熱處理技術(shù)發(fā)展和熱處理行業(yè)市場的分析

1、熱處理技術(shù)發(fā)展和熱處理行業(yè)市場的分析 熱處理技術(shù)發(fā)展和熱處理行業(yè)市場的分析作者：朱祖昌1.概述在整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)中凡涉及機(jī)械制造的任何領(lǐng)域中，熱處理是一項(xiàng)廣泛應(yīng)用的一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)工藝之一。它是金屬材料在嚴(yán)格控制的加熱和冷卻條件下進(jìn)行處理，通過改變材料內(nèi)部的顯微組織來達(dá)到人們所要求的使用性能或服役壽命。具體的要求往往在下述方面：軟化材料，改善成型性能，進(jìn)步機(jī)加工效率和生產(chǎn)效率；進(jìn)步材料的強(qiáng)度和韌度，增加零部件的壽命；在保證材料心部性能的同時(shí)進(jìn)步工件的表面強(qiáng)度、硬度、耐磨性、疲憊性和耐蝕性等；研制新型材料和針對已出現(xiàn)的特種材料通過熱處理方法獲得特殊的物理、化學(xué)性能以滿足醫(yī)療、宇航、生物、光學(xué)、電子等領(lǐng)

2、域中高要求的應(yīng)用；改進(jìn)傳統(tǒng)材料的生產(chǎn)和處理，細(xì)化材料的組織，大大進(jìn)步強(qiáng)度和韌度，充分發(fā)揮材料潛能，滿足愈來愈高的產(chǎn)業(yè)需要；應(yīng)用物理和化學(xué)沉積方法使材料表面的性能發(fā)生質(zhì)的奔騰，滿足高速高精度加工的需要和高耐磨、耐蝕環(huán)境下的使用要求；應(yīng)用納米技術(shù)、復(fù)合材料技術(shù)制造出特種性能的材料。金屬制品和工件經(jīng)熱處理使其達(dá)到所要求的組織、性能和服役壽命，應(yīng)按精確生產(chǎn)方式來完成，即使其在精確可靠運(yùn)行的清潔設(shè)備中，按科學(xué)先進(jìn)的工藝方法，在嚴(yán)格的治理下往完成處理全過程，獲得分散度為零的高質(zhì)量水平。嚴(yán)格的治理包括工藝執(zhí)行治理、設(shè)備治理、質(zhì)量治理、能源治理、環(huán)保治理和人力資源治理等。這些治理項(xiàng)目在質(zhì)量保證體系和環(huán)保體系的

3、認(rèn)證中規(guī)定十分明確。對一個(gè)投資企業(yè)，應(yīng)十分重視ISO9000，QS9000和ISO14000等的認(rèn)證。達(dá)到這些認(rèn)證，才能找到和確定企業(yè)和汽車、宇航航空、機(jī)械、化工、冶金、紡織、工模具等方面領(lǐng)域的固定客戶，并爭取維持長期合作關(guān)系?？邕M(jìn)21世紀(jì)，人類對環(huán)境保護(hù)的要求越來越高，我國已把環(huán)保作為一項(xiàng)基本國策，并開始推進(jìn)清潔生產(chǎn)，要求施行綠色熱處理，生產(chǎn)清潔產(chǎn)品。施行綠色熱處理，最根本的是為了人類的可持續(xù)發(fā)展。世界環(huán)境和發(fā)展委員會在我們共同的未來報(bào)告中闡明“可持續(xù)發(fā)展”為“既滿足當(dāng)代人的需要，又不致?lián)p害子孫后代滿足其需要的能力的發(fā)展”。易于理解的是要我們做到自然資源的公道開發(fā)利用，同時(shí)做好自然資源的保護(hù)

4、和環(huán)境的保護(hù)。對一個(gè)企業(yè)而言，要處理好發(fā)展與效益、發(fā)展與創(chuàng)新的關(guān)系，也要處理好發(fā)展與資源、發(fā)展與環(huán)境的關(guān)系。優(yōu)秀的企業(yè)家，要處理好這些關(guān)系，也一定要善于處理好這些關(guān)系。在處理中求得生存，求得效益，求得發(fā)展。2 . 國內(nèi)外熱處理先進(jìn)技術(shù)與裝備2.1.國外熱處理先進(jìn)技術(shù)與裝備的水平熱處理技術(shù)作為機(jī)械制造業(yè)中十分重要的基礎(chǔ)工藝技術(shù)之一，在整個(gè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中，應(yīng)用十分廣泛。在充分發(fā)揮材料潛能，節(jié)約能源，進(jìn)行清潔生產(chǎn)和人類社會可持續(xù)發(fā)展上，熱處理技術(shù)的拓展是盡不能忽視的。世界上產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)國家都投進(jìn)很多資金來發(fā)展這門技術(shù)。自1996年以來，美國、日本的歐洲的很多發(fā)達(dá)國家都先后制定21世紀(jì)熱處理技術(shù)發(fā)展規(guī)劃和目標(biāo)

5、。美國熱處理產(chǎn)業(yè)2020年遠(yuǎn)景把目前和將來國外熱處理先進(jìn)技術(shù)與裝備水平的目標(biāo)和主要標(biāo)志闡述得十分明確。2.1.1 國外先進(jìn)熱處理技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)國外熱處理技術(shù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)是可持續(xù)發(fā)展，產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)步，節(jié)約能源，精確生產(chǎn)，進(jìn)步生產(chǎn)效率，國內(nèi)的發(fā)展必應(yīng)以此作為著眼點(diǎn)。這五個(gè)方面之間實(shí)際上是互相關(guān)聯(lián)和制約的?？沙掷m(xù)發(fā)展中首先涉及環(huán)境，熱處理是與環(huán)境和能源密不可分。熱處理加工過程中應(yīng)用的生產(chǎn)物料和剩余物料很多可能都是致污染源。熱處理工作者要公道選用避免形成有害剩余物料的技術(shù)，對不得已產(chǎn)生的有害物質(zhì)須應(yīng)用先進(jìn)的無害化處理方法使有害剩余物料達(dá)到國家或國際上規(guī)定的安全排放標(biāo)準(zhǔn)，并研究開發(fā)再生和重復(fù)使用的方法

6、。國外對之研究很多，當(dāng)然投資相當(dāng)大。熱處理的能源消耗在機(jī)械制造企業(yè)中約占2030。上世紀(jì)90年代中期有調(diào)查我國每年用于熱處理的電能約86億度（約占總發(fā)電量的1），全國熱處理營業(yè)額約50億人民幣。1996年美國熱處理用電總量為51億度，比我國低40.7，而全國熱處理營業(yè)額為150億美元，按當(dāng)時(shí)匯率合計(jì)為1245億人民幣，是我國的24.9倍。由此可見，我國熱處理的能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家。因而，我國熱處理設(shè)備和現(xiàn)行熱處理工藝的改進(jìn)、完善和開發(fā)十分必要，節(jié)約能源的遠(yuǎn)景很大的。另外，我國機(jī)械工廠的熱處理用電用度約占產(chǎn)品生產(chǎn)本錢的40，這當(dāng)然嚴(yán)重影響產(chǎn)品本錢的降低。留意，電是二次能源，發(fā)電效率一般為304

7、0%，熱處理生產(chǎn)熱效率如達(dá)80，則用電的綜合熱效率只有2432。對利用一次能源自然氣的熱處理爐，加上煙道熱能利用，可使綜合熱效率達(dá)6065。為此，在解決控制爐溫技術(shù)條件下，應(yīng)用自然氣使耗能下降，降低本錢和進(jìn)步生產(chǎn)效率十分有利。日本在這方面應(yīng)用較好。熱處理產(chǎn)品質(zhì)量的進(jìn)步和精確生產(chǎn)過程，要涉及熱處理設(shè)備的質(zhì)量、可靠性和控制技術(shù)的進(jìn)步以及熱處理產(chǎn)品的質(zhì)量重現(xiàn)性和產(chǎn)品性能的進(jìn)步。熱處理設(shè)備的高指標(biāo)要求的實(shí)現(xiàn)是熱處理產(chǎn)品性能、變形等質(zhì)量分散度趨于零的重要條件。國外熱處理設(shè)備對熱處理全過程進(jìn)行工藝參數(shù)的全面控制，并正在向自動化，集成化，柔性化和智能化的方向發(fā)展。在我國對上世紀(jì)60年代就應(yīng)用的可控氣氛熱處理

