热处理设备复习资料

1、绪 论设备、冷却设备、辅助设备和温度控制设备。盐浴炉、感应加热装置等。连续作业炉有推杆炉、输送带炉、滚动底式炉等。热处理冷却设备主要包括各种淬火设备、缓冷设备和冷处理设备。热处理车间常用的辅助设备由喷砂或喷丸机、机械滚筒、抛丸机、清洗机，各种酸洗槽、手动及机动校正机、起重运输设备等。第一章 传热理论度快、降低生产成本的能力。热量传递有三种基本形式，即传导、对流和辐射。接触的物体，而无需宏观的质点移动的传热现象，叫做传导传热。当流体（气体和液体）中存在温度差时，流体的各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递方式，称为对流。式称之为辐射。度场。如果物体各点温度不随时间变化，此时的温

2、度场称为稳定态温度场。 W/m 。2A 所传递的热量，其单位为W。 表示单位时间内（时）通过单位面积（米）所传递的热量，其单位为千卡/米时。热量（Q ） 表示单位时间内通过传热面积为 F 米所传递的热量，其单位为千卡/时。 ，式中热导率，W/(mK)。1 / 表示，单位为W/(mK)。热导率的大小与材料的种类、物质结构、杂质含量、密度、气孔、温度和湿度等因素有关，而与几何形状无关。例题设有一空气循环电炉，空气温度为500，流速分别为5、10、20和40米/秒，求当温度为100，面积为1米2的金属板每小时所得的热量q 。解求20当t = 5米/秒时 20 =(273+20)t /(273+500

3、)当金属板为轧制表面时，其相应的20 为3.8、7.6和15.2米/秒。当t 5米/秒时 = 6.1420 。把20 为1.9、3.8、7.6和15.2米/秒分别代入上式，则得的相应值为11.5、17.9、46.7和93.3千卡/米时 。传给1米金属板的热量qq =（t1 - t2）=（500-100）= 400将值分别代入上式，则相应的q 值为4600、7160、18680和37320千卡/米时。由该例可见，流速越大，传热量也越大。两者的接触面积。其数学表达式为：Q=(T-T)A，式中对流传热系数，表示当流体与21固体表面之间的温度差为1K时，每秒钟通过1m22粗糙程度以及固体表面与流体的温

4、度等因素有关。强化热处理炉内对流传热的措施：1）适当提高热处理加热温度，加大传热2 / 温度，可以增加对流传热量，缩短加热时间。但是由于受热处理工艺限制，温度不能提高太大，否则容易造成废品；2）提高流体的流动速度，使其处于强制流动状态，增大对流传热系数，从而增大其换热量。着能量形式的转化。例题设粘土砖炉墙内表面温度为1200 ，炉墙厚度为345毫米，粘土砖的导热系数为1，车间温度为20 ，求通过炉墙的散热量和炉墙外表度。面温解 已知t1=1200，t2=20=0.345t t代入公式q千卡/米时得：122s0.0620q =2913.6千卡/米时0.34510.06设炉墙外表面温度为t2 ，因

5、为：t tq =22t2 = t 2 + q 0.06 = 20 + 2913.60.06195表面温度，应在粘土砖外表面增加一层保温层。第二章 气体力学液体和气体统称为流体。P H P H 单一气体的平衡方程式的一般式： 2+ 1 = 3+ 2 应用条件是气体处于静止状态且重度不随高度而变。W P t 等）连续性方程式和伯奴里方程式是稳定流动气体的两种基本方程式。体力学中的能量守恒定律。3 / WWFF连续性方程可写成 1 / 2 = 1 / 2 （适用于不可压缩气体在管内稳速大。理想气体的伯奴里方程式可以这样表示：不可压缩的理想气体稳定流动时，管道任何一截面上的位能、压力能和动能的总和保持

6、恒定，即等于常数。应用伯奴里方程式的限制条件有：气体属于稳定流动；流体不可压缩，重度（ 流体是没有粘性，没有摩擦力（内力）作功；所考察的一段流动路程上，没有外力（泵、风机、局部阻力等）作功；损失，这种损失是不可逆的，称为阻力损失。阻力损失分两类： 摩擦阻力损失它主要是由于气体在流动时在气体内部,以及气体与管壁之间有摩擦阻力而造成的。 局部阻力损失 它是由于气流运动方向或气流速度突然发生变化而在局部地区造成的能量损失。尽可能缩短管道长度；采用较光滑的管壁； 使管道形状适合气体流动以减少局部阻力损失。h 位 表示。通常采用的排烟方法有两种：机械排烟 用烟囱、排烟罩或自然排放；等方法自然排烟。烟囱排

