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发表于 2007-11-16 13:34:58
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来自: 中国山东聊城
4 研制开发各种新型热处理设备 1 o; A, x# Y. I: ]1 F: M5 D7 V' S
8 k; ~& Q3 b0 g, @( u r7 e 热处理设备是实现热处理工艺的基础和保证,直接关系到热处理技术水平的高低和工件质量的好坏。我国热处理设备的生产已有40年历史,现已具备一定的规模和能力。最初是仿苏四、五十年代的在空气中加热的电阻炉,并以箱式炉和井式炉为主。七十年代对主要炉种进行了整顿,品种规格有所增加,性能有所改进,系列化程度有所提高。八十年代又进行了一次产品更新换代,发展了第二代节能系列产品,能生产多用炉、真空炉、离子渗氮炉、流态粒子炉等新型炉种 [3] 。自改革开放以来,通过引进国外先进的热处理设备和中外合资合作生产,使我国热处理设备的设计制造水平和生产能力有了很大的提高。我国现有电炉厂180多家,已形成年制造热处理炉9000台的能力。少无氧化热处理技术可以改进产品质量,提高生产率、降低成本,并可减少污染、易于实现自动化,其普及程度已成为当代热处理技术水平的主要标志,工业发达国家早在60年代就已基本淘汰了空气加热炉,实现了少无氧化热处理,而我国目前生产用的热处理设备大多还是箱式或井式电阻炉,90%以上系周期性作业,空气加热炉占热处理炉总数的70%以上,而可控气氛炉和真空热处理炉的比例只有5%左右。这些落后的热处理设备大都存在着炉温均匀性差,工件氧化、脱碳严重,设备的可靠性较差,配套仪表、元器件质量不过关,工艺过程控制水平低,产品质量不稳定,热效率低,能耗高等问题。因此,要对落后的热处理设备进行更新改造,努力提高电阻炉炉温的均匀性和其它工艺参数的控制精度,以保证和提高热处理工件的质量,并限期淘汰一批产品质量差、能耗高、污染严重的落后设备。要大力发展感应加热和无氧化加热技术,大幅度增加可控气氛炉和真空热处理炉的比例,逐步取代现有的箱式炉和井式炉,这是热处理行业技术改造的重点之一。在我国现实情况下,应大力开发和推广应用低真空多用炉,以提高产品质量,适应企业小批量、多品种的生产需要,这可能是一条适合我国国情、发展新型高效热处理设备的捷径。其它新型热处理设备,如离子热处理炉、流态粒子炉、激光热处理装置、电子束热处理装置等,也应积极开发应用。
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3 n+ J) ]# l, M) N 需要指出的是,热处理设备的设计制造应与热处理工艺密切结合,热处理设备要能满足热处理工艺的要求,提高热处理的质量;同时,要根据热处理新工艺发展的需要,研制开发新型高效热处理设备,用热处理工艺来促进热处理设备的发展。要不断提高我国热处理设备的设计制造水平,增强自我开发和技术创新能力,这对提高热处理炉的性能、节约能源、提高生产效率、降低工艺成本,是十分重要的。热处理炉型要多品种、多规格,并尽可能采用相应的国际标准,要有温度均匀性指标(对于可控气氛炉还要有气氛均匀性指标),要提高国产元器件和检测仪表的精确度和可靠性,加强产品的质量检验,从而提高热处理行业的整体水平和经济效益。
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1 F; s6 C8 x4 f0 [! d! |5 加强新材料与热处理工艺的紧密结合和相互促进 3 ~6 r }6 @' T
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5.1 低碳马氏体及其应用
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$ X) [9 n1 R# s 低碳马氏体是低碳低合金钢经强烈淬火急冷后得到的一种显微组织结构,具有优良的综合机械性能以及良好的冷加工性和可焊性。近二十年来,我国开展了低碳马氏体及其应用研究工作,取得了很大的成绩。例如,低碳马氏体的强度比中碳调质钢高1/3以上,且综合性能良好,用来代替某些中碳调质钢(如高强度螺栓等),可使构件重量成倍减轻;低碳马氏体还具有很高的耐磨性能,可用来制造某些要求耐磨性好的零件(如拖拉机履带板等)。总之,低碳马氏体在石油、煤炭、铁道、汽车、拖拉机等部门应用广泛,收到了提高性能、减轻重量、延长使用寿命、简化工艺、节约能源、节约合金元素、降低成本等技术经济效果。 * h& n/ Y) V3 @# T4 i, a. t
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5.2 空冷贝氏体钢 6 O" M0 S4 N! f+ ]/ {