8、，還僅在部分大型企業(yè)和少數(shù)專業(yè)廠使用。全國范圍看，可控氣氛爐和真空爐總共尚不到熱處理設(shè)備的5，一些勞動強(qiáng)度大、污染嚴(yán)重和能耗大的設(shè)備仍占不少數(shù)目。很多熱處理企業(yè)還主要靠手工操縱，尚未進(jìn)行碳勢的控制或只是初步的控制，淬火介質(zhì)也只是采用水和油（主要是機(jī)械油）兩種。在這種條件下，要進(jìn)步產(chǎn)品質(zhì)量和進(jìn)行精確生產(chǎn)僅只是空話，這要求企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層予以充分考慮。以上項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)和保證，自然就能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)本錢的降低和勞動生產(chǎn)率的進(jìn)步。國外產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)國家正是這樣往規(guī)劃和努力的，我國也應(yīng)該向這些目標(biāo)奮進(jìn)。美國熱處理產(chǎn)業(yè)2020年的遠(yuǎn)景可以回納描述如下：運(yùn)用最新的CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）程序和熱處理數(shù)據(jù)庫，計(jì)算機(jī)模擬的仿真技術(shù)

9、和精確控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對熱處理進(jìn)行高度柔性化和智能化的全面控制及系統(tǒng)治理。熱處理產(chǎn)業(yè)的目標(biāo)為：具有一流的熱處理質(zhì)量，質(zhì)量分散率為零；工藝周期縮短50；熱處理工件畸變?yōu)榱?；熱處理能源利用率進(jìn)步到80；熱處理對環(huán)境影響減少到零；熱處理本錢降低75；取得高的生產(chǎn)率和利潤回報(bào)率；工作環(huán)境清潔，舒適和安全。其它還涉及：熱處理工人受到良好練習(xí)，把握先進(jìn)技術(shù)和操縱技能。政府為企業(yè)進(jìn)一步減輕負(fù)擔(dān)，刺激熱處理企業(yè)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，并鼓勵投資和銀行貸款。產(chǎn)、官、學(xué)、研和會（學(xué)會、協(xié)會）合作加快推進(jìn)先進(jìn)的熱處理技術(shù)。2.1.2 國外先進(jìn)熱處理技術(shù)主要標(biāo)志針對上述國外先進(jìn)熱處理發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，具體的發(fā)展主要標(biāo)志可概括為個(gè)“少

10、無” ：少無污染，少無畸變，少無分散，少無浪費(fèi)，少無氧化，少無脫碳，少無廢品和少無人工。這兒以下述四個(gè)方面對目前國外先進(jìn)熱處理水平予以論說。2.1.2.1 清潔生產(chǎn)和零污染：熱處理生產(chǎn)有些會形起環(huán)境污染，主要是指生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣、廢水，廢渣，噪聲和電磁輻射等。先進(jìn)的熱處理技術(shù)應(yīng)采用清潔設(shè)備，對清潔材料進(jìn)行清潔工藝的生產(chǎn)。真空設(shè)備，可控氣氛設(shè)備，離子滲設(shè)備，低NOx、SOx燃料燃燒設(shè)備，流態(tài)床設(shè)備等屬無污染清潔設(shè)備；N2和各種惰性氣體，聚合物淬火劑，無氟氯烴清洗溶劑，Al2O3和SiO2等流態(tài)床粒子（具備除塵條件）等材料屬清潔材料；真空處理，可控氣氛處理（盡可能減少CO2排放），屏蔽良好的感

11、應(yīng)熱處理工藝屬清潔工藝；這樣，真空熱處理，低壓滲碳，等離子熱處理，高壓氣淬，真空清洗，三束（離子束、激光束、電子束）熱處理，噴霧噴水淬火等顯然可屬少無污染的清潔熱處理技術(shù)。對氣體滲碳和用滲碳?xì)夥占影钡臍怏w碳氮共滲和氮碳共滲后排出的廢氣應(yīng)經(jīng)點(diǎn)燃后才可無害排放；離子滲硼中不可使用劇毒的B2H6（乙硼烷）；對鹽浴中不可使用受熱要分解產(chǎn)生氰根的黃血鹽和赤血鹽；對含碳酸鹽的鹽浴不可使用尿素或縮二脲，由于它會反應(yīng)天生氰酸鹽，后分解為氰鹽。對含S和Li的氰酸鹽碳酸鹽鹽浴可使氰化物保持在0.10.8%的低水平，處理零件的滲氮后性能良好，且處理周期縮短，這工藝在美、歐和日本應(yīng)用相當(dāng)多，法國HEF公司的SURSU

12、LF工藝及處理后進(jìn)進(jìn)氧化鹽浴屬于這種技術(shù)，（我國的LT硫氮碳共滲法也是）。在氰酸鹽浴中添加有機(jī)聚合物melon也可將氰鹽含量降到2%3%，其余大部分是無毒的氰酸鹽，法國HEF公司的德國Durferrit子公司（原屬Degussa公司）的Tufftride / Melonite / Tenifer / QPQ處理鹽浴屬于此類技術(shù)，（我國成都工具研究所的QPQ復(fù)合鹽浴處理也是）。清洗水中的氰含量已經(jīng)稀釋可無害排放。盡管如此，法、德和日本對這些工藝的無公害處理十分嚴(yán)格，并研究廢鹽的再生。對高速鋼刃具淬火仍采用的BaCl2鹽浴和含BaCl2廢水須經(jīng)無害化處理達(dá)標(biāo)后才答應(yīng)排放，德國已采用專門技術(shù)和裝置來

13、解決。對有些應(yīng)采用的非清潔工藝和非清潔材料，在整個(gè)處理過程中要進(jìn)行全封閉，并在密閉系統(tǒng)中進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)無公害排放。處理的渣物要研究予以再生或作特殊處理。2.1.2.2 精確生產(chǎn)和零畸變：熱處理過程中的加熱和冷卻會使金屬工件在處理后發(fā)生外形和尺寸的改變，增加加工余量的用再加工方法予以消除，變形超差則會引起報(bào)廢，使已投進(jìn)的材料和資源損失。工件變形也會影響互換性和減小運(yùn)行的精密性，造成效率減低，能耗增大和噪聲等弊病。為此，熱處理零畸變十分重要，這要依靠熱處理過程的精確生產(chǎn)來保證。精確生產(chǎn)要靠控制精度高和可靠運(yùn)行的熱處理設(shè)備（溫度、壓力、時(shí)間等工藝參數(shù)的精確控制和重現(xiàn)控制），材料的成分組織（含量偏差，

14、雜質(zhì)含量和偏析，原始組織一致）及相應(yīng)的材料熱物理性能和工藝性能偏差小來予以保證，從而使同一爐批處理件的質(zhì)量（組織、硬度、變形、表面狀態(tài)、滲層深度、滲層濃度分布等）差異縮小（或在技術(shù)要求控制范圍內(nèi)）和使不同爐批處理產(chǎn)品質(zhì)量重現(xiàn)性進(jìn)步。工件發(fā)生變形主要發(fā)生在冷卻階段，淬火過程中工件均勻冷卻，減小工件表面和心部的溫差對減小畸變至關(guān)重要，所以應(yīng)公道選擇冷卻介質(zhì)和冷卻方式。采用聚合物淬火介質(zhì)、采用循環(huán)和攪動方式及速度控制冷卻，公道選用淬火油溫度，控制淬火油面壓力（以達(dá)減小工件淬火變形），進(jìn)行鹽浴分級或等溫冷卻，施行氣體冷卻，噴水噴霧冷卻，應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬的冷卻場技術(shù)，施壓淬火，利用回火余熱在自動矯直機(jī)上矯

