热处理工艺毕业设计模版.docx

辽宁科技大学本科生毕业设计 第 I 页 摘 要 热处理是机械工业的一项重要基础技术，通常像轴、轴承、齿轮、连杆等重要的机械零件和工模具都是要经过热处理的。热处理对于充分发挥金属材料的性能潜力，提高产品的内在质量，节约材料，减少能耗，延长产品的使用寿命，提高经济效益都具有十分重要的意义。正所谓“工欲善其事,必先利其器” ，那么也就必须给热处理一个良好的环境及先进设备，总的来说就是一个设计得当的热处理车间。本设计的主要内容热处理的发展现状、方向和整个热处理车间的设计过程。从热处理车间的分类和特性、热处理车间生产任务、工作制度及年时基数、工艺设计、热处理设备的选择与计算、车间设备组织与布置、热处理车间建筑物与构筑物、车间动力和辅助材料消耗量计算、热处理的生产安全与环境保护、热处理车间劳动组织、人员配备和热处理车间技术经济指标等方面，对热处理车间进行设计。从热处理技术的现状和水平，掌握其发展趋势，大力发展先进的热处理新技术、新工艺、新材料、新设备，用高新技术改造传统的热处理技术，实现“优质、高效、节能、降耗、无污染、低成本、专业化生产”的方向上设计热处理车间。 关键词：热处理;车间;热处理炉;弹簧; 55SiMnVB 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 II 页 Abstract Heat treatment is an important industrial machinery based technique, usually like axis, bearings, gears, connecting rod, and other important mechanical parts and Labour mold takes a heat treatment. Heat treatment to give full play to the performance of metal materials, improving the products potential inner quality, save materials, reduce the energy consumption and prolong service life of the product, improve economic benefit has the extremely vital significance. Is the so-called sharp tools make well its thing, you will have to have the device, it must give heat treatment a good environment and advanced equipment, overall is a design proper heat treatment plant. The design of the main content heat treatment development present situation, the direction and the whole the design process of heat treatment plant. From the heat treatment plant classification and characteristics, heat treatment plant production tasks, work system and technology design, in the base of heat-treatment equipment selection and calculation, workshop equipment organization and arrangement, the heat treatment plant buildings and structures, workshop power and auxiliary materials consumption calculation, heat treatment of production safety and environment protection, the heat treatment plant labor organization, personnel