0 x% E+ G& E+ ?# r' f 贝氏体钢能够空冷自硬,并将冶金热加工工序与产品成型制造工序相连接,具有良好的强韧性配合、生产工序简单、节约能源、污染少、成本低等优点,因而引起广泛的重视。至今国际上空冷贝氏体钢系列有两类:一类是以英国P.B.Pickering为首于50年代发明的Mo-B系贝氏体钢,但因钼的价格昂贵而使其发展受到限制;另一类是以我国清华大学方鸿生教授为首于70年代初期发明的Mn-B系贝氏体钢,现己发展有低碳、中低碳、中碳、中高碳系列十多个钢种,应用到耐磨钢球、衬板、齿板、冲击锤、刮板、截齿、离心铸管、汽车前轴、连杆、液压支架等 [4] ,取得了很好的技术效果和显著的经济效益,成为贝氏体钢发展的重要方向。目前我国Mn-B系贝氏体钢己达到年产15万吨的规模,在“九五”末期将达到70万吨/年,占到全国特殊钢产量的5%~10%。
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5.3 无莱氏体高速钢
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大连铁道学院戚正风教授等研制成功无莱氏体高速钢,其合金元素与一般高速钢相同,碳含量则降低到钢水凝固时不形成共晶碳化物(莱氏体)、而又能在淬火回火后整体具有足够的强度、韧性与硬度的水平。这种钢加工成刀具后,通过渗碳,使表层得到≥70HRC的高硬度和600℃4 次回火后仍能保持67HRC的红硬性,同时得到55HRC高强韧性的心部,可使刀具使用寿命提高几倍 [5] 。 2 M+ F% P- g, O; A! u7 v
, h% K- Y3 n! Y+ p$ @5.4 奥氏体-贝氏体球墨铸铁(A-B球铁)
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: S6 P* h* ~0 m* f7 m8 R" \9 ? 70年代我国与美国、芬兰等国家同时研制成功A-B球铁,并获得了实际应用,由于A-B球铁既具有较高的强度和硬度,又具有良好的塑性和韧性,因而被广泛用于汽车、拖拉机、内燃机的齿轮、连杆、轴类等结构件以及矿山磨球、锤头等耐磨零件。80年代以后,国内外又从A-B球铁化学成分与热处理工艺两个方面深入进行研究。前者通过提高合金成份来得到铸态A-B球铁,以期取消成本高、工效低的等温淬火工艺;后者则努力完善热处理工艺,提高机械化和自动化水平,以提高生产效率。
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% L$ |8 ~. @4 P p% O3 x6 重视热处理节能和环境保护 ) o7 i1 J8 X1 Q- q6 \
/ a+ {, \$ H% |9 p. I' r6.1 大幅度降低热处理的能耗 7 T2 m/ s0 a1 _: D
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热处理是机械制造业中耗能最多的工艺之一,在工业发达国家,热处理生产成本的25%~40%是能源成本。据统计,我国的热处理设备中,电炉约占90%,装机总容量约为600万Kw,热处理的年用电量近90亿Kw . h。由于我国的热处理工艺和设备比较落后,能源利用率低,热处理能耗水平为500~1000Kw . h/t,比工业发达国家多2~3倍,因此节能的潜力很大。热处理节能的途径主要有:(1)在热处理工艺方面,改进老工艺,推广应用先进的节能新工艺;(2)在热处理设备方面,改造或淘汰耗能高的落后设备,发展新型高效节能的新设备;(3)在生产组织管理方面,合理组织热处理的批量生产,力求集中和连续性生产,不断提高热处理的专业化生产水平。而搞好热处理,努力提高热处理质量,延长工件的使用寿命,则是最大的节能。 ( i( A6 {. k7 A. L/ x
0 n5 G( V" N$ R {" D0 b 开发和推广应用非调质钢,是80年代热处理节能技术的一项重大进展。应用非调质钢,不仅能显著节能,而且减少了生产工序,节省了材料消耗,降低了成本,还可避免淬火时带来的变形和开裂,提高了工件的质量和使用寿命。目前,非调质钢多用于取代调质碳素结构钢,今后的发展趋势是用非调质强韧钢来取代调质合金结构钢,进一步扩大非调质钢的应用范围。 . A$ `, Z5 K+ t+ g9 q0 o P1 A
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6.2 高度重视热处理生产的环境保护
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6 T' Y! Y3 p# V o8 e 热处理生产对环境造成的污染很大,包括排出的废气、废水、废液、废渣、粉尘、噪声、电磁辐射等,且随着生产的发展,其危害也日益严重。研究和采用无污染、无公害的热处理技术,并对排放的有害物质进行有效控制和综合治理,是消除热处理污染的主要措施。