15、直等技術(shù)的采用，為減小畸變創(chuàng)造條件。國際上名牌汽車齒輪滲碳后淬火減小變形的主要措施是實(shí)現(xiàn)等溫順分級淬火，減小齒輪心表的溫差和發(fā)生相變的不同時(shí)性，來降低熱應(yīng)力和組織應(yīng)力的差異。也有報(bào)導(dǎo)汽車齒輪在低壓滲碳后施行變向高壓（2MPa）氣淬，可使同步環(huán)齒輪畸變落在非常狹小的范圍內(nèi)。應(yīng)指出，嚴(yán)格的治理，科學(xué)先進(jìn)的工藝方法，可靠的設(shè)備，精確的傳感器，能實(shí)現(xiàn)精密控制的成套工程系統(tǒng)（包括儀器儀表、伐、泵，執(zhí)行動作元器件，計(jì)算機(jī)，程序設(shè)計(jì)和實(shí)施等）是確保精確生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)無廢次品生產(chǎn)和質(zhì)量分散度為零的生產(chǎn)的保證。2.1.2.3 少無氧化和少無脫碳：一般金屬在空氣中加熱會發(fā)生氧化和脫碳，這會造成金屬的大量耗損，也破壞工

16、件的表面狀態(tài)和加工精度。表面發(fā)生脫碳的鋼鐵工件在熱處理后的性能會有所下降：硬度降低，耐磨性下降，表面產(chǎn)生張應(yīng)力，降低抗疲憊性，耐蝕性變差等。這就有必要再行加工往除氧化脫碳層，或進(jìn)行“復(fù)碳”處理，這必然增加生產(chǎn)本錢，浪費(fèi)材料，增加能耗和降低成品率。屬于少無氧化的熱處理技術(shù)主要包括應(yīng)用氣氛、真空、感應(yīng)、流態(tài)床、鹽浴、激光束、電子束、離子束、涂層、包裝（packing）和還原性火焰下的燃燒爐加熱技術(shù)。應(yīng)用氣氛包括惰性（主要是Ar）和中性氣氛（N2氣中）以及可控氣氛（控制H2/H2O，CO/CO2的比值至一定程度）。對前兩者的氣體應(yīng)進(jìn)行干燥，使露點(diǎn)下降至-60以下。對后者的氣氛要在使用溫度下具有還原性

17、，它對防止脫碳而言，還要控制氣氛碳勢。應(yīng)用氣氛在近30年來，有應(yīng)用氮基氣氛的，它可應(yīng)用碳分子篩的變壓吸咐空氣來制氮和應(yīng)用薄膜分離制氮。對滲碳，由純氮和甲醇裂解氣體混合的合成氣氛可以替換應(yīng)用自然氣或丙烷制備吸熱型氣氛。通常生產(chǎn)中可應(yīng)用99.8%的普氮中滴進(jìn)甲醇，靠甲醇裂解氣中的H2和CO來往除普N2中的殘留氧。這樣方法是簡單的，但在美國由于甲醇漲價(jià)，使本錢增加很多。實(shí)際上在自然氣供給保證下，使用自然氣制備放熱或吸熱型氣氛更為可行。應(yīng)用真空，將爐子抽到0.1Pa的真空度，可實(shí)現(xiàn)大多數(shù)金屬的無氧化加熱，但由于真空中的加熱是輻射加熱，加熱速度較慢。往往再通進(jìn)約0.8105Pa的惰性氣體或氣氛，增加一定

18、的對流來進(jìn)步加熱速率，這在真空熱處理爐中已漸漸推廣使用。當(dāng)前真空熱處理設(shè)備有單室、雙室、三室、多室、油淬、氣淬、油氣淬兩用、高壓氣淬、低壓滲碳高壓氣淬、多室低壓氣淬和高壓氣淬結(jié)合的半連續(xù)生產(chǎn)線以及低壓滲碳、高壓氣淬和回火的柔性生產(chǎn)線等。感應(yīng)加熱由于加熱速度迅速，這時(shí)工件氧化不嚴(yán)重，也可屬少無氧化加熱方式，在一點(diǎn)不答應(yīng)發(fā)生氧化場合可在感應(yīng)加熱同時(shí)通進(jìn)氣氛加以保護(hù)，日本電子產(chǎn)業(yè)（株）已提供類似的技術(shù)。目前已有應(yīng)用感應(yīng)加熱進(jìn)行滲碳化學(xué)熱處理報(bào)導(dǎo)。應(yīng)用流態(tài)床（必要條件下通保護(hù)氣）和正常脫氧的鹽浴爐中可實(shí)現(xiàn)無氧化加熱。在缺乏氣氛爐的現(xiàn)場可使用防氧化涂料和應(yīng)用不銹鋼箔包裝后在空氣爐中的加熱，但留意，這幾種

19、加熱方式會使加熱工件表面出現(xiàn)少量的脫碳。鋼件在空氣或含CO2和H2O的氧化性氣氛中加熱會發(fā)生脫碳的弊病，發(fā)生脫碳比發(fā)生氧化更為嚴(yán)重，要求也更嚴(yán)格。對加熱淬火而言，應(yīng)用CO-CO2、N2-CO-CO2-H2-H2O混合氣氛，爐氣的碳勢須與工件表面含碳量一致，對中高碳鋼的加熱，必須對爐氣實(shí)行碳勢控制。對應(yīng)用真空加熱中，真空度達(dá)到不氧化時(shí)，也就不會發(fā)生脫碳。國外先進(jìn)的熱處理技術(shù)中對脫碳是控制相當(dāng)嚴(yán)格的。2 .1.2.4 開發(fā)節(jié)約能源的設(shè)備和工藝：開發(fā)節(jié)約能源的設(shè)備和工藝是十分有效的節(jié)能措施。近年來，連續(xù)式爐取代周期式爐，節(jié)能潛力很大。燃燒爐上采用高效換熱器來預(yù)熱空氣，公道控制燃燒系數(shù)（）在1.11.

20、3范圍，推廣具有蜂窩式周期蓄熱器裝置，橫向燃燒的燒嘴和輻射管，都達(dá)到很好節(jié)能效果。從爐子設(shè)計(jì)上看，爐子散熱量大小與爐子外表面積有很大關(guān)系，這樣，爐子圓形截面可比矩形截面的表面積小14%，外壁爐殼溫度降低10，使通過爐壁的散熱減少20%。為此，目前日本的密封多用爐和推桿式連續(xù)式爐都改為圓形截面。有報(bào)導(dǎo)，日本同和礦業(yè)（原日本東京熱處理）將20年前的滲碳、淬火、清洗和回火推桿式生產(chǎn)線進(jìn)行節(jié)能改造，將前清洗改為燃燒脫脂，脫脂廢氣熱量用作回火爐的部分熱源，將滲碳爐排出的氣氛用作脫脂爐和堿液清洗槽及淬火油的加熱，這樣的廢熱綜合利用使燃料用度減少40%，同時(shí)改善了環(huán)境。在我國，設(shè)備的節(jié)能潛力更為巨大，千萬應(yīng)

21、引起我國熱處理工作者和設(shè)備制造商的重視。能源的節(jié)約帶來的是財(cái)富。開發(fā)節(jié)能的熱處理工藝也是很有效的節(jié)能措施。實(shí)施高溫滲碳可大大縮短工藝周期，日本早就進(jìn)行這項(xiàng)工作，把滲碳溫度從930進(jìn)步至1050將減短工藝周期40%。但在一般電阻爐中實(shí)施受到發(fā)熱體和耐熱材料的限制難以兌現(xiàn)，而在真空爐中進(jìn)行低壓滲碳，在1050進(jìn)行滲碳是輕而易舉的事?，F(xiàn)在乙炔低壓滲碳已成熟應(yīng)用于生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了真空滲碳技術(shù)的革命性突破，通進(jìn)低壓氨氣也可實(shí)現(xiàn)乙炔低壓碳氮共滲，不論從質(zhì)量、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)來看，乙炔低壓真空滲碳是能整合進(jìn)進(jìn)生產(chǎn)線的符合未來要求的表面改性技術(shù)（下文還有論述）。以氮碳共滲、硫氮碳共滲和氧氮共滲代替滲碳和碳氮共滲可把工藝

