《熱處理設(shè)備》復習題

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熱處理設(shè)備復習題

第一單元綜合訓練題答案

一、填空題

1．常用耐火材料有（粘土磚、高鋁磚、耐火混凝土制品及各種耐火纖維），它們的最高使用溫度分別為

（1350℃、1500℃、600~1460℃、1100~1600℃）。

2．荷重軟化開始點是指在一定壓力條件下，以一定的升溫速度加熱，測出樣品開始變形量為0.6%的溫度。a.0.2%b.0.6%c.1.2%

3．抗?jié)B碳磚是Fe2O3含量a的耐火材磚。a.＜1%b.＞1%c.＞2%

4．常用隔熱材料有（硅藻土、蛭石、礦渣棉、石棉以及珍珠巖制品），其中最低使用溫度及材料是石棉、500℃。

5．傳熱的基本方式有傳導、對流、輻射，綜合傳熱為同時具有兩種或兩種以上的單一傳熱。

6．電阻絲對爐墻的傳熱是b，爐墻對車間的傳熱是b，電阻絲對爐墻對車間的傳熱包括了e，通過爐墻的傳熱是a，上述四者中傳熱量較大或熱阻較小（可忽略不計）的是h、熱阻較大的是k；燃氣對工件的傳熱是b。

a.傳導b.對流+輻射c.輻射+傳導d.輻射e.輻射+傳導+對流g.傳導+對流h.電阻絲對爐墻的傳熱i.爐墻對車間的傳熱k.通過爐墻的傳熱

7．影響“黑度〞的因素有b、d、e、g、f。

a.時間b.表面粗糙度c.傳熱面積d.溫度e.物體的材料f.物體的形狀g.物體的顏色h.角度系數(shù)

8．加強傳熱（含爐溫均勻性）有a、s、d、g、h、k、n、o，減弱傳熱有d、e、f、i、j、l、m、p。

a.加大溫差b.增加傳熱面積c.增加風扇d.加大氣孔率e.減小熱導率f.增加隔板g.增加導風系

統(tǒng)h.箱式爐膛改圓形爐膛i.圓形爐膛改箱式爐膛j.爐殼外刷銀粉比磚墻或一般金屬外殼k.增加黑度（如工件或爐壁表面涂覆高黑度磷化處理層或CO2紅外涂料）l.降低黑度m.工件表面不氧化（真空、可控、保護、中性氣氛加熱）比工件表面氧化n.高速燃氣燒嘴比低速燃氣燒嘴o.燃氣爐比空氣爐p.空氣爐比燃氣爐

三、簡答題

1．比較重質(zhì)磚、輕質(zhì)磚以及硅酸鋁耐火纖維的主要性能，說明它們在熱處理爐中的應(yīng)用及應(yīng)注意的問題。試選擇電阻絲擱板所用材料，并說明選擇的依據(jù)。

1

答：重質(zhì)磚使用溫度高于同材質(zhì)的輕質(zhì)磚，硅酸鋁耐火纖維兼有耐火及保溫性能，新型耐火纖維的使用溫度高于重質(zhì)磚。重質(zhì)磚多在爐底支撐磚，輕質(zhì)磚多用于爐側(cè)墻或爐頂，硅酸鋁耐火纖維使用溫度不要過高以防損壞。電阻絲擱板尋常選擇高鋁磚或剛玉材料，并說明選擇的依據(jù)。

2．比較三種基本傳熱方式的異同。

答：三種傳熱均與溫差、傳熱面積、傳熱系數(shù)、傳熱時間成正比。不同的材料的傳熱系數(shù)區(qū)別很大，對流傳熱還與流體的流速、溫度、黏度有關(guān)，輻射傳熱還與材料的黑度、角度系數(shù)、表面粗糙程度有關(guān)。

3．寫出單層穩(wěn)定態(tài)傳導傳熱計算公式。答：φ=

(t1?t2)??S或q=

(t1?t2)??

4．有一雙層爐墻，第一層是重質(zhì)耐火粘土磚厚113mm，其次層為硅藻土磚厚230mm，爐墻內(nèi)表面溫度為950℃，爐墻平均散熱面積為2m，試求通過爐墻的散熱損失。

答：根據(jù)我國部頒標準，當環(huán)境溫度為20℃時、工作溫度為700～1000℃的電爐，爐殼溫升為≤50℃。預(yù)先假設(shè)爐墻外表面溫度為50℃，則

2

t1－t3=900℃且δ1=0.113mδ2=0.230m

為計算各層爐襯材料的導熱系數(shù)，還需假設(shè)t2=900℃。則輕質(zhì)耐火粘土磚的導熱系數(shù)λ0.698+0.64×10t均1=0.698+0.64×10硅藻土磚的導熱系數(shù)λ2為：

λ2=0.104+0.232×10?3?3?31

為：λ1=

950?900=1.29〔W/(m·℃)〕2900?50=0.214〔W/(m·℃)〕2將求得的λ1和λ2代入公式，就可求得比熱流量。

q=

950?502

=774.5（W/m）

0.1130.230?1.290.214驗算交界面溫度t2t2=t1－q與原假設(shè)誤差為

?10.113=950－774.5=882℃

1.29?1900?882≈2%

900誤差小于5%，故原假設(shè)可用。驗算爐墻外表面溫度t3略

2

最終就可以求出2m爐墻的傳導熱損失量φ=q·S=774.5×2=1549（W）。5．寫出黑體及灰體全輻射力公式。答：Eb=

2

??0T?Eb?d?=Cb???

