滲碳技術(shù)的進(jìn)步
xe9\5Gb} c: +UC 滲碳是汽車拖拉機(jī)工業(yè)應(yīng)用最廣的工藝方法之一。50年代實現(xiàn)了從固體滲碳到井工爐中滴入液體滲劑的氣體滲碳的過渡，改善了產(chǎn)品質(zhì)量，提高了工效。60年代初研制成功LiCl露點儀以后，首先在井式滲碳爐上實現(xiàn)了滴入甲醇和丙酮的可控滲碳。在掌握了吸熱式氣氛制備方法和研制成功密封滲碳爐以后，用露點儀實現(xiàn)了密封滲碳爐的碳勢控制。60年代末期研制成功紅外線二氧化碳分析儀。為了提高碳勢控制精度，在70年代推廣了紅外儀，主要用于井式爐的滴注式滲碳。目前用滴甲醇和煤油方式的可控滲碳已達(dá)到相當(dāng)普及的程度。尤其是在70年代末、80年代初大量引進(jìn)滴注式密封滲碳爐和多種微處理機(jī)可編程序控制器碳勢控制儀問世以后，在密封多用爐上也廣泛應(yīng)用起來了。
c=^69>w Lhrlz,1 由于往爐中滴入甲醇和煤油，爐氣中的一氧化碳成分不穩(wěn)定，甲烷含量也達(dá)到1%～2%程度，只用二氧化碳紅外儀的單因素控制是很達(dá)到±0.05%的控制精度。為此，便研究開發(fā)出了二氧化碳、一氧化碳和甲烷的多因素碳勢控制的儀器和方法。
shO4>Ha Cq3Au %7 因為制備吸熱式氣的原料??天然氣和液化石油氣供應(yīng)緊張，而大量使用甲醇，生產(chǎn)成本高，迫使工業(yè)生產(chǎn)尋找別的出路。碳分子篩變壓吸附制氮（PSA法）技術(shù)的出現(xiàn)為解決這個難題創(chuàng)造了條件。80年代初期，研制成功國產(chǎn)碳分子篩制的同。隨后用氮基氣氛、甲醇和乙酸乙酯（或煤油）的合成氛滲碳法便應(yīng)運(yùn)而生。與此同時，引進(jìn)了氣氛微量氧（氧勢）測量、控制技術(shù)和儀器。目前應(yīng)用氮基合成氣氛和氧探頭的爐氣控制技術(shù)的滲碳、用微處理機(jī)控制碳勢和滲層深度的方法已在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。個別工廠還引進(jìn)了Supercarb直生式滲碳法的設(shè)備和工藝。目前在汽車、摩托車、工程機(jī)械、軸承、齒輪、緊固件行業(yè)的可控滲碳、碳氮共滲、氮碳共滲技術(shù)已達(dá)相當(dāng)普及程度。
Qz"http://=hC|H MZqHL4<| 上世紀(jì)80年代以來，本土設(shè)備制造企業(yè)已能成系列生產(chǎn)密封多用爐、推桿連續(xù)爐滲碳、淬火、清洗、回火生產(chǎn)線和網(wǎng)帶爐生產(chǎn)線。應(yīng)運(yùn)而生的尚有與之相配套的碳勢和工藝過程自動控制系統(tǒng)的商品生產(chǎn)供應(yīng)。1990年代以來，國際知名設(shè)備制造企業(yè)相繼在國內(nèi)建立合資，獨資生產(chǎn)廠，為熱處理企業(yè)提供了可靠性高，價格可以接受的先進(jìn)設(shè)備。為此，也刺激，提高了本土設(shè)備制造廠的制造水平，為近十年大量涌現(xiàn)的民營，股份制專營熱處理加工企業(yè)和國營大廠的熱處理技術(shù)改造和設(shè)備更新創(chuàng)造了好的條件。
t gHN\@yj 5DO}&%.xt 真空熱處理技術(shù)的普及
F%4N/e'L x k3)#* 1970年代開始研制油、氣淬火冷卻的冷壁式真空熱處理爐，1980年代成系列地批量生產(chǎn)。目前本土制造企業(yè)已能成系列地提供真空加熱、油氣淬火爐、低壓滲碳爐、1MPa(10bar)高壓氣淬爐、真空燒結(jié)爐、和釬焊爐。真空淬火、高壓氣淬爐的最高溫度可達(dá)1350℃，真空燒結(jié)爐最高可達(dá)1800℃。各種爐種和爐型的產(chǎn)量在200臺以上。近幾年航空工業(yè)和模具工業(yè)的發(fā)展對真空熱處理爐、真空釬焊爐，特別是真空加熱高壓氣淬爐有大量需求，推動了真空設(shè)備制造業(yè)的興旺。低壓滲碳和高壓氣淬技術(shù)的結(jié)合，為車輛齒輪的延壽、減畸（變）和降噪提出了新的途徑，而體現(xiàn)此先進(jìn)技術(shù)的半連續(xù)式生產(chǎn)線的開發(fā)為大批量生產(chǎn)的汽車齒輪熱處理的技術(shù)改造提供了可能。在新世紀(jì)之初、國內(nèi)已有數(shù)家汽車、柴油機(jī)齒輪制造廠引進(jìn)了此類設(shè)備和生產(chǎn)線。