22、溫度從850930降到550580，代替一般氣體滲氮可把工藝時(shí)間從3070h減少到1.53h。另外鋼件鍛后熱處理，應(yīng)用非調(diào)質(zhì)鋼取代昂貴耗能的淬火高溫回火工藝都可達(dá)節(jié)能目的。有報(bào)導(dǎo)，我國每噸鋼材的耗電在5001000kWh，比美、歐和日本高23倍，從上面分析，開發(fā)節(jié)約能源的設(shè)備和工藝潛力很大，遠(yuǎn)景樂觀，但一定要付諸努力。2.2.我國熱處理產(chǎn)業(yè)目前狀況和與國外存在的差距2.2.1 目前狀況：我國熱處理產(chǎn)業(yè)的基本情況與美國（1996年）和日本（1998年）的比較列于表。我國的情況常見于一般雜志上刊登的，實(shí)際上是我國上世紀(jì)90年代中期的情況；我國的情況取自金屬熱處理2005年，是中國熱處理行業(yè)協(xié)會樊東

23、黎教授根據(jù)2003年約20余個(gè)產(chǎn)業(yè)城市調(diào)查基礎(chǔ)上的推算估計(jì)值，估算似乎相當(dāng)樂觀?，F(xiàn)在全國全能企業(yè)熱處理廠、分廠、車間、股份制、民營熱處理企業(yè)約15,000家，其中全民制企業(yè)約12,000家，占80%，個(gè)體民營和股份制企業(yè)約3000家。熱處理員工（按每家25人計(jì)算）總數(shù)約37萬人，其中技術(shù)職員和治理職員約3萬和3.3萬，占8%和9%左右。全國熱處理加熱設(shè)備約15萬臺（一標(biāo)準(zhǔn)臺以75KW計(jì)算），裝機(jī)容量為11106kW。計(jì)算的全國加熱設(shè)備年生產(chǎn)能力近45106t。計(jì)算的消耗電總量為9.9109kWh。折算的全國熱處理年?duì)I業(yè)額約310億元。由此計(jì)算的我國年勞動生產(chǎn)率為8.7萬元人年，超出我國第九個(gè)五

24、年計(jì)劃后期的6萬元人年水平，但仍為美國1996年水平的1/10。以能源利用計(jì)算，全國熱處理均勻單位電耗約730kWh/t（全國年實(shí)際熱處理生產(chǎn)量以13.5106t算），指看2005年大中城市均勻電耗達(dá)500 kWh/t的“十五”目標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)。國內(nèi)對專營熱處理的民營股份企業(yè)的計(jì)算：企業(yè)數(shù)約3000家，守舊地設(shè)每企業(yè)年均勻營業(yè)額為200萬元，則全年數(shù)為60億元，占全國熱處理總營業(yè)額的20%，此比例大于美國的10%（1996年），小于日本的30%。又設(shè)每企業(yè)員工數(shù)為1012人，則全員勞動生產(chǎn)率為20萬元人年 16.7萬元人年，為美國（1996年）的1/41/5。估計(jì)上海地區(qū)的數(shù)字會更高。這為投資和收

25、益的推算僅提供參考。上海的情況按2000年有關(guān)文章先容：全市共有加熱爐6500余臺，裝機(jī)容量36萬kW。全年用電量為3億kWh，年熱處理工件重量約60萬噸，按此計(jì)算電耗數(shù)為500kWh/t，名列全國前茅，已達(dá)我國“十五”目標(biāo)。估計(jì)近兩年又會有下降。但這數(shù)字與1997年國外金屬熱處理雜志上報(bào)導(dǎo)的引進(jìn)Holcroft公司設(shè)備的先進(jìn)能耗（356kWh/t）比尚有一定差距。當(dāng)然應(yīng)指出，我估算的是均勻值，先進(jìn)設(shè)備的值是單臺數(shù)據(jù)。這兒僅作說明方便而已，影響能耗的因素是多方面的。有報(bào)導(dǎo)歐洲國家的能耗為400度/t，日本為300度/t（年數(shù)不詳）。2.2.2 熱處理設(shè)備現(xiàn)狀和差距我國的熱處理爐以電爐為主（占9

26、0%以上），但存在能耗高、熱效率低和性能差的弊病。很多生產(chǎn)廠目前使用的熱處理設(shè)備還是上世紀(jì)六七十年代制造的，未完全擺脫五十年代仿蘇產(chǎn)品的狀態(tài)。熱處理設(shè)備70%在空氣中進(jìn)行加熱，可控氣氛加熱和真空加熱只占5%左右。按1985年全國熱處理電阻爐數(shù)目及構(gòu)成表，一般箱式爐、鹽浴爐和井式爐（包括井式滲碳爐）占的比例分別為35.56%，21.31%和21.30%。另外，按上海市熱處理行業(yè)最近的設(shè)備統(tǒng)計(jì)，一般箱式爐、鹽浴爐和井式爐占的比例分別為40%，5.55%和29.11%。相比較可見，在我國的主要熱處理設(shè)備中，20多年來，一般箱式爐和井式爐比重相差不大，（鹽浴爐由于近年來BaCl2的禁用而大比例縮減）。

27、設(shè)備的陳舊可見一斑。此外，上海真空爐、可控氣氛爐的比例進(jìn)步至3.67%和8 %，合計(jì)為11.67%（高于全國水平），雖比1985年的1.68%進(jìn)步了近10倍，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)適應(yīng)不了熱處理產(chǎn)業(yè)中四種工藝的要求比例：滲碳碳氮共滲占20%；中性氣氛中淬火占20%；在真空中淬火占15%；退火往應(yīng)力占10%，其它如感應(yīng)熱處理、滲氮、釬焊、鹽浴熱處理和有色合金熱處理約占35%（美國）。金屬在氧化介質(zhì)中加熱會造成嚴(yán)重的氧化損耗，在汽車制造上燒損量達(dá)7.5%，即每臺裝重汽車損失優(yōu)質(zhì)鋼材4050kg，每臺轎車為2530kg，如冷軋鋼帶的中間退火采用無氧化加熱，可節(jié)約20%材料。少無氧化加熱已日不容緩，固然國內(nèi)汽車、拖

28、拉機(jī)、軸承、彈簧、緊固件行業(yè)和重點(diǎn)骨干企業(yè)少無氧化熱處理比重已達(dá)80%左右，但一般水平還保持在30%左右。同時(shí)，國內(nèi)的設(shè)備還停留在手工操縱上，勞動強(qiáng)度大。少無氧化熱處理技術(shù)的普及在世界上是上世紀(jì)80年代到90年代熱處理水平的主要標(biāo)志。先進(jìn)產(chǎn)業(yè)國家無氧化熱處理比重已達(dá)80%以上。據(jù)報(bào)導(dǎo)，歐洲產(chǎn)業(yè)國在1980年經(jīng)真空熱處理零件比重為3%，1985年增至18%，2000年增到23%，可控氣氛熱處理比重也由19%增至29%，在氧化氣氛中熱處理件由57%減至7%，美國石油機(jī)械制造業(yè)在1985年少無氧化熱處理就達(dá)60%以上。在這點(diǎn)上講，我國的水平還處很低水平。有人估計(jì)，我國在2010年基本完成“少無氧化”

29、熱處理為中心的技術(shù)改造的話，那么到2010年我國總體熱處理生產(chǎn)水平會達(dá)到目前歐美國家的水平，同時(shí)有看使部分骨干企業(yè)達(dá)到當(dāng)時(shí)的國際先進(jìn)水平。國內(nèi)更多的股份制企業(yè)和民營企業(yè)對先進(jìn)熱處理設(shè)備的需求會更為突出。隨工模具發(fā)展和航空產(chǎn)業(yè)的持續(xù)技術(shù)改造，對高壓氣淬真空爐需求每年會達(dá)300臺以上，到2010年80%真空熱處理爐的需求是1000kPa以上的雙室高壓氣淬爐。低壓滲碳和2000kPa高壓氣淬生產(chǎn)線會在汽車行業(yè)得到一定的推廣，使用低壓滲碳后在1000kPa2000kPa的惰性氣體中氣淬來代替油淬是重要發(fā)展趨勢。但國內(nèi)設(shè)備制造廠恐怕還難以適應(yīng)這種要求。設(shè)備的解決同時(shí)，還要密切留意加工市場。我國現(xiàn)在熱處理