?100?44?T?S

φ=ES=εCb??100??Cb黑體的輻射系數(shù)，φ灰體或?qū)嶋H物體的輻射力，ε灰體或?qū)嶋H物體的黑度。

6．根據(jù)被加熱工件黑度的不同，比較普通加熱爐與真空爐對工件的加熱速度（即爐膛對工件的輻射熱交換量）。另一種比較，當工件散放的表面積比堆放的表面積增加1倍時，爐膛對工件的輻射熱交換量的增減倍數(shù)是＞1、＜1、＝1？為什么？

答：普通爐加熱時工件有氧化，工件表面黑度大，而真空加熱工件表面黑度小，加熱速度慢于普通爐。

當工件散放的表面積比堆放的表面積增加1倍時，爐膛對工件的輻射熱交換量的增減倍數(shù)是＜1，主要原因參見例1-4，S1雖然增加了一倍，但φ12不是1而是小于1。

7．有一浴爐，浴面面積為0.5m，試比較其在1200℃、540℃時的熱損失。

2

?T?S=0.89×5.67?1200?273?答：φ=ES=εCb????0.5=118.78(kW)?100???100??T?S=0.74×5.67?540?273?φ=ES=εCb????0.5=9.165(kW)??100??100?8．說明影響對流換熱系數(shù)的因素，比較鉛浴、鹽浴、空氣的加熱速度以及鹽浴、水、空氣的冷卻速度，為什么？

答：對流傳熱與流體的流速、流體性質(zhì)（層流、紊流）、溫度、黏度、密度有關(guān)，鉛、鹽、水、空氣的密度有較大差異，密度大者的加熱速度以及冷卻速度均大于密度小者。

其次單元綜合訓練題答案

一、填空題

1．熱平衡計算法中熱量支出項目有加熱工件的有效熱、爐襯散失的熱、爐墻積蓄的熱量、

通過爐門和縫隙溢出熱氣損失的熱量、爐門和縫隙輻射出的熱量、爐內(nèi)工夾具、支架等所消耗的熱量、加熱可控氣氛所需的熱量、其它熱損失。

連續(xù)加熱爐不考慮哪項熱量支出爐墻積蓄的熱量，爐子熱效率表達公式為η=Φ效/Φ總。

2．金屬電熱元件加熱的高溫電阻爐的最高工作溫度一般是1200℃，非金屬電熱元件加熱的高溫電阻爐的最高工作溫度是1350℃。

44443

3．電熱元件數(shù)目及元件電阻值一致，相電壓一致時，?接法的功率是Y接法的a。

a.3倍b.1/3倍c.1倍

4．電阻爐低、中、高溫度的劃分是d、b、a，對應(yīng)爐型號表示方式為g、

h、i。a.＞1000℃b.650℃～1000℃c.≦650℃d.≦550℃e.12f.13g.6h.9i.12或13

5．電阻爐中常用的電熱元件材料有a,b，0Cr25Al5優(yōu)于Cr20Ni80的原因f,g,I,k,n。

a.鐵鉻鋁系b.鎳鉻系c.石墨d.碳化硅e.二硅化鉬f.合金及寶貴合金質(zhì)量分數(shù)低g.電阻率高h.電阻率低i.W允高J.W允低k.工作溫度高l.工作溫度低m.電熱元件長便利布置n,電熱元件短便于布置

6．高溫電阻爐使用的電熱元件材料有c,d,e,f,g。

a.鐵鉻鋁系b.鎳鉻系c.石墨d.碳化硅e.二硅化鉬f.鎢或鉬g.高溫高電阻合金三、簡答題

1．W允、敞露型、封閉型。

答：在計算電熱元件尺寸時，表面負荷率應(yīng)有一個允許的數(shù)值，稱為允許表面負荷率W允。爐側(cè)墻電熱元件為敞露型，爐底、有罐、服飾管電熱元件屬于封閉型。

2．舉例說明影響W允的三個主要因素并解釋之。

W允的確定與元件的材料、工作溫度、散熱條件等因數(shù)有關(guān)。如0Cr25Al5比CR20Ni80高，為防止電

熱元件燒壞，電熱元件表面溫度越高，W允不能高了。散熱條件好，不易燒壞電熱元件，故W允可以取高些。

3．說明低溫井式電阻爐的結(jié)構(gòu)特點、結(jié)構(gòu)的作用及選用，比較低溫井式電阻爐與中溫井式電阻爐結(jié)構(gòu)。

答：低溫井式電阻爐的結(jié)構(gòu)特點有電風扇、料框、導風裝，為了增加低溫的對流傳熱。低溫退火、低溫回火、時效均可以選用低溫井式電阻爐。中溫井式電阻爐結(jié)構(gòu)無電風扇、料框、導風裝置，多用于退火、淬火。

4．比較井式氣體滲碳爐與低溫井式電阻爐結(jié)構(gòu)的異同，比較兩者電風扇作用的主次。

答：均有電風扇和料框，爐體結(jié)構(gòu)一致。低溫爐的爐蓋在爐面以上，滲碳爐的爐蓋在爐面以下，低溫爐料框既有導流作用，又有防止電熱元件對工件直接輻射造成工件局部過熱的作用，滲碳爐的馬弗罐是個密封罐。滲碳爐電風扇主要作用是增加滲碳氣氛的滾動以使氣氛均勻，低溫爐電風扇主要作用是增加爐氣的對流以使爐溫均勻。

5．根據(jù)熱平衡計算法，說明如何提高電阻爐的熱效率？試提出改造、維修、提高電阻爐性能的措施。答：1.減少爐襯散失的熱，使用低導熱系數(shù)的筑爐材料。2.減少爐墻積蓄的熱量，一是使用低導熱系數(shù)的筑爐材料，二是采用連續(xù)式作業(yè)。3.減少爐內(nèi)工夾具、支架等所消耗的熱量，使用耐熱鋼材料制作工裝夾具及支架。4.減少通過爐門和縫隙溢出熱氣損失的熱量、爐門和縫隙輻射出的熱量，增加爐體及

4

爐門的密封性。

使用耐火纖維替代耐火磚，使用耐火纖維貼在爐墻內(nèi)側(cè)或爐墻外側(cè)，增加爐體及爐門的密封性，盡量使用電風扇，使用帶狀電熱元件等。

6．45kW低溫井式電阻爐，選用0Cr25Al5線狀電熱元件，供電電壓為380V，試計算電熱元件的尺寸及結(jié)構(gòu)尺寸（繪出爐型及電熱元件結(jié)構(gòu)尺寸的布置草圖）。選擇另一種接線方法進行設(shè)計。

答：參考例2-1，采用星形接法，相電壓為220V，低溫爐W允取40-50kw/m，電阻絲直徑4.0mm，總長度約3×27=81m。

采用三角形接法，相電壓為380V，低溫爐W允取40-50kw/m，電阻絲直徑3.0mm，總長度約3×47=141m。7．有一箱式電阻爐，爐膛尺寸為1200×900×850mm，最高工作溫度為950℃，試用經(jīng)驗法確定爐子所需要的功率并分別設(shè)計兩種線狀0Cr25Al5、Cr20Ni80電熱元件的基本尺寸和在爐膛側(cè)墻的布置（繪出草圖）。當電阻絲的功率、位置一定時，說明影響電阻絲長度的四個因素及原因。