7、烟的优点：不消耗动力，不需经常维修，工作可靠，能将有害废气送到高空，减轻对工作环境的污染。鼓风设备及其作用 过程中的阻力，把气体输送至指定地点的设备。 作用：将燃烧用的空气送至炉子上并使之具有一定动能；将炉内的废气抽出，送入车间外大气中。在热处理炉应用最广泛的是离心式通风机，它由叶轮和机壳组成。4 / 第三章 筑炉材料耐火材料、隔热材料、炉外和炉内用的金属材料、炉子的地基材料等，这些材料统称为筑炉材料。耐火材料是指能够抵抗高温并承受在高温下产生的物理与化学作用的材料。耐火材料的物理性能主要包括体积密度、吸水率、气孔率、比重、透气性、耐压强度、热膨胀性、导电性、导热性及热容量等。震稳定性、高温体

8、积稳定性等。化到一定程度时的温度。气氛等的侵蚀作用的能力。到一定程度时的温度。热震稳定性是指耐火制品对急冷急热的温度反复变化时抵抗破坏和剥落的能力。高温体积稳定性是指耐火制品在高温下长期使用而保持体积稳定不变的性能。品、轻质耐火砖、耐火纤维、不定型耐火材料、耐火泥浆。喷涂料、捣打料、涂抹料、投射料等。耐火混凝土是由骨料、胶结料、掺合料三部分组成，有时还要加入促凝剂。剂，经过充分搅拌后形成硬泥膏状，在规定时间内具有较好的可塑性。时，其具体的施工方法有：层铺法、叠铺法、贴衬法和预制块衬砌筑法等。常用的保温材料有硅藻土、石棉、矿渣棉、膨胀珍珠岩、蛭石等。小于 0.2 5 / 碳素钢、合金结构钢和耐热

9、铸铁。耐热钢是指在高于 450条件下工作，并具有足够的强度、抗氧化、耐腐蚀性能良好和长期的组织稳定性的钢种。第四章 电阻加热炉热处理炉按热源可分为电阻炉、燃料炉、煤气炉、油炉和煤炉等。对流作用将热量传给被加热的工件，从而使工件加热到规定的温度。电阻加热炉的特点： 结构简单，操作方便，工作温度广泛、容易准确控制方便、安全、炉膛温度分布较均匀，便于使用控制气氛，容易实现机械化和自动化操作，结构紧凑，占地面积小，便于车间布置安装等很多优点。装料和出料操作。这种炉子的生产能力较小，适用与小规模生产的热处理车间。常见的炉型有箱式炉、井式炉、台式炉等。箱式电阻炉按其工作温度可分为高温（大于 及低温炉（小于

10、 脱碳，操作不方便，特别在大型箱式炉，操作时劳动强度较大。改进中温箱式电阻炉的性能，缩短空炉升温时间，节省电力消耗的方法是： 用轻质粘土砖或泡沫砖代替原来的重质砖；用耐火纤维毡作内衬；适当减少炉膛高度及增加炉膛体积的功率。高温箱式电阻炉最高工件温度为 1300，主要应用于：高速钢刃具，高铬钢模具等工件加热选择炉型必须考虑：工作的特点；技术要求；产量大小；劳动条件和机械化和自动化水平；节省能源。应有良好的加工性；材料成分要符合国家资源情况，来源容易，成本低。表面负荷：是指电热体单位表面积上所辐射出的电功率。6 / 底、炉门和炉顶上都可以安装电热体。元件的电阻等。第五章 燃料炉热处理燃料炉可分为：