30、加工能力存在過剩，一般設(shè)備均勻利用率只有30%。對新建熱處理企業(yè)尤其要留意，不建立固定客戶網(wǎng)是不行的。美國2020年遠(yuǎn)景中講到：與客戶十年的合作是典型的，要從最初的產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的熱處理都包含在內(nèi)，才收到縮短加工周期和降低用戶及熱處理廠生產(chǎn)本錢的效果。關(guān)于國內(nèi)工藝輔助材料、職工素質(zhì)、治理、人才資源方面差距不在此累贅。2.2.3 有關(guān)實(shí)例：有關(guān)實(shí)例，我選了美國一家，英國一家，日本一家和韓國二家，國內(nèi)選了長春第一汽車廠。美國通用GM的DELPHI Saginaw Steering Systems熱處理車間，是底特律GM公司的第5分廠熱處理車間。主要產(chǎn)品是轎車的傳動器和轉(zhuǎn)向器零部件，如半軸、十字軸、轉(zhuǎn)

31、向節(jié)、球頭銷等，年產(chǎn)250萬套。其生產(chǎn)設(shè)備是美國Holcroft產(chǎn)業(yè)爐公司的四排大型連續(xù)式氣體滲碳自動線10條，其中6條用自然氣加熱，4條用輻射管加熱。車間與冷加工車間連在一起，整個(gè)車間只有8人操縱。英國Bodycote金屬技術(shù)團(tuán)體是世界性的專業(yè)金屬服務(wù)公司，分金屬熱處理、熱等靜壓、金屬涂層和材料測試服務(wù)中心四部分。在英國Birimngham有該地分部和Aldrige分部從事熱處理服務(wù)工作。Birimngham分部是于1991年建立的較現(xiàn)代化專業(yè)廠。有Ipsen公司92年制造的全計(jì)算機(jī)控制的7臺多用爐的連續(xù)生產(chǎn)線，每臺多用爐的裝爐量為1000kg，由一臺計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動控制，晝夜連續(xù)處理，除裝卸

32、零件外全部自動控制。該團(tuán)體意識到世界一流設(shè)備對服務(wù)的重要性，不惜投資400萬英鎊。該分部已獲得ISO9002和英國BS 5750-2認(rèn)可。它取得歐洲、日本和美國宇航產(chǎn)業(yè)、通訊、汽車、精密工程等生產(chǎn)許可證。其員工31人，人均年產(chǎn)值達(dá)7.3萬英鎊（合100萬元人年）。其滲碳件的收費(fèi)為0.50.8英鎊kg（合711元kg）。該分部還有3臺活動粒子爐，購自德國Schwing公司，爐溫可達(dá)7001100，可進(jìn)行碳氮共滲和淬火處理，自動化程度較高。Aldrige分部是一個(gè)較老的廠點(diǎn)，廠房和設(shè)備比較陳舊，其工作環(huán)境和制造水平與我們國內(nèi)相差未幾。設(shè)備是幾臺老式網(wǎng)帶爐和氣氛爐，仍在生產(chǎn)。此外有4臺離子滲氮爐（2

33、 m）用于處理齒輪。還有一臺離子鍍膜機(jī)和一臺化學(xué)氣相沉積TiN設(shè)備，用于處理冷沖模具和刀具等。后幾種是現(xiàn)代化程度較高的設(shè)備。日本東伸熱處理株式會社，位于大阪府八尾市的本社工場，成立于1943年，進(jìn)行氣氛爐滲碳，無氧化淬火，真空和高頻感應(yīng)熱處理。前者是用周期爐和連續(xù)爐進(jìn)行汽車零件熱處理及其它機(jī)械零件熱處理。真空熱處理主要用于軸承零件。該工場實(shí)現(xiàn)了柔性生產(chǎn)體制。生產(chǎn)線由6臺多用爐，5臺回火爐，油冷槽1臺、水冷槽1臺，清洗槽1臺，脫脂槽1臺，備料臺1套，料盤滾道1套，料盤旋轉(zhuǎn)臺1個(gè)，無人運(yùn)料小車一個(gè)，2列18位4層的主體框架1套構(gòu)成。本社工場于1997年7月通過ISO9002認(rèn)證。韓國現(xiàn)代汽車蔚山廠

34、，以生產(chǎn)轎車和輕型車為主的汽車廠。其中傳動器車間生產(chǎn)軸和齒輪，熱處理僅作為一道工序布置在加工線上，零件在冷加工線上已放在熱處理夾具上。熱處理有9條單排連續(xù)滲碳自動線。其中一條由美國HOLCROFT公司制造外，其余8條均由東宇熱處理產(chǎn)業(yè)株式會社制造。這8套設(shè)備比較精致，是典型的小巧玲瓏日本式。采用的滲碳?xì)夥諡楸榧覴X氣，最高滲碳溫度為900，在850淬火區(qū)通進(jìn)NH3,以使工件表面形成碳氮共滲組織來進(jìn)步力學(xué)性能，然后淬進(jìn)140硝鹽浴，以最大限度地減小變形，使齒輪表面精度進(jìn)步，壽命進(jìn)步和減小噪音，該硝鹽處理是現(xiàn)代廠的特色。9條自動線上只有2人在設(shè)備進(jìn)出口走動，進(jìn)行設(shè)備的檢查和填寫工藝記錄卡的治理。

35、東宇熱處理產(chǎn)業(yè)株式會社彥陽工廠，是一全能熱處理生產(chǎn)廠，員工50人，人均創(chuàng)年勞務(wù)收進(jìn)為150萬元，是很可觀的。工廠按工藝劃分成3部分，第一部分為滲碳區(qū)，有12臺密封箱式多用爐，整盤整盤的汽車和建筑機(jī)械零部件先在1臺雙工位真空清洗機(jī)上清洗干凈（代替脫脂處理），后進(jìn)進(jìn)多用爐內(nèi)進(jìn)行滲碳，過程由計(jì)算機(jī)控制，所有數(shù)據(jù)打印出來，由操縱者認(rèn)可并填進(jìn)檢點(diǎn)卡。12臺箱式爐由1人操縱。第二部分為真空滲碳、滲氮、沉積TiN和滲金屬（釩）。設(shè)備為真空滲碳爐、罩式滲碳爐和滲金屬井式爐，產(chǎn)品是工模具和要求高的零部件。工件處理后進(jìn)行嚴(yán)格的檢測金相、硬度、層深和變形等。第三部分是熱處理前后的輔助工序區(qū)，如裝夾具、熱處理后的噴丸

36、、校直及裝料箱的清洗等。長春第一汽車廠底盤熱處理車間，在消化吸收引進(jìn)美國Holcroft公司雙排連續(xù)滲碳淬火線的基礎(chǔ)上自營制造了多條生產(chǎn)線，滿足變速箱齒輪、后橋齒輪大批量和高質(zhì)量的生產(chǎn)，使產(chǎn)品達(dá)到德國高爾夫轎車熱處理要求的標(biāo)準(zhǔn)，其中滲層均勻度為0.15，齒輪表面的碳濃度波動0.05C，表面硬度均勻性為2HRC，并且通過工藝調(diào)整，采用熱油淬壓床淬，使齒輪齒套的變形控制在合格的范圍。齒輪在滲前施行密封爐中燃燒脫脂和預(yù)氧化處理，保證了滲碳層的均勻，也改善了表面出現(xiàn)變態(tài)組織的題目。設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境清潔，節(jié)能達(dá)到引進(jìn)爐的356kwh/t能耗的水平。我在這兒既列舉國外的先進(jìn)技術(shù)水平、設(shè)備情況，也列進(jìn)我國先進(jìn)