答：1.爐膛體積（，1.2×0.9×0.85=0.92m）對應(yīng)爐子功率見圖2-14約90KW，0Cr25Al5電熱元件的基本尺寸和在爐膛側(cè)墻的布置,參見例2-2。

Cr20Ni80，采用星形接法，相電壓為220V，W允取8kw/m，

2

3

2

2

d=3122?64?1012p2?t4?10?30?1.2?10=3≈10.5（mm）22?UW允3.142?2202?8每相電熱元件長度L和總長度L總：

2202?3.14?10.52U2S?9?10?9=116（m）L=?10=?630?1.2?10?4p?tL總=116×3=349（m）

電熱元件的布置提醒，因電阻絲很長，布置時要增加電阻絲的排數(shù)方能布置的下。

8．設(shè)計一臺爐膛尺寸為1000×500×400，最高工作溫度為1200℃的箱式電阻爐。設(shè)計出該爐的功率、爐體結(jié)構(gòu)、電熱元件尺寸及電熱元件在爐門爐底爐側(cè)墻爐后墻的布置。

答：提醒，1.注意爐溫、電熱元件材料、爐底側(cè)墻所對應(yīng)的W允，2.可以考慮爐底、兩爐側(cè)墻、爐門及爐后墻各占總功率的1/4。

第三單元綜合訓練題答案

一、填空題

1．鹽浴爐對環(huán)境污染的形式有鹽蒸氣，殘鹽，殘鹽對工件表面有腐蝕作用，特別是硝鹽鹽，需對殘鹽進行清理。

2．浴爐中加熱速度最快的是鉛浴爐、其次是鹽浴爐或堿浴爐、最慢的是油浴爐，原因是主要是在對流傳熱和傳導傳熱時，傳熱介質(zhì)的密度越大傳熱量也越大。

5

3．電極鹽浴爐的發(fā)熱體是f,h，常用電極材料是e,g；外熱式浴爐的發(fā)熱體是b,c，電發(fā)熱體材料是b,e。

a.固態(tài)的鹽b.合金電阻絲c.燃料d.低碳鋼e.不銹鋼f.液態(tài)的鹽g.石墨h.熔鹽4．側(cè)埋式電極鹽浴爐的電極間距為爐膛尺寸的c；爐膛寬度受限最大的是h，其次是g。a.高b.長c.寬d.外熱式電阻加熱浴爐e.內(nèi)熱式電阻加熱浴爐f.插入式電極鹽浴爐g.頂埋式電極鹽浴爐h.側(cè)埋式電極鹽浴爐

5．中、高溫頂埋式電極鹽浴爐的電極端部的間距一般為d。

a.爐膛寬b.爐膛長c.50～100mmd.65～130mme.＞230mm

6．高溫浴爐用鹽主要是b，中溫浴爐用鹽主要是c，低溫浴爐用鹽主要是a，三硝、二硝、NaCl、BaCl2、NaOH使用溫度（℃）范圍分別是e、d、g、f、h。

a.硝鹽b.鋇鹽c.鈉鹽d.150~550e.140~260f.1100~1350g.850~1100h.350~700三、簡答題

1．熱處理浴爐的浴劑有哪幾種？最常用的浴劑是哪一種？為什么？應(yīng)用范圍更廣的是電極鹽浴爐還是電阻加熱浴爐？為什么？。

答：鉛浴、堿浴、鹽浴、油浴，最常用的是鹽浴，高、中、低溫性均好。電極鹽浴爐高溫性好，電阻加熱浴爐主要是低溫性好。

2．從加熱介質(zhì)、發(fā)熱體、加熱方式、性能（爐溫高低、加熱速度、溫度均勻性等）與應(yīng)用（適用工藝、工件大小等）方面，比較電極鹽浴爐、電阻加熱浴爐、箱式電阻爐、井式電阻爐突出的優(yōu)缺點。

答：電極鹽浴爐高中低溫性均好、加熱速度快、爐溫均勻性較好、工件氧化脫碳少、除能進行多種加熱工藝外還可進行冷卻工藝，高溫爐只能處理小型工件。

3．說明電極鹽浴爐的節(jié)能措施，如何選擇浴劑？

答：根據(jù)表3-13可以分析出接納方法及措施。浴劑的選擇是爐溫不能超出浴劑熔點太多。4．設(shè)計一臺內(nèi)熱式低溫電阻加熱浴爐，其生產(chǎn)率為200kg/h。

答：P=Vyp0=(G1/τ)g/熔鹽密度p0=〔200×7.5/1850〕×0.09=810dm×0.09=72.9KW。取整，該浴爐的功率為80KW。

5．設(shè)計一臺高溫插入式電極鹽浴爐，其一次裝爐量為50kg。設(shè)計出該爐的功率、坩堝尺寸、爐體尺寸、電極尺寸和布置，繪出結(jié)構(gòu)草圖。

答：1.計算工件尺寸，邊長為50/7.8≈6.4dm185×185×185mm，高溫加熱按12秒/毫米計算，約需0.5小時。2.計算功率P=Vyp0=(G1/τ)g/熔鹽密度p0=〔（50/0.5）×1.5〕/2980×1=50dm×1=50KW。爐膛尺寸用類比法確定，類比表3-2RYD-45-13340×260×600/45KW=340×爐寬×600/50KW，

50KW爐寬為289mm。3.坩堝及保溫層尺寸見表3-7，爐體尺寸還要加上爐膽和爐殼尺寸。4.電極尺寸參見

6

3

3

3

表3-8為單相兩極，邊長為75mm。5.結(jié)構(gòu)草圖參見圖3-7。

6．已知鹽浴爐爐膛尺寸為300mm×250mm×550mm(長×寬×深)，最高工作溫度為900℃，鹽浴成分為78%BaCl2+22%NaCl，求爐子功率及頂埋式電極尺寸。

答：爐子功率使用類比法，參見表3-4，RDM-30-8，300×200×700/30KW=300×200×550/爐功率，爐功率計算值23.6KW,取整為25KW。電極尺寸參見RDM-30-8，注意：當爐膛尺寸或爐子功率與類比表中區(qū)別大時，電極尺寸用P66頁（2）埋入式電極鹽浴爐參數(shù)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)法確定。