and technical and economic indexes heat treatment plant aspects of design, heat treatment plant. From the status and level of heat treatment, grasp their development trend, and develop advanced heat treatment of new technology, new technology, new material and new equipment, with high-tech transforming traditional heat treatment technology to realize high quality, high efficiency, energy saving, consumption reduction, no pollution, low cost, specialized production directions on the design the heat treatment plant. Keywords: Heat treatment; Workshop; Heat treatment furnace; spring; 55SiMnVB 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 III 页 目录 摘 要 . I Abstract . II 1 综述 . 1 1.1 热处理工业的现状 . 1 1.1.1 我国热处理工业的现状 . 1 1.1.2 其他国家热处理的现状 . 2 1.1.3 我国和其他国家的差距 . 2 1.2 我国热处理技术的发展战略 . 3 1.3 我国热处理产业的研究方向 . 5 1.3.1 多参数热处理 . 5 1.3.2 复合热处理 . 6 1.3.3 采用新的淬火介质和改进淬火方法 . 6 1.4 研制开发各种新型热处理设备 . 7 1.5 采用新的加热源和新的加热方式 . 8 1.6 加强新材料与热处理工艺的紧密结合和相互促进 . 9 1.7 重视热处理节能和环境保护 . 10 1.8 小结 . 11 2 车间产品方案的确定 . 13 2.1 产品方案列表 . 13 2.2 典型产品 . 13 2.2.1 弹簧的定义 . 13 2.2.2 弹簧的服役条件和失效形式 . 14 2.2.3 弹簧的性能要求 . 15 2.2.4 弹簧的热处理特点 . 15 3 典型产品的热处理工艺 . 16 3.1 典型产品材料 . 16 3.1.1 55SiMnVB 钢的化学成分 . 16 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 IV 页 3.1.2 55Si2Mn 钢中化学成分特点 . 16 3.1.3 55SiMnVB 钢的力学性能及用途 . 17 3.1.4 55SiMnVB 热处理工艺的制定 . 17 3.1.5 淬火工艺的制定 . 18 3.1.6 回火工艺的制定 . 19 3.2 55SiMnVB 热处理金相组织分析 . 20 3.2.1 淬火处理后的组织 . 20 3.2.2 回火处理后的组织 . 20 4 热处理设备的选择 . 22 4.1 车间主要设备的选择 . 22 4.1.1 选择设备应遵循的原则 . 22 4.1.2 加热设备 . 22 4.1.3 冷却设备 . 23 4.2 车间辅助设备的选择 . 24 4.3 热处理设备明细表 . 27 5 热处理电阻炉的设计 . 28 5.1 炉型的选择 . 28 5.2 炉膛尺寸的确定 . 28 5.2.1 炉底面积的确定 . 28 5.2.2 炉膛高度的确定 . 29 5.2.3 炉衬材料及厚度的确定 . 30 5.3 砌体平均表面积计算 . 30 5.3.1 砌体外廓尺寸 . 30 5.3.2 炉顶平均面积 . 31 5.3.3 炉墙平均面积 . 31 5.3.4 炉底平均面积 . 31 5.4 炉子功率的计算 . 31 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 V 页 5.4.1 加热工件所需的热量 Q件 . 32 5.4.2 炉衬散失的热量 Q散 . 33 5.4.3 开启炉门的辐射热损失 Q辐 . 36 5.4.4 开启炉门溢气热损失 Q溢 . 