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一种可控气氛保护热处理方法与流程

发布时间：2023-11-24 作者: 产品中心

  热处理是指材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，以获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺。金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。

  为了使工件表面不发生氧化、脱碳、烧损现象或对工件进行化学热处理，向炉内通以可来控制成分的气氛，称为可控气氛保护热处理。保护气氛可以是中性气体(N2)或惰性气体(Ar)，也可以是还原性气体(H2)；大多数保护气氛是由多种气体(如CO、CO2、H2、CH4、H2O、N2等)混合组成的。工件在保护气氛下加热不仅可实现无氧化无脱碳热处理，提高热处理质量，还能够直接进行渗碳、脱碳等特殊热处理；并且可实现机械化和自动化控制，使生产率得到提高、劳动条件得到改善。

  可控气氛热处理的优越性如下：1)实现无氧化无脱碳与增碳热处理，因而提高工件的表面上的质量及机械性能，减少零件的加工余量和钢材的烧损量，因此能节省工时及能耗，节约金属材料；2)实现可控渗碳，可以精确地控制零件表面的含碳量、碳浓度梯度和渗碳层厚度，因而提高了渗碳零件的机械性能，稳定渗碳工艺的质量；3)实现特殊的热处理工艺，如硅钢片的脱碳退火、轧制钢材的复碳退火等；4)实现机械化与自动化，提高劳动生产率，改善劳动条件。

  可控气氛多用炉是一种目前得到普遍应用的先进热处理加工设施，大多数都用在零部件的可控气氛保护淬火、正火、气体渗碳、气体碳氮共渗等处理，具有少氧化、无脱碳等加工特点。目前国内外在使用可控气氛多用炉进行热处理时的通用操作方法是：将零部件在热处理工装上摆放完毕后直接送入炉膛内加热，热处理完毕后转出。

  ①在低温加热阶段，零部件几乎不发生氧化和脱碳，此时进行气氛保护属于浪费，提高了零部件的热处理加工成本；

  ②可控气氛多用炉在使用的过程中，炉膛内部的气氛是可燃气氛，在750℃以下时，如果可燃气体与空气的混合比例达到一些范围，会发生爆炸；而在750℃以上时，不论混合比例为多少，均不会发生爆炸，所以750℃是保证可控气氛多用炉安全运作的安全温度。采用现有加热办法来进行可控气氛多用炉操作，当零部件装载量较大时，由于零部件温度低、热容量大，会使炉膛内的温度降至750℃以下，并在安全温度以下长时间停留，存在比较大的安全隐患。

  本发明的目的是提供一种可控气氛保护热处理方法，解决现有可控气氛热处理加工成本高、存在比较大安全风险隐患的问题。

  一种可控气氛保护热处理方法，包括将工件预热至设定温度并保温10～30min后，送入可控气氛保护热处理设备做可控气氛保护热处理；所述设定温度在560℃以下。

  在560℃以下加热时，一般钢铁零部件几乎不发生氧化，表面脱碳也很微弱(脱碳程度很微弱，可忽略，同时在后续的热处理保温过程中，保护气氛所提供的碳势可以很轻易的补充工件表面轻微的脱碳)，所以在560℃以下加热时，可用普通回火炉预热代替直接用可控气氛多用炉加热。预热后通过料车系统将预热后的工件转送至可控气氛多用炉中进行热处理。

  本发明的可控气氛保护热处理方法，是将工件预热至设定温度(560℃以下)并保温10～30min后，送入可控气氛保护热处理设备做可控气氛保护热处理；该方法具有如下有益效果：

  ①节约：通过预热操作，在几乎不增加加热能耗的基础上显著缩短了零部件在可控气氛多用炉中的升温时间，进而大幅度减少了气氛裂解气体的消耗，同时也减少了可控气氛多用炉循环冷却系统的电能损耗；

