件10，料台、渗碳气喷嘴、炉胆外壳上固定有清理绝缘件炭黑的自洁装置及自洁气体充气管路以及加热室真空机组，渗碳气体送气管；在加热室炉体底部装有保证渗碳零件渗碳均匀性的渗碳移动喷头20；在加热室上面设有控温热电偶11。

在油淬室29油淬室炉壳1的一端设有油淬室炉门2，另一端设有油淬室热闸阀8、热闸阀8升降气缸9。油淬室炉门2上设有炉门主体、油淬室炉门锁紧机构5，炉门主体上设有观察窗3。油淬室29下部为淬火油槽7，淬火油槽7的一侧装有淬火机构6，另一侧装有油搅拌机构。淬火油槽7上部装有油淬室送取料机构4，油淬室外接有真空机组、送取料机构驱动电机及油搅拌机构驱动电机。

在高压气淬室31的气淬室炉壳14一端设有气淬室炉门15，另一端设有气淬室闸阀，气淬室炉门15上设有炉门主体、气淬室炉门锁紧机构17，炉门主体上设有观察窗。气淬室闸阀设有阀板和升降气缸(加热室两侧升降气缸和热闸阀结构相同)，气淬室上部设有气淬系统13。气淬室内装有气淬室送取料机构16。气淬室外接有真空机组、送取料机构驱动电机、气淬气体充气管路。为了方便加热室30进行维修，高压气淬室31采用可移动结构，在高压气淬室31下部装有自动对接系统19和高压气淬室行走机构18，当加热室需要维修时，自动对接系统19自动分离，高压气淬室行走机构18沿地面相应的轨道自动向外侧移动，在加热室30和高压气淬室31之间具备维修使用的空间。加热室30维修完成后，高压气淬室行走机构18沿地面轨道自动向内侧移动，自动对接系统19自动完成加热室和高压气粹室之间的对接和密封。

本实用新型的每个真空室均采用一套独立的抽真空系统。该真空系统由机械泵、罗茨泵、抽真空管路及阀门组成。请参见图2所示，在高压气淬室炉体一侧设有送取料电机21，另一侧依次装有气淬室真空机组22、罗茨泵23和机械泵24。在加热室真空机组的抽真空管路上，安装有碳黑捕集器25，防止炉内炭黑对真空泵系统的污染。在加热室侧部依次装有加热室真空机组26、罗茨泵27和机械泵28。

本实用新型三室连续真空高温低压渗碳设备与工控机相连，由工控机按照所设定的工艺曲线对设备进行监控、管理，包括加热室、油淬室、高压气淬室进行机构动作、真空度、温度和压力的监测控制，以实现设定的真空渗碳、真空碳氮共渗、淬火等工艺。

本实用新型的控制技术为基于现有技术的集成应用。

本实用新型的工作过程如下：1)油淬：开启油淬室炉门2，将待处理工件送入油淬室送取料机构4相应位置，关闭油淬室炉门2，升降气缸9开启油淬室热闸阀8，油淬室送取料机构4工作，将待处理工件送入加热室放于料台之上，油淬室送取料机构4退出，关闭油淬室热闸阀8，加热室抽真空，加热到设定温度，保温，油淬室抽真空，打开油淬室热闸阀8，油淬室送取料机构4工作，将待处理工件从加热室取出，关闭热闸阀8，充入平衡气体，淬火机构6工作，将待处理工件送入淬火油槽7，启动油搅拌机构，遂行淬火工艺，淬火完毕，关闭油搅拌机构，淬火机构6工作，将待处理工件从淬火油槽7取出，沥油，打开油淬室炉门2，取出工件。

2)高压气淬：开启气淬室炉门15，将待处理工件送入气淬室送取料机构16相应位置，关闭气淬室炉门15，打开气淬室闸阀，气淬室送取料机构16工作，将待处理工件送入加热室放于料台之上，气淬室送取料机构16退出，关闭气淬室闸阀，加热室抽真空，加热到设定温度，气淬室抽真空，打开气淬室闸阀，气淬室送取料机构16工作，将待处理工件从加热室取出，关闭气淬室闸阀，充入平衡气体，启动气淬电机，之后充入高压气体，淬火完毕，打开气淬室炉门15，取出工件。

3)渗碳：打开炉门，将待处理工件送入送取料机构相应位置，开启闸阀，送取料机构工作将待处理工件送入加热室放于料台之上，关闭闸阀，加热室抽真空，加热。加热到设定温度，打开渗碳气体充气阀，依设定压力向炉胆内充入定量定比例乙炔气及氮气混合气，关闭渗碳气体充气阀，乙炔气体受热分解会产生出活性碳原子，活性碳原子渗入金属零件表面实现渗碳，之后打开真空阀门，抽出渗碳后剩余的废气，完成一个渗碳脉冲；再次打开渗碳气体充气阀，遂行下一个渗碳脉冲，直至渗碳完成。

当工件在油淬室或高压气淬室进行冷却的同时，下一炉工件可以由另一侧冷却室自动送入加热室进行加热等工艺。

Claims (3)

1.一种三室连续真空高温低压渗碳设备，其特征在于：它包括加热室、油淬室和高压气淬室，所述的加热室设在设备中间，加热室的前面为油淬室，加热室的后面为高压气淬室，油淬室和高压气淬室均通过法兰结构与加热室分别连接并密封；所述的高压气淬室采用可移动结构，在高压气淬室下部装有自动对接系统和高压气淬室行走机构，该自动对接系统可使高压气淬室与加热室自动分离或自动对接和密封，高压气淬室行走机构可沿地面相应的轨道自动向外侧移动脱离加热室，或向内侧移动与加热室对接。

2.根据权利要求1所述的三室连续真空高温低压渗碳设备，其特征在于：所述的加热室、油淬室和高压气淬室均包括各自的炉体和独立的抽真空系统，该抽真空系统由机械泵、罗茨泵、抽真空管路及阀门组成。

3.根据权利要求1所述的三室连续真空高温低压渗碳设备，其特征在于：所述的三室连续真空高温低压渗碳设备与工控机相连，由工控机按照所设定的工艺曲线对设备进行监控、管理，包括对加热室、油淬室、高压气淬室进行机构动作、真空度、温度和压力的监测控制，实现所设定的真空渗碳、真空碳氮共渗、淬火工艺。

Images