37 5.4.5 其它热损失 Q它 . 38 5.4.6 热量总支出 . 38 5.4.7 炉子安装功率 . 38 5.5 炉子热效率的计算 . 38 5.6 炉子空载功率的计算 . 39 5.7 空炉升温时间的计算 . 39 5.8 功率的分配与接线 . 41 5.9 电热原件材料选择及计算 . 41 5.9.1 电热组件的性能要求 . 41 5.9.2 电热组件的选择及计算 . 42 6 各项车间指标的设计 . 46 6.1 车间劳动组织与人员配备 . 46 6.2 热处理车间技术经济指标 . 47 6.3 电力的计算 . 48 6.3.1 工艺用电计算 . 49 6.3.2 动力用电计算 . 50 6.3.3 照明用电计算 . 51 6.3.4 车间总用电量 . 52 6.4 生产用水量计算 . 52 6.5 车间环境保护 . 53 6.5.1 车间生产的有害物质 . 53 6.5.2 环境中有害物质的允许量 . 55 6.5.3 车间的安全技术及环境保护措施 . 56 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 VI 页 专题弹簧钢的热处理发展现状和方向 . 58 结论 . 65 致谢 . 66 参考文献 . 67 附录 . 69 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 1 页 1 综述 1.1 热处理工业的现状 1.1.1 我国热处理工业的现状 据中国热处理行业协会在制订国家热处理行业“十一，五”规划时的调查，2003年我国的热处理概括起来有以下几方面的基本情况： 1企业总数 全国全能企业热处理厂、分厂、车间、股份制、民营热处理企业约 15000 家。其中全民所有制企业约占 80%，有 12000 家；个体民营和股份制企业占 20%，约 3000 家。由于内地许多地区在进行国营中小企业改制，华东、华南沿海城市民营企业仍在不断涌现，也有不少外资企业准备在沿海城市设热处理加工厂， “十五”后期民营与股份制企业总数仍会继续上升。 2热处理员工总数 按全国热处理厂点 15000 家，每家平均员工 25 人计，全国员工总数约 37 万人。其中，企业技术人员比例平均为 8%，约 37 万人；管理人员约 9%，约 3.3 万人。 热处理加热设备总数 按企业数占全国企业总数的 5%计，反算得出的全国热处理加热设备（以 75 kW 为一标准台）约 15 万台，装机容量 1100 万 kW。 3热处理生产能力 设每台设备平均生产率为 100 kw/h，全国平均 1.5 班工作制，15 万台加热设备的年生产能力近 4500 万 t。 4热处理能源消耗 设热处理加热设备的平均利用率为 30%，全国平均 1.5 班工作制，15 万台设备的每年实际热处理生产量为 1350 万 t，消耗电总量为 99 亿 kWh。 5热处理年营业额 在调查中，热处理加工的平均价格为 2.30 元/kg。按全年实际产量 1350 万 t 计，全国热处理年营业额约 310 亿元。若以平均利润率 10%计年创利润总计 30 亿元。热处理行业增值税率平均达 12.5%，每年向国家纳税约 39 亿元1。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 2 页 1.1.2 其他国家热处理的现状 美国热处理工业 2020 年的远景可以归纳描述如下： 运用最新的 CAD(计算机辅助设计)程序和热处理数据库，计算机模拟的仿真技术和精确控制技术实现对热处理进行高度柔性化和智能化的全面控制及系统管理。热处理工业的目标为：具有一流的热处理质量，质量分散率为零；工艺周期缩短 50%；热处理工件畸变为零；热处理能源利用率提高到 80%；热处理对环境影响减少到零；热处理成本降低 75%；取得高的生产率和利润回报率；工作环境清洁，舒适和安全。其它还涉及：热处理工人受到良好训练，掌握先进技术和操作技能。政府为企业进一步减轻负担，刺激热处理企业发展和技术进步，并鼓励投资和银行贷款。产、官、学、研和会(学会、协会)合作加快推进先进的热处理技术。 国外先进热处理技术主要标志：针对上述国外先进热处理发展战略目标，具体的发展主要标志可概括为 8 个“少无” ：少无污染，少无畸变，少无分散，少无浪费，少无氧化，少无脱碳，少无废品和少无人工。 1.1.3 我国和其他国家的差距 我国的热处理炉以电炉为主(占 90%以上)，但存在能耗高、热效率低和性能差的弊病。