37、企業(yè)的情況是想讓投資企業(yè)家從中獲得裨益。2.3.目前主要熱處理先進(jìn)技術(shù)與裝備近25年來，熱處理先進(jìn)新技術(shù)大量涌現(xiàn)。主要的表現(xiàn)為：以保護(hù)氣氛和控制氣氛的少無氧化和少無脫碳方面的熱處理技術(shù)愈益普及和日趨完善；低壓滲碳，可控滲氮，表面改性等新技術(shù)不斷涌現(xiàn)；真空熱處理和高壓氣淬應(yīng)用日益擴(kuò)大，清潔生產(chǎn)發(fā)展大大改善環(huán)境；節(jié)能熱處理和綠色熱處理技術(shù)獲得發(fā)展；熱處理產(chǎn)品質(zhì)量、精確生產(chǎn)愈益嚴(yán)格；重視可持續(xù)發(fā)展，環(huán)保和治理；計(jì)算機(jī)應(yīng)用和控制技術(shù)進(jìn)步；熱處理作業(yè)的自動化水平不斷進(jìn)步。以下按工藝方法或種別敘述。2.3.1 保護(hù)氣氛和控制氣氛熱處理方面：可控氣氛熱處理是熱處理生產(chǎn)技術(shù)先進(jìn)的主要標(biāo)志之一。下述2.3.1.

38、1 說明先進(jìn)設(shè)備情況和主要控制特點(diǎn)，2.3.1.2 2.3.1.5表示先進(jìn)工藝情況。2.3.1.1 設(shè)備和控制特點(diǎn)：目前，熱處理加熱設(shè)備大多采用電能，操縱和維護(hù)方便，但從能源利用率上看，應(yīng)用一次熱源的燃料爐，采用先進(jìn)燃燒技術(shù)和充分利用余熱，綜合熱效率可達(dá)80，日本這方面應(yīng)用較好。減少爐子熱損失和爐襯蓄熱，充分利用余熱，保證爐子密封性。采用預(yù)抽真空密封多用爐、可取消火簾，節(jié)約燃料，縮短爐內(nèi)排氣時(shí)間，碳勢恢復(fù)快，進(jìn)步生產(chǎn)效率。爐溫均勻和氣氛均勻性高，決定產(chǎn)品質(zhì)量好。一般要求滲層均勻性0.1，表面碳濃度0.05 %C，硬度均勻性1.5 HRC，這樣要求有效加熱區(qū)的爐溫均勻在5范圍和使?fàn)t氣充分循環(huán)均勻

39、。采用氧探頭和可編程控制器（PLC）碳控儀，可使碳勢控制精度在0.05%C范圍。氧探頭的炭黑污染和氣氛滲透會使其批示發(fā)生誤差，德國Ipsen公司的Supercarb直生式氣氛控制系統(tǒng)中增加氧探頭定期清理措施，并采用一種補(bǔ)償電極和特殊合金電極來克服這一弊病。設(shè)備可靠，機(jī)械動作、電器元件、儀表、傳感器、配套件正確可靠。筑爐材料和工藝材料質(zhì)量好。具備故障自診斷系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)屏幕顯示，普遍采用觸模式自診斷系統(tǒng)。有的在采用氧探頭控制氣氛時(shí)應(yīng)用兩個(gè)傳感器，借助第二個(gè)探頭或紅外CO2分析儀監(jiān)控。2.3.1.2 直生式滲碳技術(shù)：將碳?xì)浠衔锖涂諝庵苯油ㄟM(jìn)爐膛制取碳勢可控氣氛，目前是一條解決氣源題目的重要途徑。以

40、前的吸熱型和放熱型氣氛在爐外有發(fā)生爐裝置，而各種直生式氣氛是將燃料氣直接注進(jìn)爐中經(jīng)反應(yīng)后天生所需要的主要組分CO和H2及CH4，固然這些重要組分達(dá)不到熱力學(xué)平衡，但是可加以控制。即負(fù)氣氛中有高的CH4量，碳的傳輸仍受CO反應(yīng)所控制，這種非平衡氣氛中穩(wěn)定的碳活度仍可用人們熟知的平衡氣氛方程確定：acK（t）Pco/Po20.5這兒CO含量不是常量，隨滲碳溫度和時(shí)間而改變，因而要附加紅外氣氛分析裝置測定CO值，將氧探頭、CO分析值和溫度傳感器值輸進(jìn)計(jì)算機(jī)，按上式為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，就能控制直生式非平衡氣氛中的碳勢。留意正確測定氧勢中，為了改變原來CH4含量1的條件要求，由于CH4會高至210%以上

41、，這時(shí)氧探頭應(yīng)采用特殊合金電極并附加補(bǔ)償電解質(zhì)。經(jīng)過檢測的一組氣氛包括燃?xì)夂鸵环N氧化氣體一起直接注進(jìn)加熱爐中產(chǎn)生直生式氣氛。采用的燃料氣有：自然氣、丙烷、丙酮、異丙醇，另外，乙醇、丁烷、柴油和煤油等液體介質(zhì)也可使用。另一組份可以是空氣，也可使用CO2和H2O。氣氛的碳勢通過注進(jìn)的空氣量來控制，減小空氣流量則進(jìn)步碳勢。這種爐子可用氣體加熱，還要有強(qiáng)烈的循環(huán)。由實(shí)際測定的CO含量和CH4含量可知，隨爐溫降低，碳?xì)浠衔锱c空氣CO2反應(yīng)減小，會導(dǎo)致未反應(yīng)的CH4較多存留下來，從而可以得出：在低于850滲碳時(shí)，采用自然氣和空氣的直生式氣氛不適用；丙烷空氣，丙酮空氣和異丙醇空氣，可以在低于800下使用。

42、直生式氣氛的產(chǎn)業(yè)爐可用于各類工件的滲碳、碳氮共滲和淬火處理。上世紀(jì)90年代初引進(jìn)英國，經(jīng)精益求精和應(yīng)用，1998年大約已有300臺（套）的氣體滲碳爐投進(jìn)運(yùn)行。直生式氣氛應(yīng)用主要優(yōu)點(diǎn)：爐子調(diào)控時(shí)間短；碳勢變化迅速靈敏；滲碳均勻性好；氣氛天生的本錢低；碳傳遞速率高；生產(chǎn)效率進(jìn)步。但應(yīng)用于連續(xù)爐上由于爐溫應(yīng)限為800，這種場合爐中的CO含量會很低，但可以另外注進(jìn)CH3OH，使之分解維持CO含量，當(dāng)然由CO含量來控制注進(jìn)量。直生式滲碳設(shè)備分周期式密封箱式爐和直生式連續(xù)滲碳生產(chǎn)線，前者有單室和雙室爐，后者有傳送帶式、料盤式、網(wǎng)帶爐式或震底爐式，也有與清洗、淬火、回火組成柔性生產(chǎn)線的。2.3.1.3 真空

43、乙炔滲碳技術(shù)：真空滲碳在產(chǎn)業(yè)上使用近25年了，原來以丙烷為滲碳劑，但受限制很大。當(dāng)溫度高于600，丙烷易分解成碳、氫及甲烷，會使零件表面產(chǎn)生炭黑和使?fàn)t子內(nèi)腔及泵管產(chǎn)生焦油，增加了爐子的維護(hù)困難。 后來開發(fā)了乙炔真空滲碳，或稱低壓滲碳。乙炔分解能獲得非常高的碳勢：C2H22CH2,對密集裝載和細(xì)長盲孔零件，都能得到均勻滲碳層。乙炔分解出兩個(gè)游離碳原子參與滲碳，比其它碳?xì)錃夥盏臐B碳能力更強(qiáng)。乙炔分解的碳原子在非常低的壓力（101000Pa或0.110mbar）條件下能實(shí)現(xiàn)均勻滲碳，即只需要少量原料氣，很大程度減少碳黑形成。對碳濃度分布曲線面積積分可得出100010mbar條件下滲碳10min的碳通

