热处理设备概述教材

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1、热处理设备 主讲教师：范涛 北华航天工业学院 金属材料工程教研室 *1 教材与教参 l1.使用教材 热处理炉，吉泽升等编，哈尔滨工程大学出版 社，1999.1 l2.主要参考书 热处理手册 第三卷 热处理设备和工辅材料 （ 第四版)，中国机械工程学会热处理学会编，机械工 业出版社，2008.1 新编热处理设备选型设计实用手册，徐宝亮编 ，中国知识出版社，2005.11 热处理炉（第1版），曾祥模编，西北工业大 学出版社，1996.7 Date2 （一）对热处理常用设备有一个概括的了解，掌握热处理炉传热的基本方式、 一般条件及炉内综合传热与应用。 （二）掌握常用热处理设备的结构特点、工作原理与用

2、途。 （三）掌握一般结构简单的热处理炉的设计内容与方法。 （四）了解热处理炉节能与改造方面的有关知识及炉温仪表、热控制 。 热处理设备是金属材料工程专业的一门应用性较强的必修专业课，考试课。 使学生掌握有关热处理设备的知识，同时也培养学生设计、选择和应用热 处理设备的能力。 本课程的性质： 本课程的任务： 通过对本课程的学习达到的要求： 本课程的重要性： 热处理设备指用于实施热处理工艺的装备，随着科技的发展，在冶金、机械、航空、航天、船舶 等工业生产中，需要进行热处理的零件和工具日益增多，热处理炉是实现热处理工艺的主要设备，没 有先进的热处理炉就不能实现先进的热处理工艺，热处理工艺的现代化，实

3、质是热处理设备（主要是 热处理炉）的现代化。 Date3 这些产品都需 要进行热处理 Date4 课程特点 C 基础性 C 综合性 C 实践性 C 发展性 Date5 课程安排 l 总学时：46 l 理论教学时间：01-15周 l 周学时：3 l 试验：4学时 l 考核形式：考试 l 考试时间：20周 Date6 对大家提几点要求 G重视课堂教学 A按时上课，做好笔记 B课堂保持安静 Date7 1.1热处理设备在材料工程中的地位与作用 热处理是提高机械零件质量和延长使用寿命的关键工序， 也是 充分发挥金属材料潜力、 节约材料的有效途径。正确地选择材料， 合理地进行热处理， 不仅可以充分减少废

4、品， 而且可以显著提高机 器零件和模具使用寿命。而任何一种热处理工艺，只有通过相应的 设备才能得以实现。 热处理炉是实现金属热处理工艺的主要要设备，没有先进的热处 理炉就不能实现先进的热处理工艺，要实现热处理技术的现代化， 需要靠热处理设备的现代化来保证。即热处理设备的先进与否更是 决定热处理工艺的重要因素。 第一章热处理设备概述 第一章热处理设备概述 Date8 1.2热处理设备的发展概况 l现代热处理设备包括：大型连续生产线，密封箱式多 用炉生产线，真空及无人化感应加热设备 l国外: (1)以电能为热源的增多，油和煤气炉比例逐渐减 少 (2)对产品表面质量的要求更为严格，可控气氛热处 理炉

5、和真空炉占重要地位 (3)炉衬趋向轻质材料，在电 阻炉上应用非金属炉用耐热构件和发热元件的比例逐 渐增加 (4)微机和PLC的发展加速了热处理自动化，并 有与其它工序组成全自动热处理线的趋势。 l我国热处理技术比较落后，体现在装备水平的落后上 ，大多为5070年代的仿苏产品，周期式炉多，连续式 炉少，效率低，能耗大，空气炉多，气氛炉少，工件 氧化脱碳严重，质量不易保证，自动化程度低，人为 因素影响大，质量不稳定，盐浴炉比重相当大，劳动 条件差，污染严重，一半以上的设备超过三十年，且 年久失修，热效率低，散热严重，成本高。 l相对于先进工业国家仍有相当大的差距 第一章热处理设备概述 Date9