很多生产厂目前使用的热处理设备还是上世纪六七十年代制造的，未完全摆脱五十年代仿苏产品的状态。热处理设备 70%在空气中进行加热，可控气氛加热和真空加热只占 5%左右。 按 1985 年全国热处理电阻炉数量及构成表，一般箱式炉、盐浴炉和井式炉(包括井式渗碳炉)占的比例分别为 35.56%。 、21.31%和 21.30%。另外，按上海市热处理行业最近的设备统计，一般箱式炉、盐浴炉和井式炉占的比例分别为 40%、5.55%和 29.11%。相比较可见，在我国的主要热处理设备中，20 多年来，一般箱式炉和井式炉比重相差不大，(盐浴炉由于近年来 BaCl2 的禁用而大比例缩减)。设备的陈旧可见一斑。此外，上海真空炉、可控气氛炉的比例提高至 3.67%和 8 %，合计为 11.67%(高于全国水平)，虽比 1985 年的 1.68%提高了近 10 倍，但还远远适应不了热处理工业中四种工艺的要求比例：渗碳/碳氮共渗占 20%；中性气氛中淬火占 20%；在真空中淬火占 15%；退火/去应力占 10%，其它如感应热处理、渗氮、盐浴热处理和有色合金热处理约占 35%(美国)。 金属在氧化介质中加热会造成严重的氧化损耗，在汽车制造上烧损量达 7.5%，即辽宁科技大学本科生毕业设计 第 3 页 每台装重汽车损失优质钢材 4050 kg，每台轿车为 2530 kg，如冷轧钢带的中间退火采用无氧化加热，可节约 20%材料。少无氧化加热已日不容缓，虽然国内汽车、拖拉机、轴承、弹簧、紧固件行业和重点骨干企业少无氧化热处理比重已达 80%左右，但一般水平还保持在 30%左右。同时，国内的设备还停留在手工操作上，劳动强度大。 少无氧化热处理技术的普及在世界上是上世纪 80年代到90年代热处理水平的主要标志。先进工业国家无氧化热处理比重已达 80%以上。据报导，欧洲工业国在 1980 年经真空热处理零件比重为 3%，1985 年增至 18%，2000 年增到 23%，可控气氛热处理比重也由 19%增至 29%，在氧化气氛中热处理件由 57%减至 7%，美国石油机械制造业在1985 年少无氧化热处理就达 60%以上。在这点上讲，我国的水平还处很低水平3。 1.2 我国热处理技术的发展战略 热 处 理的 总 体发 展战 略 可以 概 括成 五个 方 面： (1) 可 持续发 展 (endurable development)；(2)产品质量的持续提高(enhancement of products quality)；(3)节约能源(energy saving)；(4)精确生产(exact production)；(5)高效率(efficient process technologies)。5 个方面的英文字头都是 E，故称之为 5E 战略。 1可持续发展 在可持续发展的内涵中，首先是环境，其次是资源的有效利用和再生。热处理是和环境、资源密切相关的加工过程。其生产物料和剩余物料都可能是导致污染的源泉。避免污染的原则应是预防第一，治理第二。因此热处理先进技术发展首要考虑的是清洁和安全的生产技术，安全选用和使用生产物料，避免形成有害剩余物料的技术。对于不得已产生的有害物质也必须有先进的无害化处理方法， 使剩余物料达到国家规定的安全排放标推。 热处理用的燃料、电力、水、油等资源的有效利用、节约使用和再生后重复使用的潜力巨大。热处理加热设备的能源必须因地、因时制宜地合理选择，加热设备的热效率有很大的提高余地，燃烧产物的废热必须充分利用，大量的冷却用水必须循环使用，自工件表面清理下来的油脂应分类回收，失效的淬火油应收集精炼重复使用或作为它用。总之，资源的有效利用和再生是热处理行业可持续发展战略的很重要的组成部分。现在人们对这个问题重要性的认识还远没有达到对环境的认识程度。 2提高产品质量 产品质量的高要求既是压力， 也是动力。 它可以带动热处理的技术改造和设备更新，辽宁科技大学本科生毕业设计 第 4 页 从而使机器零件的质量和寿命产生大的改观。 热处理企业的设备更新给设备制造业带来了商机，但国产热处理设备由于工艺水平低、可靠性差，在对外开放形势下也面临激烈竞争，使许多国内热处理设备制造厂濒临倒闭状态。提高热处理设备的质量和可靠性也是当务之急。与此同时，设备配套件、泵、阀、电器元件、仪器、筑炉材料等的质量和可靠性如果不能很快有大的改善，热处理设备的水平就不可能有大的突破，必定在竞争中继续吃败仗。 3有效利用能源 在机器制造过程中， 热处理是耗能大户， 其电能消耗一般为机械制造企业的 20一30。