7．設(shè)計一臺單相側(cè)埋式電極鹽浴爐，最高工作溫度850℃，鹽浴成分28%NaCl+72%CaCl2，料筐尺寸為150×200×300mm，試確定爐膛尺寸、爐子功率、爐子生產(chǎn)率、電極尺寸，并選擇變壓器。

答：1.爐膛尺寸為料筐尺寸每邊加50mm左右，高度方向多加一些，長寬方向少加一些，粗部確定爐膛尺寸為210×260×450mm。2.爐子功率按表3-3，DM-50-8類比確定，300×350×600/50KW=230×280×460/爐子功率，爐子功率23.5KW，取整為25KW。3.爐子生產(chǎn)率可以依照料筐裝填工件重量/工件加熱時間。4.電極尺寸參考DM-50-8。

8．根據(jù)上題計算結(jié)果，確定坩堝尺寸及爐體結(jié)構(gòu)，確定啟動電阻體的形狀和尺寸。答：坩堝及爐體尺寸的確定同上面第5題，啟動電阻體的形狀和尺寸參見圖3-15.

第四單元綜合訓練題答案

一、填空題

1．高頻感應(yīng)加熱裝置常用頻率為d，裝置種類有f、h；中頻感應(yīng)加熱裝置常用頻率為a,b，裝置種類有e、g。

a.2500Hzb.8000Hzc.30~40kHzd.200~300kHze.機械式f.電子管式g.晶閘管式h.晶體管式2．感應(yīng)加熱的效應(yīng)有集膚效應(yīng)、環(huán)流效應(yīng)、尖角效應(yīng)、鄰近效應(yīng)。3．零件表面過熱度由大到小是a，原因是f。a.高頻感應(yīng)加熱、中頻感應(yīng)加熱、火焰加熱b.火焰加熱、高頻感應(yīng)加熱、中頻感應(yīng)加熱c.火焰加熱不是傳導加熱d.火焰加熱是傳導加熱，比透熱式加熱的速度慢易過熱e.透熱式加熱速度快不易過熱f.高頻集膚效應(yīng)大于中頻易過熱g.中頻集膚效應(yīng)大于高頻易過熱4．中頻感應(yīng)器最高輸出電壓為d，高頻淬火變壓器電壓降到a。a.1000伏左右b.10000伏左右c.15~100伏d.650伏5．100kW8kHz中頻電源同時加熱淬火的最大面積為c。a.50cmb.100cmc.125cm

6．感應(yīng)連續(xù)加熱比功率a同時加熱比功率，連續(xù)感應(yīng)加熱淬火常用于e。

a.大于b.小于c.長型工件d.小型工件e.設(shè)備容量小，工件大f.設(shè)備容量大，工件小三、簡答題

7

2

2

2

1．冷透入深度，熱透入深度，透熱式加熱，傳導式加熱，深層加熱，導磁體。

答：1.導磁率μ值在低溫時很大，在居里點以下的透入深度稱為冷透入深度，以Δ冷表示，Δ冷≈40/

熱

f。2.在居里點以上時，其失磁層μ值降低為1，在居里點以上的透入深度，稱為熱透入深度，以Δ

f。3.透熱式加熱，即淬硬層深度δ≤Δ。4.傳導式加熱，即δ＞Δ。5.低頻率易

表示，Δ熱≈500/

實現(xiàn)深層加熱。6.感應(yīng)加熱內(nèi)孔表面以及感應(yīng)加熱平面，需要導磁體的驅(qū)流作用。

2．有一直徑為40mm的鋼制零件，要求表面淬火深度為2mm，若進行連續(xù)淬火，感應(yīng)圈高度為lcm，問應(yīng)選用何種類型設(shè)備為宜？設(shè)計并繪制出感應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖。

答：1.采用高頻設(shè)備，P總＝PbS=比功率3×3.14×(4+間隙0.3)×1=40.5KW。2.感應(yīng)器結(jié)構(gòu)參見圖4-10，表4-10序號19f。

3．晶閘管中頻與機式中頻相比有哪些主要優(yōu)點？目前尚存在那些問題？

答：1.產(chǎn)品設(shè)計簡單，制造便利，不需大量的加工設(shè)備，生產(chǎn)周期較短。體積小、重量輕，節(jié)省硅鋼片、銅材和鋼材。電效率高，感應(yīng)加熱用的晶閘管中頻電源裝置效率一般在90%以上。由于晶閘管中頻電源沒有旋轉(zhuǎn)部分，故運行可靠，維護簡單，運行中噪聲和振動較小。晶閘管中頻電源在運行中，能根據(jù)負載變化自動調(diào)整頻率，無需頻繁切換補償電容器,使設(shè)備在工作過程中功率因數(shù)基本上保持不變。系統(tǒng)的輸出功率一直保持在額定值上，從而能在較短時間內(nèi)完成對工件的感應(yīng)加熱。易于實現(xiàn)自動控制，適用于加熱過程自動化。安裝簡單，不需特別的基礎(chǔ)，運輸移動便利。

2．晶閘管中頻電源與發(fā)電機組相比，也存在一定的缺點，主要是由于受晶閘管元件過流和過壓能力的限制，晶閘管中頻電源的過載能力較差，因此整個設(shè)備的保護系統(tǒng)較繁雜。

4．有一直徑為40mm的軸，要求淬硬深度為4～6mm，采用連續(xù)加熱淬火工藝，感應(yīng)圈高度為100mm，問電源輸出功率應(yīng)為多少（比功率取2.6kW/cm）？選何種型號的感應(yīng)加熱設(shè)備為宜？設(shè)計并繪制出感應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖。

答：1.P總＝PbS=比功率2.6×3.14×(4+間隙0.3)×10=351KW，選擇晶閘管中頻裝置KGP350。2.感應(yīng)器結(jié)構(gòu)參見圖4-11，表4-11序號3e。

第五單元綜合訓練題答案

一、填空題

1．儀表的指示值與被測量的真值之差稱為d,e，絕對誤差的最大允許值與儀表測量范圍（即量程）的百分比稱為b，儀表的基本誤差限去掉“%〞的絕對值稱為儀表的f。

a.基本誤差b.基本誤差限c.指示誤差d.誤差e.絕對誤差f.確切度g.靈敏度2．常用熱電偶WRP、WRN、WRE的名稱鉑銠10-鉑、鎳鉻-鎳硅、鎳鉻-銅鎳，它們對應(yīng)的測溫范圍是0~1600℃、-200~1000℃、-200~800℃，高溫爐、中溫爐、低溫爐對應(yīng)熱電偶為鉑銠10-鉑、鎳鉻-鎳硅、鎳鉻-銅