6、可控气氛多用炉生产线 箱式可控回火炉 箱式可控气氛多用炉 网带式可控气氛多用炉 高温型可控气氛多用炉 多用炉生产线由加热炉、清洗机、回火炉、 推拉车、准备台、完成台、中继台、电控柜 、滴注灌、深冷炉等设备根据用户需要及产 量需求可布置成各种不同组合的生产线 Date10 l生产设备与世界先进水平有20-30年之差距。专业化热 处理工厂数目与美国相比相差35倍，生产效率比美国 低26倍、设备利用率仅为30%，电耗却高于美国的40% ，其电耗平均每吨比日本和欧美要多23倍。 l热处理带来的环境污染问题十分严重，据不完全统计 我国热处理业每年约有 5000吨淬火油因蒸发或局部燃 烧造成CH化合物、C

7、O及烟尘；有约9000吨废淬火油 因排放不当而污染水质；每年盐浴炉生成盐蒸汽7000 吨以上；有害废渣约10000吨；燃煤炉窑排放SO2约1.5 万吨，灰分约8.5万吨；喷砂处理中产生的SiO2等有害 粉尘10000吨，严重污染了环境。 l由于生产设备和规模的落后，我国热处理生产耗能巨 大而利润并不高约为美国的1/30，年营业额约为美国 的1/25。 1.2热处理设备的发展概况 Date11 1.2热处理设备的发展 l1.改进炉膛结构，合理布置加热元件，以 改善加热质量 l2.采用新型炉体材料，提高加热效率 l3.提高自动化程度，采用连续式炉或联合 机，以稳定产品质量，提高劳动生产率 ，改善劳

8、动条件 l4.拓宽真空技术的应用领域，进行无氧加 热，提高产品质量 第一章热处理设备概述 优质（设备优良、工艺先进、 管理科学化）、高效（ 设备 、管理）、低耗（设备、 工 艺、 管理）、清洁（劳动环 境 、自然环境）、灵活（协 作生产） Date12 完成各种辅助工序完成各种辅助工序( (如酸洗、清洗、清理、校直、检验如酸洗、清洗、清理、校直、检验 ) )、生产操作、动力供应所用的设备。热处理车间常用的、生产操作、动力供应所用的设备。热处理车间常用的 辅助设备有清洗槽辅助设备有清洗槽( (机机) )、喷砂机、校直机、泵、鼓风机、喷砂机、校直机、泵、鼓风机、 各种动力管道以及起重运输设备等。各

9、种动力管道以及起重运输设备等。 1.3 1.3 热处理设备的分类热处理设备的分类 主要设备：主要设备： 完成主要热处理工序完成主要热处理工序( (加热和冷却加热和冷却) )所用的设备，包括所用的设备，包括 各种各种加热设备加热设备( (加热炉与加热装置加热炉与加热装置) )和和冷却没备冷却没备( (冷却室、冷却室、 淬火槽、淬火机等淬火槽、淬火机等) )。 辅助设备：辅助设备： 主要设备主要设备 辅助设备辅助设备 第一章热处理设备概述 Date13 l1.3.1主要设备 l1.热处理炉：有炉膛的加热设备：箱式炉、井式 、台车、真空炉 l2.加热装置：热源直接对工件加热的装置：高频 、中频、火焰

10、加热 l3.表面改性装置：气相沉积多弧镀膜机、离子注 入机 第一章热处理设备概述 4.表面氧化装置；发蓝槽、发黑槽 5.表面机械强化装置：抛（喷）丸机 、辊压机 6.淬火冷却设备：冷却水、油槽、缓 冷罐、喷淬器、压力淬火机 7.冷处理设备：冷冻机、液氮、干冰 冷却装置 8工艺参数测控仪表：测控温度、碳 氮势、压力、流量 碳控仪 感应加热表面淬火机床 Date14 l1.3.2热处理辅助设备 l1.清洗机、清理装置：对热处理前后工件进行清洗的冷 热水槽、喷砂机、超声清洗机、脱脂炉 、酸洗槽、滚 筒 l2.炉气氛制备装置：吸、放热式发生器，氨分解器、制 氮机 l3.淬火介质循环装置：储液槽、过滤器

11、、输送泵、冷却 器、冷水机 l4.起重运输设备：天车、起重机、运输车、传送链 l5.动力输送管路及辅助设备：管路、风机泵、储气（液 ）罐 l6.防火、除尘等安全设备：防火喷雾器、抽风机、废气 反应槽 l另外，还需校正设备、各种工具、夹具 第一章热处理设备概述 Date15 1.4 热处理炉的分类 分类原则 炉 型 热源电阻炉、燃料炉、煤气炉、油炉、煤炉 工作温度高、中、低温炉 炉膛形式箱、井、罩、管、贯通、转底式炉 工艺用途退、淬、回火炉 、渗碳、氮炉、实验炉 作业方式间歇、连续、脉动式炉 使用介质 空气、火焰、可控气氛、盐、油、铅浴炉、真空炉 机械形式 台车、推杆、输送带、滚、振、升降底、步