因此热处理的节能具有重大意义。热处理的节能要从工艺、设备和管理三个方面挖掘潜力。合理选择工艺具有极大的节能潜力，而且可在极小的投入条件下获得明显效果。缩短加热时间，降低加热温度，用表面热处理代替整体热处理、简化工艺过程、合理选择工件材料等都是很好的节能措施， 关键在于生产岗位上的技术人员的节能意识的强弱。 先进的加热设备除能体现先进工艺外，节约能源是很重要的指标。热处理炉应有最小的散热损失， 最小的炉衬蓄热， 废热要充分利用， 燃烧炉应有高效的燃烧器或辐射管，还要有合理的燃烧制度。生产的合理组织，能源的严格管理也是节能的根本措施之一。提高热处理设备负荷，保持连续生产对于节能是非常重要的。从这层意义上，专业化生产是非常有利的方式3。 4精确的生产过程 近代的物理冶金理论几乎可以洞悉金属在热处理过程中的组织、性能、化学成分，甚至原子状态的瞬息变化， 从而可以利用精确灵敏的传感控制系统对热处理产品质量进行精确的在线控制，从而做到 100的合格率。在设备上精确保证生产条件，如：炉温均匀度、加热和冷却速度以及工件材料化学成分和淬透性带的范围等，就可以实现在不同炉次、同一炉次不同部位产品质量的同一性和再现性，使产品的组织性能、畸变等质量的分散度达到趋于零的程度，真正实现精密生产。 5高效的生产技术 提高劳动生产率、降低生产成本，获得最大的经济效益永远是热处理生产和所有企业追求的目标。实现高生产效率的重要前提是单一品种的批量化生产。在大批量、规模化生产条件下，采用生产过程自动化、质量的在线信息化、工艺参数和质量效果的模拟辽宁科技大学本科生毕业设计 第 5 页 和自适应控制可以最大限度地提高生产效率，实现无人作业，由此也可以完全消除人为因素，保证产品质量低分散度4。 1.3 我国热处理产业的研究方向 1.3.1 多参数热处理 1真空热处理：这是一种附加压力的多参数热处理。它具有无氧化、无脱碳、工件表面光亮、变形小、无污染、节能、自动化程度高、适用范围广等优点，是近年来发展最快的热处理新技术之一，特别是在进行材料表面改性方面获得了很大的进展，许多新近开发的先进热处理技术，如真空高压气淬、真空化学热处理等，也需在真空下方能实施。 采用真空热处理技术可使结构材料、 工模具的质量和使用寿命得到大幅度的提高，尤其适合于一些精密零件的热处理。在工业发达国家，真空热处理的比例已达到 20%左右，而我国目前约有真空热处理炉 1200 台，占热处理炉总数的 1%左右，与国外的差距很大。预计今后随着热处理行业的技术进步和对热处理工件质量要求的越来越高，真空热处理将会有较大的发展。 2化学热处理：这是一种附加成分的多参数热处理。普通化学热处理，如渗碳、碳氮共渗、碳氮硼共渗等，分别属于附加单成分、双成分和三成分的多参数热处理。近年来，又发展了许多利用新技术的新型化学热处理，如真空化学热处理，流态床化学热处理、离子渗金属、离子注入、激光表面合金化等，均可提高工件的耐磨损及耐腐蚀等使用性能。稀土在化学热处理中的应用(即与稀土共渗)，能显著提高渗速，缩短处理周期，并可提高渗层的耐磨性和耐腐蚀性，这是我国的一大特色。此外，固溶化学热处理也是一个值得注意的动向，内蒙农机研究所黄建洪等人开发了含氮马氏体化处理(N*M处理)工艺，这是第一个以获得固溶 N 的含氮马氏体为目的的渗氮工艺，已成功地应用于剪毛机刀片生产。 3形变热处理：这是一种附加应力的多参数热处理。采用压力加工和热处理相结合的工艺，把形变强化和相变强化结合起来，使材料达到成型与复合强化的双重目的。形变热处理能提高材料的综合力学性能，并可以简化工序，利用余热，节约能源及材料消耗，经济效益显著。形变热处理的应用广泛，从结构钢、轴承钢到高速钢都适用。目前工业上应用最多的是锻造余热淬火和控制轧制。 美国采用控制轧制来生产高硬度装甲钢板，可提高抗弹性能。我国兵器工业系统开展了火炮、炮弹零件热模锻余热淬火、炮辽宁科技大学本科生毕业设计 第 6 页 管旋转精锻形变热处理、枪弹钢芯斜轧余热淬火等试验研究，取得了很好的效果。 1.3.2 复合热处理 复合热处理是将两种或两种以上的热处理工艺复合， 或将热处理与其它加工工艺复合，这样就能得到参与组合的几种工艺的综合效果，使工件获得优良的性能，并节约能源，降低成本，提高生产效率。如渗氮与高频淬火的复合、淬火与渗硫的复合、渗硼与粉末冶金烧结工艺的复合等。前述的锻造余热淬火和控制轧制也属于复合热处理，它们分别是锻造与热处理的复合、轧制与热处理的复合。