  ②提高了贵重设备的利用率：可控气氛多用炉的一次性投资要远大于普通回火炉，并且其很多加工能力具有无法替代性，采用普通回火炉预热的方法，能显著缩短零部件在可控气氛多用炉中的停留时间，提高可控气氛多用炉的生产效率，更大程度的发挥了可控气氛多用炉的价值；

  ③安全：采用本方案对工件进行预热，能够大幅度缩短可控气氛多用炉在750℃安全温度以下的停留时间，提高生产的安全性。

  所述设定温度不超过540℃。考虑到热处理炉温波动因素，将最高预热温度调至略低于560℃的理论温度，以避免氧化、脱碳。

  预热时间依据装炉量大小确定，在炉子达到设定温度后再保温10～30min即可。

  本发明的可控气氛保护热处理方法，在不超过540℃的设定温度下采用普通回火炉对工件进行预热，将预热后的工件送至可控气氛多用炉中进行淬火、正火、渗碳等处理；该方法在保证零部件不氧化的前提下，有实际效果的减少了零部件在可控气氛设备中的加热时间，由此减少加热升温过程中的保护气体消耗，同时提高了可控气氛热处理设备的利用率，并缩短了零部件在危险温度区间的停留时间，提高了安全性。

  所述可控气氛保护热处理为淬火、正火、退火、渗碳或碳氮共渗处理。本发明方法应用于可控气氛保护热处理领域，一般适用于采用可控气氛多用炉进行可控气氛保护淬火、正火、气体渗碳、气体碳氮共渗等热处理过程。

  本实施例的可控气氛保护热处理方法，是先将工件送至普通回火炉(空气气氛)进行预热，预热至设定温度540℃并保温10min后，送入可控气氛保护热处理设备做可控气氛保护淬火处理。

  本实施例的可控气氛保护热处理方法，是先将工件送至普通回火炉(空气气氛)进行预热，预热至设定温度520℃并保温20min后，送入可控气氛保护热处理设备做可控气氛保护正火处理。

  本实施例的可控气氛保护热处理方法，是先将工件送至普通回火炉(空气气氛)进行预热，预热至设定温度500℃并保温30min后，送入可控气氛保护热处理设备做可控气氛保护气体渗碳处理。

  本实施例的可控气氛保护热处理方法，是先将工件送至普通回火炉(空气气氛)进行预热，预热至设定温度530℃并保温15min后，送入可控气氛保护热处理设备做可控气氛保护气体碳氮共渗处理。

  通过实施例验证，引入本发明的可控气氛保护热处理方法主要有三个方面的收益：

  保护气体节约：采用本发明的预热方法，以单炉装载量500kg为例，可减少在可控气氛多用炉中的升温加热时间1～1.5h，能大幅度减少在加热升温阶段保护气体的使用量以及在该过程中由于循环冷却水电机运转所产生的电能消耗(可控气氛多用炉只要开启，热室风扇便处于启动状态；当炉温超过150℃，便必须启动冷却循环系统)。

  可控气氛多用炉的一次性投资要远大于普通回火炉，并且在生产中其很多功能不能被普通设备所替代，采用普通回火炉预热的方法，能显著缩短零部件在可控气氛多用炉中的停留时间，提高可控气氛多用炉的生产效率。

  可控气氛多用炉在使用的过程中，炉膛内部的气氛是可燃气氛，在750℃以下时，如果可燃气体与空气的混合比例达到一些范围，会发生爆炸，而在750℃以上时，不论混合比例为多少，均不会发生爆炸，所以750℃是可控气氛多用炉安全运作的安全温度。在不预热的情况下大批量装载零部件时，由于零部件温度低、热容量大，会使炉膛内的温度降至750℃以下，并在安全温度以下长时间停留，存在很强的安全风险隐患。采用本方案对工件进行预热，能够大幅度缩短可控气氛多用炉在750℃安全温度以下的停留时间，提高生产的安全性。