8

2

鎳。

3．碳勢測量精度由高到低的方法分別為氧探頭、CO2紅外儀、露點儀，其反應(yīng)速度由快到慢分別是氧探頭、CO2紅外儀、露點儀，其中氧探頭是直接測量，所以誤差小、反應(yīng)速度也快。

4．P、I、D的名稱c、b、d，P、I、D、PID、PID調(diào)理作用的特點分別是f、g、h、i、j。

a.位式調(diào)理b.積分調(diào)理c.比例調(diào)理d.微分調(diào)理e.位式調(diào)理器具有結(jié)構(gòu)簡單、使用便利等優(yōu)點f.比例調(diào)理的特點是偏差大時，粗調(diào)作用明顯，反應(yīng)快，當偏差出現(xiàn)時，調(diào)理作用馬上見效，它但不能消除靜差g.積分調(diào)理能消除靜差，但調(diào)理作用緩慢，有滯后現(xiàn)象h.微分調(diào)理是一有偏差，即產(chǎn)生大幅度的校正信號，調(diào)理作用變化最快，但不能消除靜差。i..比例調(diào)理是對大偏差的粗調(diào)作用快、對小偏差作用慢、其靜差可結(jié)合積分調(diào)理加以消除，能根據(jù)偏差大小，按比例輸出信號使偏差較快地得到校正，而積分調(diào)理最終能消除靜差，微分調(diào)理對爐溫的突然變化有作用則實現(xiàn)了所謂的“超前〞調(diào)理作用（能快速產(chǎn)生大幅度校正信號，調(diào)理速度和幅度遠大于比例調(diào)理）、微分調(diào)理+積分調(diào)理有戰(zhàn)勝積分調(diào)理速度慢滯后的作用、微分調(diào)理+比例調(diào)理有戰(zhàn)勝單純比例調(diào)理對小偏差調(diào)理速度慢的作用大大縮短了調(diào)理時間。J.調(diào)理精度高，死區(qū)小。K.調(diào)理精度低，死區(qū)大。

三、簡答題

1．二位式控制，連續(xù)控制，爐溫均勻性，爐溫穩(wěn)定性。

答：1.只有通、斷兩種控制狀態(tài)。2.PID屬于連續(xù)控制。3.爐膛不同位置溫度的差異，為爐溫達均勻性。4.爐膛同一位置溫度隨時間的變化而出現(xiàn)的不同值，為爐溫的穩(wěn)定性。

2．有一測量范圍為0~1100℃的測溫儀表，最大允許誤差在500℃測溫點上，其指示值為505℃，試求：①該溫度點的絕對誤差；②儀表的確切度。

答：1.△x=x—A=505—500=5℃2.k=（5/1100）×100=0.45

3．用鉑銠一鉑熱電偶測量爐溫，冷端溫度t0=25℃，用直流電位差計測得熱電勢E(t、t0)=10.723mV，求爐內(nèi)實際溫度。

答：E(t、0℃)＝E(t、25℃)+E(25℃、0℃)＝10.723mV＋0.143mV＝10.866mV，查附錄可知爐溫t為1112℃。

4．說明熱電偶保護管的尺寸及材料、熱電偶的安裝位置及深度、控溫儀表確切度對爐溫波動及測溫精度的影響，將上述狀況確定，說明減小爐溫波動的主要方法及理由。

答：1.熱電偶保護管尺寸大、材料的傳熱慢的瓷管、安裝太靠近電熱元件、安裝深度不夠時，爐溫波動大、測溫精度低。2.爐子功率過大（升溫快）、保溫性好（升溫快）、工件裝爐量過大（熱慣性大）、二位式控制（保溫階段功率過大）、爐膛內(nèi)未加電風扇或?qū)эL裝置不良（爐內(nèi)熱氣流不均）等狀況均增加了爐溫的波動，反之則爐溫波動減少。

9

5．用WRP熱電偶測量實際爐溫為1000℃的爐溫時，熱電偶接線盒處的溫度為40℃，若不用補償導線而用銅導線與測溫儀表連接，連接處的溫度為20℃，儀表指示溫度為多少？若用補償導線，儀表指示溫度又為多少？若補償導線極性接反，儀表指示溫度應(yīng)為多少？（以上三種狀況均不計儀表本身誤差，儀表按有冷端溫度自動補償與無冷端溫度自動補償兩種狀況分別進行計算）。

答：當儀表有冷端溫度自動補償時

1.E(t、0℃)＝E(1000℃、40℃)+E(20℃、0℃)＝9.098mV＋0.113mV＝9.211mV，查附錄可知儀表指示溫度為970℃（未接補償導線）。

2.E(t、0℃)＝E(1000℃、20℃)+E(20℃、0℃)=9.326mv+0.113mV=9.439mV，查附錄可知儀表指示溫度為990℃（接補償導線）。

當儀表無冷端溫度自動補償時

1.E(t、0℃)＝E(1000℃、40℃)＝9.098mV，查附錄可知儀表指示溫度為960℃。2.E(t、0℃)＝E(1000℃、20℃)＝9.326mV，查附錄可知儀表指示溫度為980℃。當補償導線極性接反時（有冷端溫度自動補償）

E(t、0℃)＝E(1000℃、40℃)—E(40、20℃)+E(20℃、0℃)=9.098mv—0.113mV+0.113mV=9.098mV，查附錄可知儀表指示溫度為960℃

第六單元綜合訓練題答案

一、填空題

1．可控氣氛種類主要有吸熱式、放熱式、滴注式、氨分解、氫氣、氮基式、直生式、凈化放熱式、高效滲碳。

2．以下氣體的性質(zhì)及作用O2a,d、H2b,d、COb,c、CO2a,d、H2Oa,d、CH4c、

N2e。a.氧化性b.還原性c.增碳性d.脫碳性e.中性f.保護性g.對Cr、Mn、Si有氧化性h.氫脆3．H2雖然有脫碳作用，但在高溫時脫碳作用并不猛烈；當其含量較多時，還可以抑制炭黑的產(chǎn)生，又可保護鋼表面不被氧化。