还有一些新的复合表面处理技术，如激光加热与化学气相沉积(CVD)、离子注入与物理气相沉积(PVD)、物理化学气相沉积(PCVD)等，均具有显著的表面改性效果，在国内外的应用也日益增多。 需要指出的是，复合热处理并不是几种单一热处理工艺的简单叠加，而是要根据工件使用性能的要求和每一种热处理工艺的特点将它们有机地组合在一起， 以达到取长补短、相得益彰的目的。例如，由于各种热处理工艺的处理温度不同，就需要考虑参加组合的热处理工艺的先后顺序，避免后道工序对前道工序的抵消作用5。 1.3.3 采用新的淬火介质和改进淬火方法 1改进原有的淬火介质，采用新型淬火介质 淬火介质是实施淬火工艺过程的重要保证，对热处理后工件的质量影响很大。正确选择和合理使用淬火介质，可以减小工件变形，防止开裂，保证达到所要求的组织和性能。 在热处理生产中，常用的淬火介质有水、油、盐类等，它们各有优缺点。例如，水是应用最广泛、最经济和冷却能力很强的淬火介质，但它在低温区冷却速度极快，易使工件变形和开裂；当水温超过 40以上时，其冷却速度急剧降低，又易使工件淬不透。又如用油淬火，虽然对减小工件变形和开裂很有利，但对淬透性较差或尺寸较大的工件淬不硬，且油易老化，对周围环境的污染大，有发生火灾的危险。为此，要对原有淬火介质的性能进行改进，并积极开发应用冷却速度介于水和油之间、并可根据需要调整冷却速度，同时又经济、安全、无污染的新型淬火介质。 无机物水溶液淬火剂和有机聚合物淬火剂是新型淬火介质的发展重点， 特别是有机聚合物淬火剂的研究和应用尤为引人注目，其优点是无毒、无烟、无臭、无腐蚀、不燃烧、抗老化、使用安全可靠、且冷却性能好、冷却速度可调、适用范围广、工件淬硬均辽宁科技大学本科生毕业设计 第 7 页 匀、可明显减少淬火变形和开裂倾向。从提高工件质量、改善劳动条件、避免火灾和节能的角度考虑，有机聚合物淬火剂有逐步取代淬火油的趋势，是淬火介质的主要发展方向，尤其是对于水淬开裂、变形大，油淬不硬的工件，采用有机聚合物淬火剂更是成功的选择。 目前，世界上应用最多的是聚烷撑乙二醇(PAG 类)淬火剂，它具有逆溶性，冷却速度在盐水和冷油之间，适用的淬火钢种范围广，使用寿命长。还有聚丙烯酸盐(ACR 类)淬火剂、聚氧化吡咯烷酮(PVP 类)淬火剂和聚乙基恶唑啉(PEO 类)淬火剂等，也获得一定程度的应用。 多年来， 我国在淬火介质的研究和应用方面， 做了大量的工作， 取得了一定的成绩，基本上满足了热处理生产的需要，但与国外的先进水平相比差距很大，并落后于热处理其它技术领域的发展，是热处理行业中的一个薄弱环节，今后应当给予重视和加强6。 2改进老的淬火方法，采用新的淬火方法 为了使工件实现理想的冷却，获得最佳的淬火效果，除根据工件所用的材料、技术要求、服役条件等，来合理选用淬火介质外，还需不断改进现有的淬火方法，并采用新的淬火方法。如采用高压气冷淬火法、强烈淬火法、流态床冷却淬火法、水空气混合剂冷却法、沸腾水淬火法、热油淬火法、深冷处理法等，均能改善淬火介质的冷却性能，使工件冷却均匀，获得很好的淬硬效果，有效地减少工件的变形和开裂。 1.4 研制开发各种新型热处理设备 热处理设备是实现热处理工艺的基础和保证， 直接关系到热处理技术水平的高低和工件质量的好坏。我国热处理设备的生产已有 40 年历史，现已具备一定的规模和能力。最初是仿苏四、五十年代的在空气中加热的电阻炉，并以箱式炉和井式炉为主。七十年代对主要炉种进行了整顿，品种规格有所增加，性能有所改进，系列化程度有所提高。八十年代又进行了一次产品更新换代，发展了第二代节能系列产品，能生产多用炉、真空炉、离子渗氮炉、流态粒子炉等新型炉种 自改革开放以来，通过引进国外先进的热处理设备和中外合资合作生产，使我国热处理设备的设计制造水平和生产能力有了很大的提高。我国现有电炉厂 180 多家，已形成年制造热处理炉 9000 台的能力。少无氧化热处理技术可以改进产品质量，提高生产率、降低成本，并可减少污染、易于实现自动化，其普及程度已成为当代热处理技术水平的主要标志，工业发达国家早在 60 年代就已基本淘汰了空气加热炉，实现了少无氧辽宁科技大学本科生毕业设计 第 8 页 化热处理，而我国目前生产用的热处理设备大多还是箱式或井式电阻炉，90%以上系周期性作业，空气加热炉占热处理炉总数的 70%以上，而可控气氛炉和真空热处理炉的比例只有 5%左右。这些落后的热处理设备大都存在着炉温均匀性差，工件氧化、脱碳严重，设备的可靠性较差，配套仪表、元器件质量不过关，工艺过程控制水平低，产品质量不稳定，热效率低，能耗高等问题。