真空加熱爐畢業(yè)論文

1、<p>　　題目：真空加熱爐設(shè)計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文設(shè)計的是一座真空加熱爐，主要目的是為了在軋鋼之前對鋼進(jìn)行真空加熱。加熱爐是在冶金、化工、機(jī)械制造等工業(yè)部門中，以燃料燃燒的火焰為熱源的各種工業(yè)爐的統(tǒng)稱。而真空爐是為了隔絕空氣、氧化氣體等介質(zhì)環(huán)境的一種工業(yè)爐的統(tǒng)稱。本文則是通過結(jié)合加熱爐和真空爐的優(yōu)點(diǎn)而設(shè)計

2、出真空加熱爐。</p><p>　　為了設(shè)計出這么一款真空加熱爐，本文從各個方面進(jìn)行合理的分析，也從以往的加熱爐和真空爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計出發(fā)，來設(shè)計這一種用于加熱鋼胚的真空加熱爐，來滿足設(shè)計的目的。</p><p>　　本文先從真空加熱爐設(shè)計出來后的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對比，再與以往的加熱爐的優(yōu)點(diǎn)對比，說明我們是有設(shè)計真空加熱爐的必要；再從已經(jīng)生產(chǎn)出的真空加熱爐來舉例，通過已經(jīng)出現(xiàn)了機(jī)械行業(yè)上真空爐，可以

3、了解現(xiàn)有加熱爐的結(jié)構(gòu)；然后從鋼鐵加熱原理出發(fā)，闡述出真空加熱爐原理是完全適合鋼鐵加熱過程的；再從鋼鐵加熱工藝過程尋找符合的工藝過程，鋼鐵的退火、回火、淬火、正火的環(huán)境都可以在真空加熱爐中進(jìn)行，而且在真空環(huán)境下發(fā)生的工藝過程更加完善；接著闡述了作者對真空加熱爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計思路，以及設(shè)計出的真空加熱爐模型，對模型的分析，還有設(shè)計真空加熱爐各個部件的目的以及原因，以及整體工作流程的分析；最后從真空加熱爐設(shè)備的維護(hù)技術(shù)進(jìn)行講解，了解其檢漏技術(shù)難度

4、，通過了解這一技術(shù)，以及自己的摸索，可以掌握維護(hù)技術(shù)。</p><p>　　本論文是在充分的查閱了相關(guān)資料，并結(jié)合運(yùn)用了AutoCAD設(shè)計繪制了本真空加熱爐平面結(jié)構(gòu)，通過Cimatron繪制了本真空加熱爐的空間結(jié)構(gòu)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：真空加熱爐；檢漏技術(shù)；工藝</p><p>　　Title： Vacuum furnace design</p&g

5、t;<p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This design is a vacuum furnace, the main purpose is to mill the steel before heating in vacuo.Furnace in metallurgy, chemical industry, machinery manufact

6、uring and other industrial sectors, in order to fuel the flames of the burning heat of various industrial furnaces collectively.The vacuum furnace is to isolate an industrial furnace air, oxidizing gases and other media

7、environment collectively.This article is by combining the advantages of the vacuum furnace and the vacuum furnace and the fur</p><p>　　In order to design such a vacuum furnace, this paper from all aspects of

8、 rational analysis, structural design from the previous furnace and vacuum furnace starting to design it for heating a billet vacuum furnace to meet design purposes.</p><p>　　This paper begins with the advan

9、tages and disadvantages of vacuum furnace designed after comparison, and then compared with the advantages of a conventional furnace, that we have designed a vacuum furnace is necessary;From then has produced a vacuum fu

10、rnace for example, through the machinery industry has seen a vacuum furnace, the furnace can understand the existing structure;Then from steel heating principle, elaborated the principle of vacuum furnace steel is perfec

11、tly suited to the heating pr</p><p>　　This paper is in full access to relevant information, combined with the use of AutoCAD design drawing planar structure of the vacuum furnace, Cimatron drawn by the spati

12、al structure of the vacuum furnace.</p><p>　　Keywords:The vacuum furnace;Leak detection technology;Process</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p&