11、固体燃料炉，液体燃料炉，气体燃料炉。液体燃料炉：液体燃料炉是以重油或柴油做燃料，通称为油炉。气体燃料炉：气体燃料炉是以天然气或工业煤气为燃料，通称为煤气炉。型式：（1）底燃式：火焰是从炉底下面的燃烧室中发出，然后经出火口进入加热室，（2）侧燃式：燃烧装置布置在侧墙上，火焰由侧墙直接进入炉墙；或者燃料在炉墙侧面燃烧室中燃烧，然后火焰越过挡墙进入炉膛内。（3）顶燃式：火焰是在加热室上面的燃烧室内发生，然后经由多孔的拱顶向下流入加热室。箱式炉的优点： 构造简单、炉温较均匀，可供中小件的淬火、正火、退火及固体渗碳等。箱式炉的缺点：产量小，热效率不高，人工操作劳动条件差。燃料炉的炉体结构包括：砌体、炉架

12、、炉门、启闭机构工业炉燃料可分为：天然燃料和人造燃料。天然燃料：在自然界存在的燃料。人造燃料：天然燃料经过加工后所得到用于燃料的产品。燃料燃烧计算需要考虑：1）燃料燃烧空气需要量；2）燃烧产物量；3）燃烧产物成分含量；4）燃烧产物的重度；5）燃烧温度。炉子的热效率：它表示炉子的热能利用情况，是评价炉子的最主要的指标。提高炉子热效率的主要途径是减少和利用烟气的余热t1. V7 / 蒸气。燃烧装置：用来实现燃料燃烧过程的装置，是炉子的重要组成部分。率、炉温均匀性和燃料消耗量。到烧嘴或供气管道内，这种现象称为“回火”现象。产生“回火”的主要原因：煤气压力不足；烧嘴孔隙被堵塞，使气体喷出的速度降低。煤

13、气烧嘴 ：可分为无焰烧嘴和有焰烧嘴无焰烧嘴特点：1.燃烧所需的过剩空气量少（一般为 400500以下。有焰烧嘴特点：1.煤气与空气全部或大部在烧嘴外混合，边混合边燃烧，3050 有焰烧嘴的类型：套管式、交叉混合式、涡流混合式等。高速烧嘴的加热炉的优点是：1）高温高速气流直接冲击工件，使对流给热系数显著增加，加热速度快；2）在以对流传热为主的冲击加热时，炉衬的温度较低，甚至可低于工件最终加热温度，从而改善炉衬的工作条件，同时炉子热惰性很小；3）不必再设燃烧室，炉膛高度可以降低，因此使炉体结构变得紧凑；4）加热质量好，加热均匀不会造成过大的温度差，内应力小，可以实现少氧化加热；5）热效率高，节省燃

14、料；6）减少烧嘴的数量，有利于自动控制。高速烧嘴的加热炉的缺点是：1） 要求煤气和空气的压力高，消耗动力多；2） 烧嘴燃烧室要求用特殊耐火材料制做；3） 噪音大喷嘴的基本类型：机械式喷嘴、高压喷嘴、低压喷嘴。8 / 度。为满足要求采取的措施：1.强化炉膛内热交换和控制炉内压力；2.在结构上有良好的封闭性。3.强化炉内热交换主要是既要增强炉内传热能力，又要强化炉气再循环。影响炉气再循环的因素：燃烧器的布置与排烟口的位置。第六章 冶金产品热处理炉热轧优质型钢的主要生产工序：加热、轧制、锯切、热处理、校直、酸洗、检查、修整等。目前型钢的热处理种类主要是退火、正火、高温回火热处理的目的是：降低钢材的硬

15、度，改善切削加工能力；消除内应力，改善组织并为以后最终热处理做好组织准备。一般情况下，钢材混合装炉的条件是:1）热处理工艺相同，热处理温度相差在 30以内；2）钢材规格相近，直径差在 2030 毫米以内；3）钢材长度差不超过 1 米。薄板退火用罩式炉在冶金工厂中，薄板退火广泛使用矩形罩式炉。罩式炉的优点：1.罩式炉结构简单，不用传动机构，节省炉用机电设备 投资；2.罩式炉热效率高，节省燃料，生产效率高；炉的炉台较多，占用的生产面积随之增加。冷轧带钢卷退火时，一般均采用氮基保护气体。处理矫正检查冷轧取向硅钢带的生产工艺过程是:33.5%Si 热轧钢板卷（23 毫米厚） 预先退火（黑退火） 酸洗（