44、量，對C2H2可達(dá)150g/？h，而對CH4、C3H8和C2H4分別為2 g/？h、120 g/？h和130 g/？h。應(yīng)用三種工藝方法在相同滲碳條件下的滲層深度比較列于下表2，利用乙炔進(jìn)行低壓滲碳的優(yōu)越性十分明顯。而且滲碳的均勻性明顯比丙烷的進(jìn)步。對390深的盲孔、乙炔、丙烷低壓滲碳孔中滲透深度分別為90和27，測定硬度和有效硬化層深度的兩種結(jié)果近似。表2相同滲碳條件下三種工藝方法的滲層深度比較乙炔真空滲碳的主要優(yōu)點(diǎn)：碳的傳遞速率高；處理周期縮短；不產(chǎn)生積碳和焦油，減少爐子維護(hù)；實(shí)現(xiàn)均勻滲碳和高品質(zhì)滲碳；爐子可以密裝工件，進(jìn)步生產(chǎn)率；克服工件內(nèi)氧化弊?。煽貧夥諣t中難以克服）；氣淬工件清潔光

45、亮；改善工作環(huán)境和污染。2.3.1.4 可控高一氧化碳?xì)怏w滲碳：這種方法自1999年在日本有較好的開發(fā)和發(fā)展。它可使?jié)B碳時(shí)間縮短1040%，在一定條件下與真空滲碳相當(dāng)，已愈來愈引起人們的重視，國內(nèi)尚未見報(bào)導(dǎo)。對含CO和H2為主要的滲碳?xì)夥罩?，碳的傳遞最主要應(yīng)用CO的吸附和氧的脫附反應(yīng)作說明，由于反應(yīng)過程中涉及到氧，會產(chǎn)生鋼中含有的氧化物形成元素（Si、Cr和Mn等）的氧化題目，因而造成鋼的內(nèi)氧化弊?。ㄉ厦嬉烟岬剑挥性谡婵諠B碳下才可避免，一般以為內(nèi)氧化深度3m，對工件性能的影響不大）。高一氧化碳（CO）氣體滲碳是在大氣壓下進(jìn)行的，隨CO量進(jìn)步，高的碳勢CP下，碳的轉(zhuǎn)移速度顯著進(jìn)步，滲碳時(shí)間縮短

46、，這種方法有稱URX法的（吸熱式氣氛簡稱RX法）。對這種方法，滲碳反應(yīng)式為：2COCCO2當(dāng)反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，上反應(yīng)式平衡常數(shù)即 式中ac為碳在奧氏體中活度，fc為活度系數(shù)，%C為達(dá)平衡時(shí)鋼件表面中的碳濃度，Pco2 和Pco是爐氣中CO2和CO的分壓。人們可以輕易理解CO濃度進(jìn)步（即Pco增大），CO與鋼件表面的接觸頻率增加，CO在鋼件表面吸附增加，有利于滲碳進(jìn)行，鋼件表面含碳量增加愈快，但實(shí)際操縱中，也要防止碳黑的析出。在950對SCr420H（相當(dāng)于我國20CrH鋼）1850試樣應(yīng)用URX（CP1.35）和RX（CP1.00）的有效滲碳深度結(jié)果示于下表3中。相應(yīng)URX和RX的爐氣成分為：CO

47、 47.00%，CO2 0.40%，H2 51.20%和CH41.30%；CO 23.40%，CO2 0.14%，H2 33.80%，CH4 0.32%和其余為N2 。表3說明有效滲層在0.50.9時(shí)，滲碳時(shí)間可縮短40%左右。一般應(yīng)指出：鋼材含碳量降低，縮短率增加，滲層深度增加時(shí)，縮短率降低。高CO氣體滲碳設(shè)備：在一般的連續(xù)式或周期式爐前面增加高CO發(fā)生爐，這種高CO氣氛一般只通進(jìn)連續(xù)爐上的滲碳爐段，其它爐段仍應(yīng)用吸熱式氣氛。關(guān)于RX氣氛，關(guān)于高CO氣體發(fā)生爐的原理可以另作說明。相應(yīng)設(shè)備特點(diǎn)：電力消耗低；CO濃度調(diào)整簡單；氣氛成分穩(wěn)定。日本中外爐技術(shù)研究所的試驗(yàn)爐對用戶試驗(yàn)結(jié)果按要求可以提供

48、。2.3.1.5 不銹鋼的固溶滲氮：將不銹鋼在10501150的真空爐中通進(jìn)壓力為PN2的純氮進(jìn)行滲氮處理，可以獲得2.5深的滲氮層，也具優(yōu)良的抗蝕性能，Ipsen公司將之稱為固溶滲氮處理，標(biāo)記為SOLNIT。有SOLNITM和SOLNITA兩種，前者指對低碳馬氏體不銹鋼滲氮，并以大于臨界冷速的冷卻獲得高硬度馬氏體表面層（約含0.5%N）；后者指對奧氏體或兩相不銹鋼滲氮，獲得高強(qiáng)度奧氏體表面層（約含0.9%N）。不銹鋼滲氮一般可應(yīng)用離子滲氮和鹽浴滲氮（Sursulf或Tenifer）約在500600進(jìn)行，但由于氮化物析出，易引起Cr的貧化，致使其耐蝕性下降。固溶滲氦的原理要考慮鋼滲氮表面的平衡

49、，氮的擴(kuò)散和脆性氮化物的沉淀，這篇論文已翻譯刊于機(jī)械工人（熱加工）2005上。固溶滲氮處理的工藝參數(shù)：溫度10501150，時(shí)間可至24h，氮?dú)夥謮篜N20.010.3MPa（0.13bar）。處理后滲氮層深度可至2.5mm。固溶滲氮后的冷卻：采用液體淬火劑或高壓氣淬。留意，由于滲氮溫度較高，會促使心部和滲層晶粒長大。一般對馬氏體而言，第二相沉淀能起阻止晶粒長大作用；對奧氏體滲氮層在滲氮后靠冷加工（如噴丸處理）方法細(xì)化。產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的固溶滲氮真空爐可以是標(biāo)準(zhǔn)的IpsenVTTCK或VVTK真空爐，經(jīng)一定改裝符合下述要求：增加對流加熱至1200；溫度均勻性在10內(nèi)；氮?dú)鈮毫υO(shè)定在0.010.3MPa

50、，并能控制在10mbar范圍內(nèi)；氣淬壓力可選定至1MPa（10bar）氮?dú)猓袝r(shí)可能要求1MPa氦氣。對VTTCK924型真空爐，工作室尺寸為1150850650（高），裝載工件重量為1000，氣淬壓力為1MPa（10bar）氮?dú)狻?yīng)用實(shí)例：SOLNITA，1.4435，1.4571，1.4301和1.4539等奧氏體不銹鋼經(jīng)處理后獲得0.32.5厚的、韌的高氮奧氏體表層，具有高的抗蝕能力和抗疲憊能力，心部仍然保持固溶處理的強(qiáng)度，硬度增加50120HV。這種性能組合使工件在腐蝕性環(huán)境下具有高的疲憊強(qiáng)度。SOLNITM，1.4021，1.4104，1.4024等馬氏體不銹鋼經(jīng)處理后獲得韌的心部和

51、硬的表面滲層的組織，保持和進(jìn)步原材料的抗腐蝕性能，工件可以有0.32.5厚滲層，硬度達(dá)5860HRC，還具高的疲憊強(qiáng)度。2.3.2 感應(yīng)加熱處理方面：近25年來，感應(yīng)加熱的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用日益廣泛，除感應(yīng)熔煉、感應(yīng)焊接和一些場合的特殊應(yīng)用外，著重有感應(yīng)熱處理和透熱（包括半固態(tài)成形中料坯加熱），感應(yīng)熱處理中主要有淬火、回火、往應(yīng)力處理、退火、正火、球化和燒結(jié)等，最新報(bào)道還應(yīng)包括液體介質(zhì)感應(yīng)滲碳的化學(xué)熱處理（美國專刊）。這兒主要論述感應(yīng)加熱淬火處理，加熱電源和淬火設(shè)備方面的國外先進(jìn)水平。我國在產(chǎn)業(yè)上應(yīng)用感應(yīng)加熱，起步于上世紀(jì)五十年代，50年代末，我國自制電子管式高頻電源和機(jī)械式中頻發(fā)電機(jī)。60年代后研制出