13、gt;<p>　　AbstractII</p><p>　　第1章 緒 論- 1 -</p><p>　　1.1 真空熱處理技術(shù)及其應(yīng)用- 1 -</p><p>　　1.2 加熱爐應(yīng)用中的問題及對策- 2 -</p><p>　　1.2.1 加熱爐應(yīng)用中出現(xiàn)的問題- 2 -</p><p>

14、　　1.2.2 針對問題的解決辦法- 4 -</p><p>　　1.3 真空熱處理爐及其控制系統(tǒng)- 4 -</p><p>　　1.3.1 集散控制系統(tǒng)- 5 -</p><p>　　1.3.2 繼電器控制系統(tǒng)- 6 -</p><p>　　1.3.3 計算機(jī)控制系統(tǒng)- 6 -</p><p>　　1.3.

15、4 PLC可編程序控制系統(tǒng)- 6 -</p><p>　　1.4 本課題研究內(nèi)容及意義和目的- 7 -</p><p>　　1.4.1 課題研究意義與目的- 7 -</p><p>　　1.4.2 課題主要研究任務(wù)- 8 -</p><p>　　第2章 真空加熱爐技術(shù)- 9 -</p><p>　　2.1 真

16、空高壓氣淬爐- 9 -</p><p>　　2.2 真空油淬爐- 10 -</p><p>　　2.3 真空退火爐- 11 -</p><p>　　2.4 真空燒結(jié)爐- 12 -</p><p>　　2.5 真空釬焊爐- 13 -</p><p>　　2.6 真空擴(kuò)散焊爐- 14 -</p>

17、<p>　　2.7 真空回火爐- 14 -</p><p>　　第3章 熱處理原理- 16 -</p><p>　　3.1 鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變- 16 -</p><p>　　3.2 奧氏體（A）的形成- 16 -</p><p>　　3.2.1 奧氏體晶核的形成- 16 -</p><p>　　3.

18、2.2 奧氏體長大- 17 -</p><p>　　3.2.3 殘余奧氏體的溶解- 17 -</p><p>　　3.2.4 奧氏體成分的均勻化- 17 -</p><p>　　3.3 影響奧氏體轉(zhuǎn)變的因素- 17 -</p><p>　　3.4 鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變 - 18 -</p><p>　　3

19、.4.1 過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變- 18 -</p><p>　　3.4.2 過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變- 20 -</p><p>　　第4章 真空熱處理工藝過程- 22 -</p><p>　　4.1 鋼的退火- 23 -</p><p>　　4.1.1 概念- 23 -</p><p>　　4.1.2 目的

20、- 23 -</p><p>　　4.1.3 類型- 23 -</p><p>　　4.2 鋼的正火- 25 -</p><p>　　4.2.1 概念- 25 -</p><p>　　4.2.2 目的- 25 -</p><p>　　4.2.3 組織- 26 -</p><p>　　

21、4.2.4 工藝- 26 -</p><p>　　4.2.5 應(yīng)用范圍- 26 -</p><p>　　4.3 鋼的淬火- 26 -</p><p>　　4.3.1 淬火溫度的選擇- 27 -</p><p>　　4.3.2 淬火介質(zhì)- 27 -</p><p>　　4.3.3 淬火方法- 28 -<

22、/p><p>　　4.3.4 鋼的淬透性與淬硬性- 29 -</p><p>　　4.3.5 鋼的淬火缺陷及其防止- 30 -</p><p>　　4.4 鋼的回火- 31 -</p><p>　　4.4.1 回火目的- 31 -</p><p>　　4.4.2 淬火鋼在回火時組織的轉(zhuǎn)變- 31 -</p&

23、gt;<p>　　4.4.3 鋼在回火時性能轉(zhuǎn)變- 32 -</p><p>　　4.4.4 回火脆性- 32 -</p><p>　　第5章 真空加熱爐結(jié)構(gòu)設(shè)計- 33 -</p><p>　　5.1 真空加熱爐設(shè)計- 34 -</p><p>　　5.1.1 爐子基礎(chǔ)- 34 -</p><p&