4．利用分子篩除去a可控氣氛中的g所得到的氣氛為凈化放熱式氣氛。a.放熱型b.吸熱型c.氮基型d.O2e.H2f.COg.CO2h.H2Oi.N2

5．CO是滲碳能力較弱的氣體，CH4是滲碳能力強的氣體，若甲烷在900℃裂解，使鋼表面碳質(zhì)量分數(shù)達到1.0%時，CH4只需要1.5%，而弱滲碳劑CO需達c。a.70%b.85%c.95%

6．滲碳氣體中甲烷分解的不飽和碳氫化合物量少，只有c，因而是優(yōu)良的滲碳氣體。a.3%～5%b.5%～7%c.8%～9%d.＞9%

7．4%氧氣+氨氣，對40Cr在520℃滲氮時，滲氮速度可以提高b倍。a.1倍b.1.5倍c.2.5倍8．氣氛露點越低，其碳勢b；氣氛中CO2越多，其碳勢a；氣氛中O2越多，其氧勢（mV）

10

a、碳勢a。a.越低b.越高c.不變

9．爐氣氛中可控制的單參數(shù)有a,b,c,d,e,h,I,j,k；選取一個影響較大的參數(shù)進行控制（將其它次要參數(shù)視為常量）叫n控制技術(shù)；三參數(shù)控制是控制a,c或d,h；參數(shù)控制越多，控制精度o，成本越大。

a.O2b.H2c.COd.CO2e.H2Of.CH4g.N2h.溫度i.壓力J.時間k.流量l.單參數(shù)m.三參數(shù)n.多參數(shù)o.越高p.越低q.變化不大

10．LiCl露點儀精度可達±1℃，結(jié)構(gòu)簡單，但露點儀對管路要求嚴格，不得含有水分和測量含有c的碳氮共滲氣氛。a.氧氣b.氫氣c.氨氣d.空氣

11．采用高壓將空氣液化，液化溫度b，然后利用氧、氮沸點不同分餾制氮。a.＜﹣150℃b.＜﹣196℃c.＜﹣200℃

12．在動態(tài)控制技術(shù)中，工藝方案根據(jù)每一爐生產(chǎn)過程的具體進展狀況，由計算機不斷修正，使整個工藝過程都保持最優(yōu)化狀態(tài)。傳統(tǒng)的控制技術(shù)著眼于消除實際值與控制值之間的偏差，而動態(tài)控制則可以消除偏差所造成的后果，從而保證了工藝結(jié)果的重現(xiàn)性，適合于滲碳和滲氮等具有滯后特性的工藝過程的控制。

三、簡答題

1．載體氣，稀釋氣（稀釋劑），保護氣，富化氣，自然氣，液化石油氣，煤氣，中性氣，強滲碳劑，滲碳劑，弱滲碳劑，脫碳劑。

答：載體氣又稱稀釋氣，載體氣的流量比富化氣大得多；非化學熱處理時，載體氣可單獨使用又稱為保護氣；富化氣又稱碳源氣（提供滲碳時所需的活性碳原子和調(diào)理氣氛的碳勢）。（如自然氣/載體氣約3~15%、丙烷/載體氣約1~5%），其作用一是排除爐內(nèi)廢氣并保持爐膛正壓，防止空氣滲入，二是用來稀釋富化氣，使之分布均勻；以甲烷為主要成分的氣氛是自然氣；液化石油氣主要成分是丙烷、丁烷；煤氣有城市煤氣、焦爐煤氣、水煤氣等；氮氣為中性氣；甲烷、丙烷、丁烷、丙酮、煤油為強滲碳劑：乙醇為滲碳劑；甲醇為稀釋劑；乙酸為脫碳劑。

2．說明鋼的無氧化、無脫碳加熱原理。

答：根據(jù)圖6-1不同溫度下各種基本氣體反應(yīng)平衡值所在范圍，決定鋼的無氧化、無脫碳加熱。3．簡要說明各種可控氣氛的化學成分特點和這些氣氛的應(yīng)用狀況？答：參見表6-2、表6-3、表6-4所示。4．如何凈化放熱型可控氣氛？

答：常用的分子篩是一種硅酸鹽，內(nèi)部形成大量微孔，這些微孔具有物理吸附和化學吸附的作用，比微孔小的分子如CO2和H2O易被微孔吸附。氣體分子在低溫高壓時易被吸附；而在高溫、低壓時則被解吸，因此可用加熱和真空方法使分子篩再生。

11

5．說明氮基氣氛的應(yīng)用。答：一是參見表6-3所示。

二是氮－甲醇（N2－CH3OH）混合氣，甲醇裂化氣碳勢可在較大的范圍變化，這種氣氛的應(yīng)用較廣泛，既可用于各種碳鋼及低合金結(jié)構(gòu)鋼的可控氣氛熱處理，又可作為滲碳的載體氣。

為了提高其碳勢可在強滲期采用幾乎100%的甲醇、或參與少量的液化石油氣（丙烷、丁烷）、自然氣、丙酮或異丙醇等，丙烷參與量約占載體氣的1%~5%。

6．說明分子篩的作用。

答：一是大規(guī)模生產(chǎn)凈化放熱式氣氛，二是大規(guī)模生產(chǎn)氧氣、同時生產(chǎn)出來氮氣的副產(chǎn)品。7．如何防止炭黑的產(chǎn)生？

答：一是在進氣管、排氣管、滴液管上加裝水冷套，二是使用計算機對爐氣氛碳勢進行控制，控制低于炭黑出現(xiàn)的極限。

8．說明碳勢測量的方法，比較這些方法的效果。

答：氧探頭、C0或CO2紅外測量儀、露點儀、電阻碳勢測量儀，效果排列是氧探頭、C0或CO2紅外測量儀、電阻碳勢測量儀、露點儀。

9．說明影響爐氣氛碳勢的主要因數(shù)。

答：爐溫，但以氣氛成分，產(chǎn)生可控氣氛的原料，工件碳質(zhì)量分數(shù)、合金元素、裝爐量。10．非化學熱處理以及滲碳時可控氣氛碳勢如何設(shè)定？答：非化學熱處理時可控氣氛碳勢應(yīng)與工件碳質(zhì)量分數(shù)相當。