52、了晶閘管中頻電源（SCR可控硅），目前國外在中頻15010kHz范圍內(nèi)SCR中頻電源已完全取代中頻發(fā)電機(jī)組和電磁倍頻器。自改革開放以來，產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)國家的現(xiàn)代感應(yīng)加熱技術(shù)引進(jìn)，使我國感應(yīng)熱處理技術(shù)獲得很大發(fā)展。關(guān)于感應(yīng)加熱電源：目前西班牙GH團(tuán)體的IGBT（盡緣柵雙極晶體管）發(fā)生器最大輸出功率為500kW，工作頻率為550kHz。日本高周波熱煉株式會社生產(chǎn)的IGBT發(fā)生器，100600kW的功率有125kHz和50kHz兩檔；800kW，1000kW和1200kW功率的僅有（125）kHz一檔。國內(nèi)生產(chǎn)廠的產(chǎn)品低于這一水平。EFD公司更具強(qiáng)的實(shí)力，作為世界上最大的感應(yīng)加熱設(shè)備供給商之一，已將IGB

53、T應(yīng)低于150kHz的限制沖破，首次將頻率進(jìn)步到350kHz，該公司現(xiàn)已在上海建廠。對100kHz以上高頻段，以?？旎?、大容量化的MOSFET功率器件（MOS場效應(yīng)晶體管）為主。西班牙GH團(tuán)體的產(chǎn)品輸出功率2550kW有10個(gè)規(guī)格，輸出頻率分50100kHz，100200kHz和200300kHz。高頻電源另一個(gè)功率器件為SIT（靜電感應(yīng)晶體管），主要以日本產(chǎn)品為主，上世紀(jì)80年代末已達(dá)功率100kW，頻率200kHz和400kW功率400 kHz頻率的水平，國內(nèi)水平低于該值相當(dāng)多。解決刀片、鋸條等特殊工藝要求的超高頻電源27.12MHz，主要依靠進(jìn)口，國內(nèi)的電子管超高頻電源功率為8100kW

54、。關(guān)于感應(yīng)淬火設(shè)備：通用感應(yīng)淬火機(jī)床，適應(yīng)工件品種繁多，功能完善，應(yīng)用范圍廣，一般有立式和臥式兩種，以立式更為常見。淬火設(shè)備的傳動型式有液壓和全機(jī)械式，不過液壓式有淘汰趨勢，后者采用變頻調(diào)速電動機(jī)、步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)通過滾珠絲杠傳動、T型絲杠或直線移動導(dǎo)軌等，移動速度均勻、精確，易實(shí)現(xiàn)變速移動?，F(xiàn)在重復(fù)定位精度可達(dá)0.03或0.025，主軸定位達(dá)到0.01。控制采用PLC與NG控制方式（數(shù)控）。另外按運(yùn)動件名稱分工件移動和感應(yīng)器移動兩種方式，國內(nèi)常是工件移動方式，而國外機(jī)床除工件長度較短外基本全是變壓器移動的，這應(yīng)成為國內(nèi)通用淬火機(jī)床的發(fā)展方向。專用淬火機(jī)床應(yīng)根據(jù)具體淬火工件而改變，我們可按投

55、資企業(yè)決定熱處理零件具體給予闡述和幫助選擇。進(jìn)口設(shè)備先進(jìn)、可靠、穩(wěn)定，耐久安全和美觀，但價(jià)格相當(dāng)昂貴。國外淬火設(shè)備重要的是解決了高效、自動化、重現(xiàn)性好的工藝要求，正在向成套、緊湊、在線、數(shù)控、柔性、自動發(fā)展。設(shè)備還逐步解決下述幾方面的題目：能量控制器，用于監(jiān)控工件加熱溫度，重現(xiàn)性達(dá)到1%。按Toggo公司發(fā)展的感應(yīng)器監(jiān)控儀（coil monitor），直接丈量感應(yīng)器上的輸進(jìn)能量kW-S，取代原來監(jiān)控設(shè)備振蕩部件的能量的方法。又如進(jìn)口的曲軸淬火機(jī)床上安置有脈動加熱或能量分配器，在曲軸淬連桿頸時(shí)，在其上死點(diǎn)與下死點(diǎn)處理時(shí)分配給予不同能量來達(dá)到溫度均勻目的。附帶丈量及顯示儀表增加智能控制：如對滾珠絲

56、桿感應(yīng)淬火時(shí)能自動丈量絲桿伸長量，如伸長量超差能自動降低加熱功率以減少伸長量，并打印記錄有關(guān)數(shù)據(jù)；如對曲軸淬火機(jī)上裝上曲軸彎曲變形計(jì)控制淬火變形；指計(jì)式流量計(jì)直接顯示淬火液流量來控制淬冷速度，還可用水的電導(dǎo)值監(jiān)控軟水的質(zhì)量。裝有抽風(fēng)裝置，改善工作環(huán)境和減小丈量溫度的誤差。多軸化裝置，如Welductoin公司推出2軸、4軸淬火機(jī)，可同時(shí)處理多根0.508m（20 in）長以內(nèi)，重9.08以下的工件，進(jìn)步生產(chǎn)效率。隨機(jī)回火處理。在一臺淬火機(jī)上淬火，隨后用較低功率進(jìn)行回火處理，兩種工序在一臺淬火機(jī)上完成，也節(jié)約了裝卸和運(yùn)輸，進(jìn)步生產(chǎn)效率，及時(shí)完成淬火回火，也保證質(zhì)量。一機(jī)多工位或一個(gè)電源帶多臺機(jī)床

57、的淬火設(shè)備出現(xiàn)。加工零件族的淬火機(jī)和柔性淬火機(jī)床出現(xiàn)，能自動編多種淬火工件的程序，自動識別淬火工件，轉(zhuǎn)換工件只需25min，按儲存工藝選定參數(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，進(jìn)步工效。關(guān)于感應(yīng)器設(shè)計(jì)與制造：國外淬火設(shè)備提供時(shí)負(fù)責(zé)提供感應(yīng)器，這種專用感應(yīng)器采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)確定有效圈的主要結(jié)構(gòu)。對導(dǎo)磁體，據(jù)測試可節(jié)能1337%，不僅可用于內(nèi)孔、平面加熱，也可用于外圈工件加熱。美國Fluxtrol Inc.有可加工導(dǎo)磁體的感應(yīng)器，稱強(qiáng)力感應(yīng)器（Power Inductor）。另外感應(yīng)器的調(diào)換由于采用快換夾頭，使切換夾頭和水電接通可在（315）s內(nèi)一次完成，這在國內(nèi)已有生產(chǎn)。關(guān)于感應(yīng)熱處理工藝的最新進(jìn)展（ 機(jī)械工人（熱加工） ） ：齒輪的同時(shí)雙頻感應(yīng)加熱技術(shù)（SDF）:對齒輪的感應(yīng)加熱淬火，人們一直在追求“輪廓狀淬硬層”，旨在求得齒側(cè)面的高耐磨性和齒根部位承受殘余壓應(yīng)力下的高疲憊抗力。固然人們已了解了雙頻齒輪淬火工藝，（很多地方還作為先進(jìn)工藝在先容），通過轉(zhuǎn)換兩組線圈獲得兩種頻率的電壓，選用中頻310kHz加熱齒根，再用高頻100250kHz加熱齒面，之間要快速切換，待齒面達(dá)到淬火溫度時(shí)，切斷高頻電源，降低齒輪旋轉(zhuǎn)速度，淬火水套中噴射淬火水，使齒面、齒頂和齒根迅速冷卻，獲得沿齒形的淬火層，國外也有這種工藝的機(jī)床供給，但工藝復(fù)雜，控制須嚴(yán)格執(zhí)