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第二章电阻炉电阻炉是最主要的、应用最广的热处理设备优点：1)控温精度和自动化程度很高，准确度可达1～5℃；2)炉温均匀性好，波动范围小，可控制在3～5℃；3)热效率高，可达45%～80%(煤气炉＜25%)；4)便于采用可控气氛；5)结构简单紧凑，体积小，便于组成流水线生产；6)其生产和热处理工艺的机械化、自动化、生产效率和生产质量高，劳动条件好，对环境污染较小。2.1热处理炉的基本类型•一周期作业炉•（一）周期作业炉•（二）分类•（1）通用性周期作业炉•（2）处理大尺寸工件的周期作业炉•（3）处理小尺寸工件的周期作业炉•（4）周期作业化学热处理炉•二连续作业热处理炉•三可控气氛热处理炉•四真空热处理炉•五新型炉子及其特点•（一）周期作业炉•将一批工件装入炉内，经加热保温后取出，再进行下批工件加热的炉子。•特点：•（1）通用性强，可适应多种工艺要求，应用广泛•（2）生产和热效率低，工件温度均匀性较差，工艺过程不易控制，产品质量稳定性差。•（二）、分类•（1）通用性周期作业热处理炉•可分为两大系列：•（i）Rx系列间接加热箱式电阻炉•（ii）RJ系列化列间接加热井式电阻炉•特点：进炉、出炉都手工操作，工作条件差•间接加热箱式电阻炉•井式电阻炉•（i）Rx系列间接加热箱式电阻炉•a、高温箱式电阻炉：最高温度1300℃，SiC棒作电热元件。•特点：•①、电热元件直接布置在炉膛两侧，且不遮蔽，极少布置于炉顶和炉底，工件加热依靠热辐射。•②、砌筑材料要求高，高铝砖或SiC制品。•目前生产的这类高温箱式电阻炉，配置炉罐、滴注式保护气氛，可实现少氧化或无氧化、无脱碳加热。（i）Rx系列间接加热箱式电阻炉•b、中温箱式电阻炉：额定温度950℃，合金电热元件Ni-Cr。特点：•1）电热元件布置在炉子侧壁和炉顶，依靠辐射加热工件。•2）炉衬采用密度不超过1.0g/cm3的轻质耐火粘土砖砌成，保温层采用珍珠岩保温砖并填以蛭石粉、膨胀珍珠岩颗粒等材料。（i）Rx系列间接加热箱式电阻炉•b、中温箱式电阻炉：额定温度950℃，合金电热元件Ni-Cr。特点：•3）在耐火层和保温层间夹以硅酸铝耐火纤维作为炉衬。•作用：炉衬变薄、重量减轻、炉衬蓄热量减少、热损失减少、降低炉子空载功率并缩短升温时间。•4）较大的炉子采用温度分区控制，增进温度均匀性，还可设置风扇，以加快传热速度。•5）炉底电热元件上方敷盖耐热钢制炉底板，其材料以铬锰氮居多。（i）Rx系列间接加热箱式电阻炉•c、低温箱式电阻炉：650℃•有强制气流循环和远红外辐射加热炉，前者靠对流传热。井式电阻炉一般用于长形工件的加热，使用吊车非常容易将工件装出炉，长形工件在井式炉里加热的变形较小。炉膛截面多为圆形，由于炉体较高，一般置于地坑中，只露出地面600～700mm。对于炉膛较深的井式电阻炉，为使炉温均匀，可分几个加热区，各区温度分别控制。由于井式炉密封性较好、散热面积小，因此热效率较高(高于箱式电阻炉)。•（ii）RJ系列化列间接加热井式电阻炉•a、高温井式电阻炉：最高温度1200℃•b、中温井式热处理炉：最高温度950℃•高、中温井式电阻炉的特点：•（1）采用合金电热元件，布置在炉膛内壁与周边•（2）工件悬挂，减少变形，利于起重机装卸。•缺点：•（1）炉温不易均均，炉口、炉底温度偏低。•（2）热气上浮，散热很大。•（3）装料量比同炉膛体积的箱式炉少，生产效率低•c、低温井式电阻炉：额定温度650℃•在炉底或炉顶设置风扇，驱动气流沿料筐内外循环流动，主要用于回火。•（2）处理大尺寸工件的周期作业炉•在箱式电阻炉的基础上改装，增设机械传动机构，便于工件装卸料，炉体较大、坚固。•a、滚动底式炉•在炉底上铺上两条带V型槽的耐热钢轨，在槽内放耐热钢球，料盘放在滚球上运动。•常用于大、中型锻模加热。•b、台车式炉•加热室呈长方箱式形，在其一端或两端设有炉门；•活动炉底为一台车，可沿地面上的轨道运动。