Vt-V'`Y 由于模具對表面質(zhì)量和畸變的高要求，真空高壓氣淬已幾乎成為模具熱處理不可替代的技術(shù)。目前在華南和華東沿海，稍具規(guī)模的民營熱處理加工企業(yè)都擁有至少一臺0.4MPa（最多的有6臺）的真空加熱高壓氣淬爐。在切削刀具行業(yè)，數(shù)控和加工中心的廣泛應(yīng)用，強(qiáng)烈要求刀具具有高的質(zhì)量和長的壽命、城市的環(huán)保也對熱處理提出更嚴(yán)格要求，真空加熱高壓氣淬也因此成為高速鋼刀具熱處理替代鹽浴加熱淬火的首選工藝。
}:[MSUm5 "!uS!BI? 感應(yīng)加熱的廣泛應(yīng)用
>FJK$>[1:p +n)bWB% 感應(yīng)加熱技術(shù)在汽車、拖拉機(jī)、發(fā)動機(jī)工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。在汽車制造中有200多種，近50%重量的零件采用感應(yīng)加熱淬火，例如曲軸、半軸、凸輪軸、剎車凸輪、轉(zhuǎn)向節(jié)、變速導(dǎo)塊槽口、氣門調(diào)整螺栓，進(jìn)排氣閥端頭、球頭肖等。其中東風(fēng)汽車公司半軸的橫向磁場加熱淬火是最具代表性的先進(jìn)技術(shù)。利用橫向磁場的矩形感應(yīng)器實現(xiàn)了半軸表面和圓角的一次加熱淬火，使生產(chǎn)效率提高數(shù)倍、半軸的抗彎扭疲勞強(qiáng)度提高10倍。具有故障報警、診斷功能、由計算機(jī)自動控制的半軸感應(yīng)淬火自動生產(chǎn)線已多年穩(wěn)定投入生產(chǎn)。我國汽車工業(yè)的感應(yīng)熱處理已達(dá)到國際先進(jìn)水平。
$"k1 ^&&E = LEzcq>XO 我國的感應(yīng)電源制造企業(yè)自1990年代引進(jìn)SIT（靜電感應(yīng)晶體管）、1GBT（絕緣柵雙極晶體管）和MOSFET（金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管）全固態(tài)晶體管電源以來，老式的電子管高頻電源和機(jī)式中頻發(fā)電機(jī)組已逐步被晶體管電源代替，本土企業(yè)生產(chǎn)的新式電源已能基本滿足用戶企業(yè)在功率和頻率上的要求。感應(yīng)淬火機(jī)床朝柔性化、自動化、智能化方向發(fā)展具有識別零件，控制功率、自動調(diào)節(jié)工藝參數(shù)、故障顯示、報警、診斷的感應(yīng)淬火裝置，在汽車工業(yè)生產(chǎn)中也逐步推廣應(yīng)用。
!& >LLZ ad52a3deR 化學(xué)熱處理的潛力得到發(fā)揮
B9 , >h~>7i(A 除滲碳、碳氮共滲以外的化學(xué)熱處理，尤其是鋼在鐵素體狀態(tài)下的化學(xué)熱處理，其特點是工件畸變小，對提高機(jī)器零件耐磨減摩性能，提高抗疲勞、抗腐蝕性能和抗咬合能力以及節(jié)能降耗有明顯效果。自上世紀(jì)60年代機(jī)械部機(jī)械科學(xué)研究院研制成功鹽浴氮碳其滲（軟氮化）和無毒原料氮碳共滲，并在生產(chǎn)上應(yīng)用以來，又陸續(xù)開發(fā)出碳氮硼三元共滲、氨+吸熱型氣氛、氨+空氣、氨+二氧化碳的氣體氮碳共滲和氮氧共滲以及低氰鹽浴滲氮、拋光、氧化的QPQ技術(shù)和LT鹽浴氮碳共滲在汽車、摩托車、輕紡機(jī)，機(jī)床，工模具、緊固件、儀器儀表、兵器等行業(yè)獲得廣泛應(yīng)用。由于效果好、成本低，工藝過程簡單、毒性很小，特別受到上列行業(yè)外資企業(yè)和外銷產(chǎn)品企業(yè)的青睞。
$Rn9* OKr %e_){28 n 氣體滲氮雖然工藝周期長，但因滲層硬度高，提高零件耐磨性效果好，且工件畸變小，在機(jī)床精密零件中廣泛應(yīng)用。上海交通大學(xué)潘健生教授在1980年代即對控制滲氮技術(shù)開展了系統(tǒng)研究。通過對氨分解率（H2）的精確控制，可以獲得預(yù)想的鋼件滲層含氮量和理想的組織結(jié)構(gòu)，在生產(chǎn)中得到推廣應(yīng)用。山東工業(yè)大學(xué)（現(xiàn)為山東大學(xué)材料工程學(xué)院）和江蘇機(jī)械研究所（現(xiàn)為鑄鍛熱處理研究所）在1970年代研發(fā)出可得到脆性小的單相Fe2B層的固體滲硼法和粒狀滲硼劑商品。武漢材料保護(hù)研究所亦于同期開發(fā)出硼砂鹽浴滲金屬技術(shù)（類似日本的T.D法）。二者在提高冶金、礦山機(jī)器零件和模具壽命上充分發(fā)揮出了化學(xué)熱處理的潛力。