滲碳時氣氛碳勢，一是手動確定，可控氣氛碳勢為工件表面碳勢提高20%`40%，二是有計算機根

據(jù)基本資料自動完成。

11．動態(tài)碳勢控制技術(shù)中的碳勢值，是否是預(yù)先設(shè)定的？為什么？。

答：動態(tài)控制技術(shù)中控制的給定值不是預(yù)先設(shè)定的，而是由計算機對整個工藝過程進行連續(xù)的監(jiān)測和數(shù)學模型的在線運算，確鑿地求出當前的濃度分布，并由計算機調(diào)動CAD軟件，計算出由當前狀態(tài)向設(shè)計要求的最終狀態(tài)發(fā)展的最正確工藝方案，然后由計算機自動執(zhí)行。也就是說，在動態(tài)控制技術(shù)中，工藝方案根據(jù)每一爐生產(chǎn)過程的具體進展狀況，由計算機不斷修正，使整個工藝過程都保持最優(yōu)化的狀態(tài)。另一方面熱處理生產(chǎn)過程的模擬、仿真控制是把熱處理的最初始的資料，如零件、材質(zhì)、技術(shù)要求（層深、鋼種）等及工藝過程的基本規(guī)律輸入計算機，計算機將智能化地模擬熱處理工藝過程，自動地確定和修正熱處理工藝，使生產(chǎn)過程始終處在最優(yōu)的工作狀態(tài)。

12．說明氮勢的控制方法。

答：一是測氨的分解率，更主要的是測量氫氣的分壓。氫氣的分壓可以自動連續(xù)測量。

第七單元綜合訓練題答案

12

一、填空題

1．與煤氣爐相比，自然氣爐具有清潔、發(fā)熱值高、效率高、成本低等優(yōu)點。

2．與其它熱處理設(shè)備比較，燃氣爐的熱效率b，主要原因是f。

a.高b.低c.一致d.燃燒不完全e.燃燒較完全f.廢氣帶走余熱g.發(fā)熱值低h.加熱速度快

3．中高溫爐加熱速度由快到慢的熱處理設(shè)備是d，理由是電極鹽浴爐加熱介質(zhì)密度大且對流加熱，燃氣爐加熱介質(zhì)雖然低但是對流加熱，真空爐工件不能到溫入爐再加上工件表面未氧化黑度低受熱慢。

a.真空爐、燃氣爐、電阻爐、電極鹽浴爐b.燃氣爐、電阻爐、電極鹽浴爐、真空爐c.電極鹽浴爐、燃氣爐、電阻爐、外熱式真空爐d.電極鹽浴爐、或燃氣爐、電阻爐、內(nèi)熱式真空爐外熱式真空爐

4．真空熱處理爐根據(jù)加熱方式的不同，分內(nèi)熱式和外熱式兩大類，性能優(yōu)良的是內(nèi)熱式。5．外熱式真空爐結(jié)構(gòu)簡單，易達到較高真空。缺點是工件是間接加熱，因此加熱速度慢、熱效率低，爐罐易變形、壽命短，不適合處理大尺寸的工件，生產(chǎn)批量較內(nèi)熱式真空爐不宜高溫度加熱。

6．連續(xù)熱處理作業(yè)爐熱處理質(zhì)量的重現(xiàn)性好，生產(chǎn)率高，適用于產(chǎn)品品種單一、生產(chǎn)批量大的工件的生產(chǎn)。

三、名詞解釋、簡答題

1．低真空系統(tǒng)、中真空系統(tǒng)，真空淬火油，離子氮化爐，極限真空度，工作真空度。

答：低真空系統(tǒng)用機械泵一級抽真空使之達到真空度，爐內(nèi)真空度在1.33×10～13.3Pa之間。中真空系統(tǒng)是由機械泵—滑閥泵或機械泵—液壓增壓泵兩級真空泵組成，爐內(nèi)極限真空度可達到13.3～1.33×10Pa。

真空淬火油因潤滑油經(jīng)餾分、真空蒸餾、真空脫氣等處理后而具有低的飽和蒸汽壓以及低的蒸發(fā)量，并加有催冷劑、光亮劑、抗氧化劑的特制淬火油，工件淬火的光亮度和淬硬性較好。

離子滲氮工藝，是在一真空容器（低真空度）中通入一定濃度的氨氣，并使之電離，利用帶正電的氮離子轟擊陰極的工件，完成滲氮的過程。

空爐時所能達到的最高真空度稱為極限真空度，爐子的極限真空度除與泵的極限真空度和抽速有關(guān)外，還與爐內(nèi)總放氣量與漏氣量有關(guān)，爐子極限真空度只能規(guī)定一個在某個抽氣時間內(nèi)達到的相對值。

真空容器在工作時需要保持的真空度稱為工作真空度。為簡化真空系統(tǒng)、降低爐子造價、防止處理工件合金元素揮發(fā)（如Cr、Ni、Mn等），應(yīng)盡量選擇較低的工作真空度。

2．試說明燃氣爐的節(jié)能措施。

答：燃氣爐的熱效率為15%-50%，天燃氣爐為上限、煤氣爐為下限。節(jié)能余地最大的是廢氣的余熱利用，廢氣溫度越高其帶走的熱量也越多（高溫廢氣帶走總熱量一半以上）。節(jié)能主要措施一是利用廢氣余熱預(yù)熱空氣、也有預(yù)熱燃料的，預(yù)熱空氣每提高100-150℃，儉約燃料約5%，連續(xù)作業(yè)蓄熱式可儉約燃料

13

-2

3

50%以上。二是調(diào)理閘門使爐膛氣壓為零時，既無熱氣冒出浪費熱能、也沒有爐膛吸入冷空氣的熱損失。

3．比較電阻爐、鹽浴爐、燃氣爐的特點及選用。

答：電阻爐結(jié)構(gòu)簡單，控溫性好，適用多種工藝，但高溫性受限。鹽浴爐高溫性好，工件不易氧化，但高溫爐的爐膛尺寸小，只能處理小型工件，處理后的工件需清洗。燃氣爐高溫性好，能處理大型工件，可進行多種工藝，多處理大型毛坯件，工件氧化比較嚴重。