因此，要对落后的热处理设备进行更新改造，努力提高电阻炉炉温的均匀性和其它工艺参数的控制精度， 以保证和提高热处理工件的质量，并限期淘汰一批产品质量差、能耗高、污染严重的落后设备。要大力发展感应加热和无氧化加热技术，大幅度增加可控气氛炉和真空热处理炉的比例，逐步取代现有的箱式炉和井式炉，这是热处理行业技术改造的重点之一。在我国现实情况下，应大力开发和推广应用低真空多用炉，以提高产品质量，适应企业小批量、多品种的生产需要，这可能是一条适合我国国情、发展新型高效热处理设备的捷径。其它新型热处理设备，如离子热处理炉、流态粒子炉、激光热处理装置、电子束热处理装置等，也应积极开发应用。 需要指出的是，热处理设备的设计制造应与热处理工艺密切结合，热处理设备要能满足热处理工艺的要求，提高热处理的质量；同时，要根据热处理新工艺发展的需要，研制开发新型高效热处理设备，用热处理工艺来促进热处理设备的发展。要不断提高我国热处理设备的设计制造水平，增强自我开发和技术创新能力，这对提高热处理炉的性能、节约能源、提高生产效率、降低工艺成本，是十分重要的。热处理炉型要多品种、多规格，并尽可能采用相应的国际标准，要有温度均匀性指标(对于可控气氛炉还要有气氛均匀性指标)，要提高国产元器件和检测仪表的精确度和可靠性，加强产品的质量检验，从而提高热处理行业的整体水平和经济效益。 1.5 采用新的加热源和新的加热方式 1新的加热源 在新的加热源中， 以高能率热源最为引人注目。 高能率热源主要有激光束、 电子束、等离子体电弧等。 高能率热处理就是利用高能率热源定向地对工件表面施加非常高的能量密度(10 310 8 w/cm 2)，从而获得很快的加热速度(甚至能达到 10 11/s)，这样在极短的时间内(110-7S)，将工件欲处理区的表层加热到相变温度以上或熔融状态，使之发生物理和化学变化，然后依靠工件自身冷却实现表面硬化或凝固，达到表面改性的目的。高能率热处理在减小工件变形、获得特殊组织性能和表面状态方面具有很大的优越辽宁科技大学本科生毕业设计 第 9 页 性，可以提高工件表面的耐磨性、耐蚀性，延长其使用寿命。高能率热处理近年来发展很快，是金属材料表面改性技术最活跃的领域之一，其中激光热处理和离子注入表面改性技术在国外已进入生产阶段。我国一汽、二汽、西安内燃机配件厂等单位，都已建立了汽车发动机缸套的激光表面淬火生产线，但由于高能率热处理的设备费用昂贵等原因， 目前我国尚未大量应用， 但其发展前景广阔， 今后将会成为很有前途的热处理工艺。 2新的加热方式 在热处理时实现少无氧化加热，是减少金属氧化损耗、保证工件表面质量的必备条件，而采用真空和可控气氛则是实现少无氧化加热的主要途径。 在表面加热方面，感应加热具有加热速度快、工件表面氧化脱碳少、变形小、节能、公害小、生产率高、易实现机械化和自动化等优点，是一种经济节能的表面加热手段，主要用于工件的表面加热淬火。高能率加热具有加热速度快、表面质量好、变形小、能耗低、无污染等优点，也是一种极为有效的表面加热方式。在整体加热方面，有真空加热、高压加热、流态床加热等方式。流态床加热虽然能量密度不高，但加热快且均匀、工件变形小、表面光洁、处理后不需清洗、工艺转换容易、能提高产品质量、节能、公害小、成本低、并可以与化学热处理相结合，是一种很好的加热方式，特别适宜于多品种、小批量和周期性生产，可用来取代传统的盐浴热处理，其发展前景令人瞩目。 1.6 加强新材料与热处理工艺的紧密结合和相互促进 1低碳马氏体钢及其应用 低碳马氏体是低碳低合金钢经强烈淬火急冷后得到的一种显微组织结构， 具有优良的综合机械性能以及良好的冷加工性和可焊性。近二十年来，我国开展了低碳马氏体及其应用研究工作，取得了很大的成绩。例如，低碳马氏体的强度比中碳调质钢高 1/3 以上，且综合性能良好，用来代替某些中碳调质钢(如高强度螺栓等)，可使构件重量成倍减轻；低碳马氏体还具有很高的耐磨性能，可用来制造某些要求耐磨性好的零件(如拖拉机履带板等)。总之，低碳马氏体在石油、煤炭、铁道、汽车、拖拉机等部门应用广泛，收到了提高性能、减轻重量、延长使用寿命、简化工艺、节约能源、节约合金元素、降低成本等技术经济效果。 2空冷贝氏体钢 贝氏体钢能够空冷自硬，并将冶金热加工工序与产品成型制造工序相连接，具有良好的强韧性配合、生产工序简单、节约能源、污染少、成本低等优点，因而引起广泛的辽宁科技大学本科生毕业设计 第 10 页 重视。