•常用于铸、锻件退火和正火，固定渗碳。密封性差。•c、升降底式炉•由固定加热室和活动炉底组成。•炉体架空固定在支架上，炉口向下和炉底可升降的炉子。炉底在地面装料后上升，将工件送入炉堂内并封闭炉口。•密封性好，可通可控气氛，但需起重设备。用于可锻铸铁退火。•d、罩式炉•有一开口向下的加热活动钟罩，一钟罩配有几个炉底座，对工件轮流加热和冷却。•装料量大，热效率高，密封好，装卸料方便。•但需用大型起重设备。•适用于薄板、带钢、成卷型材等的热处理。•这种炉子的应用日益广泛。•罩式电阻炉•（3）处理小尺寸工件的周期作业炉•专为小尺寸工件加热设计。•小尺寸零件装筐加热时常会堆积在一起影响加热速度和温度均匀性。•所以：•（i）应能将工件分散布置在炉中加热或加热过程中使工件不断翻转。•（ii）小尺寸工件热容量小，容易降温⇒小尺寸工件淬火加热后能迅速送入淬火槽内冷却⇒装设机械传动机构。•(a)转筒式炉•在炉膛内安装一筒状旋转炉罐，在加热过程中可不断转动。工件加热后，打开转筒口盖，然后使炉体与转筒一起倾斜将工件倒入淬火槽。•可通可控气氛，渗碳，淬火正火。•(b)翻转炉底板式炉•以耐热钢板作炉底，炉底板可翻转，炉膛一端与淬火槽相连。•（4）周期作业化学热处理炉•井式气体渗碳炉•井式炉膛+密封炉罐（马弗）•炉罐的作用：保持炉内气氛的成分；防止炉气对电热元件和炉衬等的侵蚀；内设风扇，驱动炉气沿炉筐内外循环流动。•适用于中、小零件的气体渗碳，以及渗碳后在炉内冷却。•缺点：对直接淬火的渗碳件在出炉时表面会轻微脱碳和氧化；炉罐使加热速度减慢；炉罐高温强度不足，常在950℃以下。风扇轴与炉内相通。要防止炉气的溢出并保证炉气的压力就要保证风扇轴与炉盖的密封。如图2-13所示的是活塞环式密封装置除了有石墨盘根外(盘根处再涂以二硫化钼高温润滑剂以阻止炉气的溢出)，还加有冷水套，防止风扇轴受热高温变形。•渗碳废气火苗短且外缘呈淡蓝色、有透明感，表明渗碳剂供量不足或炉子漏气。•正常火苗高约250mm，炉压约240～340Pa•（b）井式气体氮化炉•最高使用温度一般为650℃，炉体结构与井式近似。•炉罐通常采用不锈钢或搪瓷，禁用普钢•∵普通钢易吸氮，使罐表面龟裂，并对氨分解起催化作用，增加氨消耗量，氨分解率不稳定，氮化无法控制。•(c)罩式气体氮化炉•（二）连续作业热处理炉•1、连续作业热处理炉：指连续或间歇进行装料出料使工件顺序通过炉膛的炉子。•特点：①工件在炉内完成了加热（预热、升温、均温）保温，有时包括冷却的全部工艺操作。•②每个（每批）工件的处理条件基本相同⇒生产效率高，产品质量稳定、生产成本低。•③设备费用较高，不易改变工艺，适用于品种单一的大批量生产。•2、分类（按传动机构）•（1）推送式炉•直通式的结构，一端安设推料机，将导轨上的零件间歇地推入炉内和推出炉外。•动作可靠，推送力大，结构比较简单，但需要较大的动力设备。•可用于大、中、小型工件的淬火、正火、退火、回火和化学热处理等多种用途。•气体渗碳炉（辐射管式推送式气体渗碳炉）•①工件运动：工件由炉子侧面推入前室，再从正面推入炉内，当被推到炉子末端后，被侧向推料机推到后室，随即进行淬火。•②工艺：加热、渗碳、扩散、降温保持等，要求各阶的温度和气氛各不相同⇒炉子分成几个区段。•③区段长度：按料盘长度的倍数确定。加热区段为4个料盘等。•④区段之间温度和气氛相对独立，在区段交界处设拱门，防止各区段换热以及气氛相互混合。•⑤计算机控制。•（2）振底式炉•设振动机构，使活动炉底板在炉膛内往复振动，借惯性力使工件连续向前移动。•∵振动底板一直处于炉内，无需工夹具，炉子热效率高。•依振动机构不同，可分为气动式、机械式和电磁振动式三种。•（3）传送带炉•在直通式炉膛中装传送带，连续地将放在其上的工件送入炉内并通过炉膛送出炉外。•优点：工件在运行过程中，加热迅速匀速，不受冲击震动，变形量小。•缺点：承载能力小，使用温度低，传送带反复加热和冷却，热损失大。•用途：中、小零件的中、低温加热。