EW3--33s ca,c+5 離子熱處理的盛行早在1970年代初北京機(jī)床研究所就研成功國內(nèi)第一臺10A離子滲氮試驗裝置。此后，離子滲氮技術(shù)的研究在全國各地如雨后春筍船開展起來。對工藝參數(shù)、滲層組織和性能之間的關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)研究，探索了鋼中含碳量和合金元素以及原始組織、溫度、時間、壓力、氣體介質(zhì)成分對滲層組織的影響。判明了形成γ、ε相，γ’+ε或ε+Fe3C復(fù)合相化合物層以及無化合物層的條件，測定了鋼件在多種服役條件下最適宜的組織形態(tài)。這些結(jié)論對離子滲氮的擴(kuò)大應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。到1980年末全國已有上千臺離子滲氮設(shè)備、數(shù)十家離子滲氮設(shè)備制造廠、興起了一場推廣離子滲氮技術(shù)的高潮。
&vIj(e9Y v&7x ~!O 除離子滲氮外，許多科研單位、大專院校還開展了離子滲碳、碳氮共滲、離子軟氮化、硫氮和碳氮硫共滲、離子滲硼等技術(shù)的研究開發(fā)，但由于技術(shù)復(fù)雜、生產(chǎn)成本高、環(huán)保和安全衛(wèi)生等因素，未得到廣泛應(yīng)用，生產(chǎn)應(yīng)用最廣的還是離子滲氮。
xK4E+^ b jpOcug`f 離子鍍滲技術(shù)的研究和應(yīng)用也是我國熱處理技術(shù)進(jìn)步的范例。太原工業(yè)大學(xué)，北京聯(lián)合大學(xué)和電子部第一研究所對離子鍍滲機(jī)理、工藝參數(shù)的優(yōu)選、鍍層質(zhì)量和工藝的關(guān)系進(jìn)行了深入研究，開發(fā)出了多層輝光離子滲金屬和多弧離子鍍技術(shù)，不僅可以在金屬制品表面獲得致密的TiN沉積層，得到W、Mo、Cr、Ni等單元素鍍滲層，而且還可以使W、Cr、Mo、V等元素按不同組合和比例同時滲入普通鋼材，使其表面得到相當(dāng)厚的類似高速鋼成分的鍍滲層，從而代替昂貴的高速鋼。
JeAyT48!M 3$BO=hI/- 激光和電子束熱處理
(a~V <v" ;&kZ7 % 激光熱處理的試驗研究起始于1979年。最初是在250W的小功率激光器上用小試樣驗證了鋼表面相變硬化的效果。目前二氧化碳激光器已能做到10kW的功率，激光器、導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)和5坐標(biāo)工作臺都能自行制造。
<y"lL>JR NxB/U_j 開展了激光和電子表面相變硬化、熔化凝固、表面涂復(fù)和表面合金化的試驗研究。激光相變硬化在汽車發(fā)動機(jī)氣缸套、彈性聯(lián)軸節(jié)主簧片、紡織機(jī)錠桿、量具塊規(guī)、鑿巖機(jī)氣缸等機(jī)器零件上獲得應(yīng)用。一汽、二汽、北京內(nèi)燃機(jī)總廠、西安內(nèi)燃機(jī)配件廠都已建立起缸套的激光硬化生產(chǎn)線。
{UF|-VaG 十幾年來，從國外引進(jìn)的大功率二氧化碳激光器有十?dāng)?shù)臺之多。目前國產(chǎn)設(shè)備已基本取代進(jìn)口。
=#wE*6T9 大功率激光器的研制和生產(chǎn)單位有華中理工大學(xué)、上海光機(jī)所、沈陽機(jī)電設(shè)計院、中科院北京自動化所等。承擔(dān)國家863科研項目、在激光熱處理應(yīng)用上有貢獻(xiàn)的單位有沈陽金屬所、北京機(jī)床所、北京市機(jī)電研究院、原機(jī)械部北京機(jī)電所、長春機(jī)械研究所等。原機(jī)械部北京機(jī)電研究所和中科院自動化所合作研制了15KW的電子束熱處理裝置。
v+dT7* ^@ @V+KL >Qw 熱處理質(zhì)量的嚴(yán)格控制
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