至今国际上空冷贝氏体钢系列有两类：一类是以英国 P.B.Pickering 为首于 50 年代发明的 Mo-B 系贝氏体钢，但因钼的价格昂贵而使其发展受到限制；另一类是以我国清华大学方鸿生教授为首于 70 年代初期发明的 Mn-B 系贝氏体钢，现己发展有低碳、中低碳、中碳、中高碳系列十多个钢种，应用到耐磨钢球、衬板、齿板、冲击锤、刮板、截齿、离心铸管、汽车前轴、连杆、液压支架等，取得了很好的技术效果和显著的经济效益，成为贝氏体钢发展的重要方向。目前我国 Mn-B 系贝氏体钢己达到年产 15 万吨的规模，在“九五”末期将达到 70 万吨/年，占到全国特殊钢产量的 5%10%。 3无莱氏体高速钢 大连铁道学院戚正风教授等研制成功无莱氏体高速钢， 其合金元素与一般高速钢相同，碳含量则降低到钢水凝固时不形成共晶碳化物(莱氏体)、而又能在淬火回火后整体具有足够的强度、韧性与硬度的水平。这种钢加工成刀具后，通过渗碳，使表层得到70HRC 的高硬度和 600 4 次回火后仍能保持 67HRC 的红硬性，同时得到 55HRC 高强韧性的心部，可使刀具使用寿命提高几倍。 4奥氏体-贝氏体球墨铸铁(A-B 球铁) 70 年代我国与美国、芬兰等国家同时研制成功 A-B 球铁，并获得了实际应用，由于 A-B 球铁既具有较高的强度和硬度， 又具有良好的塑性和韧性， 因而被广泛用于汽车、拖拉机、内燃机的齿轮、连杆、轴类等结构件以及矿山磨球、锤头等耐磨零件。80 年代以后， 国内外又从 A-B 球铁化学成分与热处理工艺两个方面深入进行研究。 前者通过提高合金成份来得到铸态 A-B 球铁，以期取消成本高、工效低的等温淬火工艺；后者则努力完善热处理工艺，提高机械化和自动化水平，以提高生产效率7。 1.7 重视热处理节能和环境保护 1大幅度降低热处理的能耗 热处理是机械制造业中耗能最多的工艺之一，在工业发达国家，热处理生产成本的25%40%是能源成本。据统计，我国的热处理设备中，电炉约占 90%，装机总容量约为 600 万 kW，热处理的年用电量近 90 亿 kWh。由于我国的热处理工艺和设备比较落后，能源利用率低，热处理能耗水平为 5001000 Kw.h/t，比工业发达国家多 23倍，因此节能的潜力很大。热处理节能的途径主要有：(1)在热处理工艺方面，改进老工艺， 推广应用先进的节能新工艺； (2)在热处理设备方面， 改造或淘汰耗能高的落后设备，发展新型高效节能的新设备；(3)在生产组织管理方面，合理组织热处理的批量生产，力辽宁科技大学本科生毕业设计 第 11 页 求集中和连续性生产，不断提高热处理的专业化生产水平。而搞好热处理，努力提高热处理质量，延长工件的使用寿命，则是最大的节能。 开发和推广应用非调质钢，是 80 年代热处理节能技术的一项重大进展。应用非调质钢，不仅能显著节能，而且减少了生产工序，节省了材料消耗，降低了成本，还可避免淬火时带来的变形和开裂，提高了工件的质量和使用寿命。目前，非调质钢多用于取代调质碳素结构钢，今后的发展趋势是用非调质强韧钢来取代调质合金结构钢，进一步扩大非调质钢的应用范围。 2高度重视热处理生产的环境保护 热处理生产对环境造成的污染很大，包括排出的废气、废水、废液、废渣、粉尘、噪声、电磁辐射等，且随着生产的发展，其危害也日益严重。研究和采用无污染、无公害的热处理技术，并对排放的有害物质进行有效控制和综合治理，是消除热处理污染的主要措施。 1989 年联合国环境署决定在全世界推行清洁生产技术。 所谓清洁生产技术， 就是通过对生产过程和产品的综合防治，减少废弃物产生，最大限度地保护自然环境和利用自然资源，即选取清洁的原料，采用清洁的工艺，实现清洁的生产过程，制造出清洁的产品。 日本东京金属技术研究所金武典夫博士通过分析引起全球性的温室效应、 空气污染、酸雨等对环境造成的影响，提出了一种“节能-高效-环保型热处理”的综合体系，它包括了预处理、热处理、后处理、技术保证体系和环境管理体系，而其关键是将高新技术应用于热处理生产中。我国已把环境保护作为一项基本国策，并从 1992 年开始推进清洁生产技术。根据清洁生产技术的要求，我国现阶段热处理生产的主要控制目标应是少无污染、 少无氧化和节能， 并应把真空热处理和可控气氛热处理作为热处理行业 “九五”期间重点推广应用的清洁生产技术。 1.8 小结 1 我国的热处理技术已得到了长足的发展，在热处理的基础理论和某些热处理新工艺、新技术研究方面已达到国际先进水平，但在热处理生产工艺和热处理设备方面还存在较大的差距，主要表现在少无氧化热处理应用少、产品质量不稳定、能耗大、污染严重、管理水平低、成本高。 2 目前在我国工