•（三）可控气氛热处理炉•可控气氛热处理炉是我国重点发展的炉子。•可控气氛热处理炉：可控气氛或保护气氛，实现工件无氧化，无脱碳加热。•1、可控气氛炉应具备的条件•（1）、炉膛严格密封•密封形式：炉体密封和炉罐密封两类。•（a）炉体密封•包括炉壳、炉门、电热元件引出孔，热电偶孔、风扇轴孔，推料机械伸出炉外的孔洞等处的密封。•仅应用于电阻炉。控制电热元件受气氛侵蚀。•(b)炉罐密封•密封效果好，但会降低传热效果和增加炉罐材料消耗，炉子工作温度也受限制。•(c)兼具上述两种•采用辐射管加热器，防止炉气侵蚀元件和火焰破坏炉内气氛。•（2）炉内保持正压•防止炉外空气侵入引起爆炸，保证炉内气氛稳定。•措施：•①以一定压力供入足够的可控气体，保证可控气氛充满炉膛。•②在废气排出口设置水封，控制炉内压力。•③炉门设置装料前室及火帘装置，隔绝空气侵入，防止炉气外溢。•（3）强制炉气循环运动•保证气氛和温度均匀⇒产品质量一致。•采用风扇•（4）装设安全装置•可控气氛多损数毒和有爆炸的危险。•①正确操作•②安防爆孔•③安全装置：在管路上设单向阀，截止阀，火焰逆止阀，压力测定器以及安全报警器等。•（5）炉内构件抗气氛侵蚀•炉衬采用含Fe＜1%的抗渗碳砖。•2、密封式箱式可控气氛炉•（1）构成：前室、加热室、装有推拉料机构的炉前装料台。•（2）电加热辐射以垂直方式安在炉膛两侧，炉顶设风扇。•特点：（1）工件在可控气氛中加热、渗碳并在同一设备内淬火，克服了加热和淬火分别在两个设备中进行的缺点，既保证产品质量又改善劳动条件和减少环境污染。•（2）炉子可实现机械化和自动化操作，便于与其它设备组成流水生产线。•如光亮淬火炉、密封式渗碳炉。•用于渗碳、氮化、淬火、正火和退火等多种热处理工艺的多用炉等。•可控井式氮化炉•（四）真空热处理炉•1、真空热处理炉的工作特点•真空热处理炉是炉膛或炉罐内保持真空的炉子。•真空：＜105pa（1at）的低压空间•按压强可分为•低真空（133~13.3pa）•中真空（13.3~1.33×10-2pa）•高真空（1.33×10-2～1.33×10-4pa）•超高真室（＜1.33×10-4pa）•特点：•①工件在中、高真空中加上基本上不氧化、不脱碳。•②工件在高、超高真空下加热，合金元系和气体有探发和脱气的可能，甚至促使其氧化物分解，获得光亮表面。•③热交换主要靠辐射换热进行。•④炉罐或炉壁承受很大的外部压力。•2、外热式真空热处理炉•（1）指有真空炉罐的炉子，加热装置配在炉罐外间接加热工件，大多采用电阻加热，也可采用感应加热或燃料加热。•（2）炉型：箱式、井式、升降式、水平管式、双重真空式等。•（3）问题：炉罐材料的可靠性。•（4）炉罐材料：具有较高的高温强度，较小的膨胀系数，合金成分不易挥发、良好的焊接性和高温抗氧化性。•根据炉温选择炉罐材料。•（5）优点：结构简单，排气量少，易达到高真空，不存在真空放电问题，对电热元件无特殊要求。•NL系列预抽真空气氛炉•井式真空回火炉•ZR系列真空炉•双室真空箱式炉•五新型热处理炉及其特点RX3-S系列少氧化箱式电阻炉•RX3-S系列少氧化箱式电阻炉•特点1.用0.6超轻质耐火砖和陶瓷纤维等混合炉衬，大大缩短起始加热时间，显著节能达20%-30%。2.特殊的炉门及滚轮密封，加上炉门内置电热丝，炉门密封良好，炉温均匀。3.专门的滴注系统和排气装置。4.双热电偶控制：一支供测试炉温，一支供过热保护。5.采用特殊的耐热达1400℃的金属加热元件，替代普遍的变压器和硅碳棒，操作方便，价格低廉。微机控制箱式多用炉机组•微机控制箱式多用炉机组是一种高效、经济实用的新炉型•采用滴控和氮基气氛技术，运行成本低、热处理质量好•采用微机技术，对炉子的温度、气氛及工艺流程作精确的自动控制，并进行数据处理，实时显示和打印功能•用途该机组适用于机械零件的渗碳、碳氮共渗及光亮淬火等热处理。•如：1.汽车、拖拉机齿轮、曲轴、钢套及摩托车零件；2.航空发动机、兵器零件；3.柴油机、铁路机车及工程机械零件；4.尤其适