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) \8 h' _! I" y 1989年联合国环境署决定在全世界推行清洁生产技术。所谓清洁生产技术,就是通过对生产过程和产品的综合防治,减少废弃物产生,最大限度地保护自然环境和利用自然资源,即选取清洁的原料,采用清洁的工艺,实现清洁的生产过程,制造出清洁的产品。日本东京金属技术研究所金武典夫博士通过分析引起全球性的温室效应、空气污染、酸雨等对环境造成的影响,提出了一种“节能-高效-环保型热处理”的综合体系,它包括了预处理、热处理、后处理、技术保证体系和环境管理体系,而其关键是将高新技术应用于热处理生产中。我国已把环境保护作为一项基本国策,并从1992年开始推进清洁生产技术。根据清洁生产技术的要求,我国现阶段热处理生产的主要控制目标应是少无污染、少无氧化和节能,并应把真空热处理和可控气氛热处理作为热处理行业“九五”期间重点推广应用的清洁生产技术 [6] 。
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! D3 x- e9 F* i1 S( P7 热处理生产的自动化和专业化 1 T. p4 i) ^2 H
( w& Q4 Y/ p; v7.1 计算机和机器人在热处理中的应用
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. y+ b" I8 u/ K9 \ 电子计算机在热处理中的应用,包括计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助生产(CAM)、计算机辅助选材(CAMS)、热处理事务办公自动化(OA)、热处理数据库和专家系统等,它为热处理工艺的优化设计、工艺过程的自动控制、质量检测与统计分析等,提供了先进的工具和手段。计算机在热处理中的应用,最初主要用于热处理工艺程序和工艺参数(温度、时间、气氛、压力、流量等)的控制,现在也用于热处理设备、生产线和热处理车间的自动控制和生产管理,还有的用计算机进行热处理工艺、热处理设备、热处理车间设计中的各种计算和优化设计。在热处理中引入计算机,可实现热处理生产的自动化,保证热处理工艺的稳定性和产品质量的再现性,并使热处理设备向高效、低成本、柔性化和智能化的方向发展。计算机在热处理中的应用国外已十分普遍,例如,日本一家摩托车厂的热处理车间,有连续式渗碳炉、周期式渗碳炉、连续软氮化炉等共37台设备,从开始送料,到最终产品检验,全部由计算机控制,每班只需要三个人操作,一人在计算机室内负责全部生产、技术和质量管理,一人在现场巡回检查,一人负责产品质量检验,生产效率极高。我国在热处理行业中应用计算机还是近十多年的事情,目前国内研制生产的热处设备已越来越多地引入了微机控制,极大地提高了设备的自动化水平和生产效率。在热处理工艺过程的实时控制、计算机辅助设计、计算机模拟和数学模型的开发应用等方面,也取得了一定的成绩。
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机器人在热处理中的应用,可以有效地改善工人的劳动条件,提高产品质量和劳动生产率。目前主要是用来进行自动装卸料。由于热处理的生产环境差、劳动强度较大,也由于热处理生产向自动化、集成化、柔性化的方向发展,因此,今后机器人在热处理生产中的应用将日趋增多。 % L; B2 ]( |: W
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7.2 热处理生产的专业化
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, {! X0 G. }% r, s) z! Y 专业化生产是现代工业的基本特征之一,也是促进热处理行业技术进步的一种重要手段。目前工业发达国家的热处理专业化程度已达到80%以上,而且工业越是发达的国家,其专业化水平也越高,而我国只有20%左右。即使这些为数不多的热处理专业厂,也由于组织管理不善,设备利用率较低,新技术、新工艺采用不多,热处理标准贯彻执行不够,能耗较高,产品质量较差。因此,今后要有目的、有重点地扶持一批有条件的热处理厂和车间,使其成为热处理专业厂和协作点。对热处理专业厂要进一步加强管理,积极采用新技术、新工艺、新设备,严格按照标准化、规范化组织生产,形成技术、经济和服务上的优势,充分发挥专业化生产的优越性。此外,热处理工艺材料,如各种淬火介质、渗剂、保护涂料、清洗剂、加热盐、保护气氛和可控气氛的气源等,也要固定生产单位,进行专业化生产,不断提高质量和扩大品种,并尽可能实现规格化、标准化、系列化。
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8 小结
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( J, u* { L. V* K* D9 Y' L (1) 我国的热处理技术已得到了长足的发展,在热处理的基础理论和某些热处理新工艺、新技术研究方面已达到国际先进水平,但在热处理生产工艺和热处理设备方面还存在较大的差距,主要表现在少无氧化热处理应用少、产品质量不稳定、能耗大、污染严重、管理水平低、成本高。 |
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