16、去氧化皮） 毫米厚） 中间退火和脱碳 第二 毫米厚） 再结晶退火和脱碳 涂氧化镁层 最终高温退火 拉伸矫直涂绝缘层 检验入库9 / 硅钢带脱碳退火用卧式电阻炉，它分为四段：加热段：加热段长度占炉子总长度的 1220%，按炉长方向分成若干段，分别控制各段炉温。钢带入炉后在加热段被加热到 800900。保温段：保温段长度占炉子总长度的4060%，其结构与加热段一样，采用分段控温，各段功率均匀分布而且较小。冷却风管 ，有的炉子只设冷却风管。钢带通过该段温度下降到 600左右。快冷段：快冷段分两部分。第一部分是钢板冷却水套，钢带通过水套时，向水套辐射热量而降温。当钢带的温度进一步降低时，就进入喷吹冷却

17、部分。硅钢带采用氢氮混合气体进行脱碳。热轧不锈钢带热处理炉型基本上有两种：辊底式牵引炉与悬索式牵引炉。塔式炉可分为以下几个部分：热，可减少行程，缩短加热室的长度。保温室：保温室采用电热。采用分段控温。钢带在 680720保温应不少于25 秒。缓冷室：缓冷的目的是使钢带从 720缓慢冷却到 480左右，促使碳化物从固溶体析出，以减少以后的时效倾向。按炉子的要求希望尽可能缩短冷却时间，这样可以减少炉子长度。缓冷室既布置电热体又布置冷却器。快冷室：使钢带从 480快冷到 100以下，可以缩短炉子的长度。近年来在快冷室中均采用保护气体喷吹冷却装置。采用喷吹冷却，可使快冷室缩短，板面光亮平整，提高质量。

18、钢丝可分为碳钢钢丝与合金钢钢丝，钢丝的生产方法主要是冷拉法。钢丝的一般生产流程大致为还需中间热处理） 检验除油包装入库无缝钢管按其制造方法不同可分为：热轧管、冷轧管、冷拉管钢管的制造方法：冷轧、热轧、焊接、铸造第七章 热处理浴炉及流动粒子炉按所用液体介质的不同，浴炉有盐浴炉、碱浴炉、油浴炉、铅浴炉等。 / 介质有熔盐、熔融金属与合金、熔碱以及油类等。常用的脱氧剂有硼砂、硅铁粉、硅胶、二氧化钛等。成本高。工件在浴炉中加热具有加热速度快、温度均匀、不易氧化、脱碳等优点。并具有流动性，转变成为“似流体”状态，这种现象称为颗粒状物料的流态化。所采用的流体介质可以是液体也可以是气体。如果固体颗粒都能单独

19、活动时，则称这种流态化为散式流态化。如果颗粒是成群地聚结活动，则称之为聚式流态化。整个流态化过程分为四个阶段:1.固定床；2.膨胀床；3.流化床；4.气体输送。流动粒子炉的特性：1.给热系数大，加热速度快；2.温度均匀，工件加热时变形小；3.加热和冷却速度可以调节，能适应不同钢种和工件的加热与冷却要求。4.炉子的热惰性小，热效率高，节约能源；热或化学热处理。流动粒子炉的热源有煤气和电热两种。电热的流动粒子炉分为电热体加热与电极加热两种。第八章可控气氛热处理炉加热工件时，介质中含有大量的氧气以及少量的二氧化碳和水蒸气，易使工件产生氧化和脱碳现象。防止氧化脱碳两种方法：保护性真空热理；炉内充满气体

20、可控气氛热处理具有下述的优越性：裕量和钢材的烧损量，因而节省了工时及能耗，节约了金属材料。 / 度，因而能提高了渗碳件的机械性能，稳定了渗碳工艺的质量。能进行特殊的热处理工艺。提高劳动生产率，改善劳动条件。氛和氮基气氛等。制备可控气氛的原料：1.固体原料 2.液体原料 3.气体原料放热式气氛和吸热式气氛为可控气氛中的两大类型。式气氛。放热式气氛以丙烷为例：空 气 与 原 料 气 （ 丙 烷 ） 完 全 燃 烧 的 反 应 为 ：C3H8+5O2+19N23CO2+4H2O+19N2+Q由方应式看出，产物主要是 和 N2，由于CO2 及 H2O 的存在，这种气氛不能保护工件不被氧化。第一步：原料