4．比較外熱式與內(nèi)熱式真空熱處理爐的結(jié)構(gòu)、性能特點及應(yīng)用狀況。

答：外熱式真空爐有密封爐膽，結(jié)構(gòu)似井式氣體滲碳爐，加熱為外熱式。受爐膽影響，工作溫度不宜高，但真空度可高些，不宜處理大型工件，冷卻性能低于內(nèi)熱式真空爐，非最高性能要求可選此爐；內(nèi)熱式真空爐無密封爐膽，外殼是內(nèi)通冷卻水圓形，加熱為內(nèi)熱式，耐火及絕熱材料是多層隔板。可進行高溫加熱，可處理大型中型工件，性能優(yōu)于外熱式真空爐。

5．與電阻爐及外熱式真空爐比較，說明內(nèi)熱式真空爐的構(gòu)造、結(jié)構(gòu)及、冷卻裝置特點。

答：結(jié)構(gòu)同上，略。冷卻裝置一是氣冷，冷卻氣體可用氫、氦、氬、氮等。二是氣冷和油冷結(jié)合的爐

型。工件加熱后移至冷卻室，然后用升降機構(gòu)侵入油槽中冷卻，也可以充氣冷卻。三是使用真空淬火油，真空淬火油因潤滑油經(jīng)餾分、真空蒸餾、真空脫氣等處理后而具有低的飽和蒸汽壓以及低的蒸發(fā)量，并加有催冷劑、光亮劑、抗氧化劑的特制淬火油，工件淬火的光亮度和淬硬性較好。

6．與普通電阻爐比較，說明內(nèi)熱式真空熱處理爐加熱元件材料特點及應(yīng)用狀況。

答：真空爐電熱元件多項選擇用石墨布、石墨帶、石墨棒。當爐溫不超過1200℃，真空度不高于0.6Pa的爐子，無特別要求，可采用鎳鉻合金或鐵鉻鋁合金作電熱元件。當工件表面不允許增碳（如某些航空零件）時，應(yīng)選用鉬絲或鎢絲作為電熱元件。

第八單元綜合訓練題答案

一、填空題

1．單純冷卻設(shè)備包括緩冷設(shè)備、急冷設(shè)備、浴爐、冷處理設(shè)備，其中主要冷卻設(shè)備是淬火槽。

2．常用淬火介質(zhì)（除水外）冷卻方法有自然冷卻、大油槽冷卻、水套冷卻、換熱器冷卻（或置換冷卻），冷卻效果最好的是換熱器冷卻（或置換冷卻）其次是大油槽冷卻、再其次是水套冷卻、自然冷卻。

3．冷卻器種類有單管式冷卻器、套管式冷卻器、塔式冷卻器、板式冷卻器、淋浴式冷卻器。4．影響冷卻器換熱系數(shù)的因素有a,b,c,d,e。

a.換熱面積b.冷卻介質(zhì)溫度c.冷卻器材料的熱導率d.熱介質(zhì)的滾動與否e.冷卻介質(zhì)的流速f.換熱時間

5．熱介質(zhì)滾動時，冷卻器的換熱系數(shù)a；熱介質(zhì)靜止時，冷卻器換熱系數(shù)b；塔式、板式冷卻器換熱系數(shù)d蛇形管、水套冷卻換熱系數(shù)。

14

a.較大b.較小c.影響不大d.大于e.小于f.相等三、簡答題

2．設(shè)計一硝鹽分級淬火、等溫淬火槽，一批淬火工件質(zhì)量為250kg。答：計算方法一（按加熱硝鹽計算）

1.100Kg工件的邊長為100/7.8≈12.82dm≈230×230×230mm，實際工件邊長是100Kg整塊的一半或更小，計算中暫按110mm計算，中低溫加熱按24秒/毫米計算，約需0.73小時。2.低溫爐g為5-10，按7.5計算，功率P=Vyp0=(G1/τ)g/熔鹽密度p0=〔（100/0.73）×7.5〕/1850×0.1≈555dm×0.1=55.5KW,取整為60KW。

計算方法二（按冷卻計算），V介=

3

3

m(t1c1?t2c2)100(850?0.71?180?0.5)3

≈=597dm

1850?1.55?30?介c介(t介2?t介1)參見P62頁,功率P=Vyp0=597×0.1=59.7KW，取整為60KW。爐膛尺寸可以根據(jù)597dm來安排長寬高，或圓形。保溫層尺寸參見表3-7，電極尺寸參見表3-8。

注意；因爐膛尺寸較大，所以不能使用埋入式電極鹽浴爐，只能使用插入式電極鹽浴爐或電阻加熱浴爐。

3．設(shè)計一圓形淬火水槽，其一批處理工件質(zhì)量為150kg。答：V介=

3

m(t1c1?t2c2)150(850?0.71?100?0.5)3

≈=882.8dm

1?4.18(35?12.5)?介c介(t介2?t介1)3

實際淬火水槽容積取整到1000dm,若槽直徑為1m，則槽深h=1/3.14×0.5×0.5≈1.3m。溢流槽、供入管、排水管尺寸略。

4．設(shè)計一長方形淬火油槽，其一批處理工件質(zhì)量為200kg。答：1.淬火油槽容積確定，V介=

3

3

m(t1c1?t2c2)200(850?0.71?100?0.5)3

≈=1600dm

0.87?2(75?35)?介c介(t介2?t介1)考慮余量取到1700dm=1.7m。參見表8-3，類比RX-15-9該淬火油槽尺寸為1.0×1.0×1.0/1.0=槽長取1.3×槽寬1.1×槽深h/1.7，類比計算出槽深為1.19m,取整為1.2m。

2.確定溢流槽尺寸，V溢=V工+△V介=200/7.8+〔（0.9—0.87）/0.9〕×1.7≈82dm溢流槽的橫截面積，溢流槽設(shè)在兩側(cè)時S溢=2ab溢=2×1.1×取0.15=0.33mh溢=

2

3

V溢82=≈25dm

33S溢V介=

3.淬火介質(zhì)置換量（兩次淬火間隔時間取1小時）V置=

?1.7=1.7m3/h115

4.淬火介質(zhì)供入管截面積S=1.7/流速取1×3600=0.0004722m。其直徑d=25mm。

2

4S管

?=

4?0.0004722?≈

5.淬火介質(zhì)溢流槽之一排出管截面積S=1.7的二分之一/自然排油流速取0.25×3600=0.0009444m。其直徑d=

2

4S管

?=

4?0.0009444?≈35mm。

2

6.事故放油管截面積S=1.7除以7分鐘（7×60秒）/管粗且是熱油自然排油流速取大些0.5=0.0081m。其直徑d=