12、进式炉 第一章热处理设备概述 Date16 第一章热处理设备概述 Date17 第一章热处理设备概述 Date18 Date19 Date20 连 续 式 热 处 理 炉 Date21 启动电阻 启动电阻 Date22 Date23 Date24 Date25 传热或换热： 热量从一物体传向另一物体或由同一物体的某一部分 传向另一部 分的过程。 条件： 物体间或同一物体内部只有存在温度差时，才会发生热量的传递。 热处理炉内进行的热传递过程是由传导、对流、辐射三种基本传热 形式组成的综合传热过程。 1.5 热处理炉的传热原理 Date26 物体间通过辐射进行的热能传递过程，称为辐射传热。 特点：

13、辐射不需任何介质，传热过程中伴随着能量的转化，即 从热能到辐射能以及从辐射能又转化为热能。 温度不同的接触物体间或一物体中各部分之间热能的 传递过程，称为传导传热。 流体质点发生位移和相互混合而发生的热量传递，叫对流传热 。特点：传热过程中，既有流体质点的导热作用，又有流体质点位 移产生的对流作用。 一、传热的基本形式 1.传导传热 2.对流传热 3.辐射传热 流体中有相对位移 和混合，或流体与 固体表面接触，如 ：浴、回火炉 无宏观的质点的移动，液 体中：分子振动；气体中 ：分子、原子扩散；金属 中：自由电子的运动 辐射能电磁波热能（ 中、高温炉） Date27 用来描述物体中温度的分布情况

14、，是空间坐标 和时间坐标的函数,即 式中：x，y，z，该点的空间坐标; 时间坐标。 二、温度场与温度梯度 1.温度场 若物体的温度沿x、y、z三个方向都有变化， 称三向温度场； Date28 单向温度场：物体温度只在一个方向上有变化，即： 如长时间恒温状态下炉壁的传热。 不稳定态温度场：物体各点的温度随时间的变化而变化， 如升温状态下炉壁的传热。 稳定温度场：物体各点温度不随时间变化。这时温度分布 函数简化为： t = f (x，) （-） Date29 在温度场内，物体(或体系内)相邻两等温面间的温度 差t与两等温面法线方向的距离n的比例极限，称为温 度梯度。用下式来表示: 温度梯度是表示温

15、度变化的一个向量，其数值等于在 和等温面相垂直的单位距离上温度变化值，并规定由低到 高为正，由高到低为负。 2温度梯度 Date30 热流：Q 单位时间内由高温物体传给低温物体的热量叫热流 或热流量，用表示， Q= t F （W）。 热流密度：q 单位时间内通过单位传热面积的热流，称为热流密 度，用q表示，单位为w/m2，即： 热流、热流密度都为向量，其方向与温度梯度方向相反 。 三、热流和热流密度 Date31 对于均匀的、各向同性的固体，单位时间通过单位 面积的热量，与垂直该截面方向的温度梯度成正比。 式中:沿n方向的热流量(W); q热流密度(w/ m2 ); F与热流方向垂直的传热面积

16、(m2); 比例系数，称为热导率W/(m ); 温度梯度(/m)。负号表示热流方向与温度梯度方向相 反（16）式为导热基本方程式，即傅立叶定律。 1.5.1 传导传热 一、传导传热的基本方程式 Date32 热导率是反映物体导热能力大小的参数。其物 理意义为在单位时间内，每米长温度降低1时， 单位面积能传递的热流量，用表示，单位为W/(m )。 金属的导热系数与金属的纯度和温度有关，杂 质愈多，导热系数也随之降低。纯铁比碳钢导热系 数大，碳钢又比合金钢的导热系数大(合金钢加热 时保温时间长的原因)。 二、热导率（也叫导热系数） Date33 即： t =0 + bt W/(m ) （） 式中: t t时材料的热导率; 0 0时材料的热导率; b材料的热导率温度系数，因材料而异。可查表 得到。 实际计算中，一般取物体算术平均温度下的热导率代表物体热导 率的平均值。 温度升高时大多数金属的导热系数降低。 材料的热导