21、气（C3H8)与空气混合进行完全燃烧：C3H8+5O2+19N23CO2+4H2O+19N2+Q第二步：剩余的 C3H8 与完全燃烧物进一步反应：QC3H8+3CO26CO+4H2 - 1QC3H8+3H2O3CO+7H2 - 2吸热式气氛是将原料气与较少量的空气混合，在高温及催化剂的作用下，经不完全燃烧所生成的气氛。需要外部加热所生成的可控气氛称之为吸热式气氛。吸热式气氛的特点：1.适用性强2.较放热式气氛成本高3.与空气接触易爆炸，炉温低时易产生碳黑4.气氛中的 CO、CH4 易与 Cr 起反应，造成表面贫铬吸热式气氛的应用：1.各种碳钢的光亮热处理2.做为渗碳及碳氮共渗的渗碳剂和载体 /

22、 3.可以进行薄钢板的穿透渗碳及脱碳钢材的复碳处理氨燃烧气氛是将氨气与空气混合后进行燃烧反应而制成一种以氮为基的保护气氛。NH4 气直接在燃烧室中燃烧。 气氮；4）氨燃烧气氛氮基气氛特点：安全性；节省资源；耗能低；环保无污染；具有经济价值；操作简易不锈钢、硅钢片的光亮加热。含碳量相平衡。在其它条件相同时，炉气的碳势取决于炉气的成分，因此，控制气氛的碳势也就是控制炉气成分之间的相对量。碳势测量的方法有：热丝电阻法、露点法、红外线分析法等。 2.材料成分的特点 3.可控气氛的特性对可控气氛热处理炉的要求： 炉子要具备高的密封性 设有前室或者前后室 炉气氛要均匀 采用高铝质耐火砖（抗渗砖）做为内衬

23、采用大截面的电阻带以增强电阻体寿命，或采用辐射管 设有火帘与防爆装置 具有较高的机械化及自动化炉内金属元件的选择；3）炉子要求严格密封；4）强制炉气循环运动；5）防爆装置；6）安全装置。第九章 真空热处理真空热处理炉所采用的真空系统又称真空热处理炉的抽气系统。真空系统的工作过程分为两个阶段：预抽阶段和正常抽气阶段 / 真空加热的主要特点：1）防氧化作用；2）真空脱脂作用；3）真空脱气作用；4）真空下元素的蒸发。真空热处理炉分成两大类：外热式真空热处理炉和内热式真空热处理炉。内热式真空热处理炉的优点：加热和冷却速度较快，因此可缩短生产周期。内热式真空热处理炉的缺点：炉内结构复杂，电气绝缘性要高；

24、真空系统的抽气能力大，配套复杂；一般铁基和镍基合金最高使用电压都不超过 100V，所以必须采用低电压大电流变压器，电气配套也较庞大。的质量影响较小，同时还能消除因真空放电所引起的产品质量事故和设备事故。又是真空容器。金属马弗室的材料的要求：1.应当具有较好的焊接性能，在焊接时焊缝处最好不要产生气泡；较小的热膨胀系数；3.应尽量少含在真空和高温时易升华的元素。真空热处理炉通常由炉壳、隔热屏、电热元件、炉床、气或油冷却装置、观察窗等组成。抽气机排出真空系统的气体量。这种维持气流数值恒定的情况称之为稳定气流。实际上，在真空系统的导管内，气流是不稳定的。当然每瞬间，是能满足稳定条件的，因此，称这样的气流是亚稳定气流。抽气机的基本参数：起始压强：抽气机开始工作时的压强称之起始压强。压强再升高时，抽气机即停止工作。当长时间抽气后，一定型号抽气机所能达到的最小压强。也成为极限真空。 / 抽走的气体体积。命。真空淬火炉的组成：真空加热炉和淬火槽。真空淬火炉的根据淬火介质的不同，分为气体冷却淬火炉和液体冷却淬火炉。立式真空气体淬火炉组成：加热室、中间闸板阀、冷却室、炉料升降机构作为冷却介质的气体有：氢、氦、氮、氩等，最常用的是较纯的氮气。件，却不能完全淬硬，为了解决这一问题,就要采用油淬硬淬火真空炉处理。化。离子氮化处理的优点：1.缩短了生产周期；2.抑制生成脆性层，提高氮化层的韧性