24、gt;　　5.1.2 爐子鋼結(jié)構(gòu)- 34 -</p><p>　　5.1.3 耐火材料- 34 -</p><p>　　5.1.4 真空爐的平面設(shè)計- 35 -</p><p>　　5.2 真空加熱爐設(shè)計與零部件設(shè)計原理- 35 -</p><p>　　5.2.1 真空加熱爐的設(shè)計方案- 35 -</p><p&

25、gt;　　5.2.2 真空加熱爐零部件設(shè)計原理及分析- 36 -</p><p>　　5.3 真空加熱爐的工作流程- 39 -</p><p>　　第6章 真空檢漏技術(shù)- 41 -</p><p>　　6.1 影響真空度的主要因素- 41 -</p><p>　　6.2 快速泄漏的理論分析- 41 -</p><

26、p>　　6.3如何快速判斷真空系統(tǒng)故障的部位- 42 -</p><p>　　6.3.1 真空室或管路漏氣的判別方法- 42 -</p><p>　　6.3.2 真空泵的判斷方法- 42 -</p><p>　　6.3.3 擴(kuò)散泵抽氣能力的判斷方法- 43 -</p><p>　　6.3.4 真空計的判斷方法- 43 -<

27、;/p><p>　　6.3.5 其他方面的判斷方法- 43 -</p><p>　　6.4 真空檢漏的方法與儀器- 43 -</p><p>　　6.4.1 真空檢漏方法- 43 -</p><p>　　6.4.2 檢漏儀- 43 -</p><p>　　6.4.3 檢漏過程中的注意事項(xiàng)- 44 -</p&

28、gt;<p>　　6.5 真空泵性能測試- 44 -</p><p>　　6.5.1 真空泵特征- 44 -</p><p>　　6.5.2 真空泵性能測量- 44 -</p><p>　　6.6 真空熱處理設(shè)備檢漏需要注意的問題- 46 -</p><p>　　結(jié) 論- 47 -</p><p&

29、gt;　　致 謝- 48 -</p><p>　　參考文獻(xiàn)- 49 -</p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　1.1 真空熱處理技術(shù)及其應(yīng)用</p><p>　　在國家節(jié)能、鋼鐵產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、淘汰落后產(chǎn)能的政策引導(dǎo)下，近年來我國軋鋼技術(shù)發(fā)展很快，新建或在建的軋鋼生產(chǎn)線不斷增加。鋼

30、鐵生產(chǎn)能耗結(jié)構(gòu)中，軋鋼工序僅占總能耗的10%～15%，軋鋼加熱爐是軋鋼系統(tǒng)的主要耗能設(shè)備，占軋鋼工序能耗的60%～70%。因此，軋鋼工序的節(jié)能重點(diǎn)是軋鋼加熱爐節(jié)能[1]。隨著軋鋼產(chǎn)能的提高，軋鋼加熱爐數(shù)量增長迅速，而且向大型、高效、低污染等方向發(fā)展。</p><p>　　加熱爐是軋鋼廠的主要耗能設(shè)備之一，其能耗水平直接影響軋鋼生產(chǎn)成本，因此降低燃料消耗，提高燃料利用率，減少鋼坯氧化燒損是加熱爐設(shè)計和開發(fā)的主要方向

31、和目標(biāo)。</p><p>　　隨著技術(shù)的改進(jìn)，現(xiàn)在開始嘗試真空加熱爐。</p><p>　　真空熱處理是應(yīng)用于制造工業(yè)中，為了使工業(yè)產(chǎn)品具備良好性能的必要中間工序。在航空部門，飛機(jī)制造的中間工序——鈦合金熱處理所需設(shè)備為大型真空熱處理爐。國內(nèi)相關(guān)的文章對其控制系統(tǒng)的理論和實(shí)際的工作研究的并不多見。這篇文章將結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，并建立在前人的基礎(chǔ)上，對先進(jìn)真空熱處理予以闡述。</p>

32、<p>　　對于真空熱處理爐，國外發(fā)展的較為先進(jìn)，如法國的ECM公司，俄羅斯?fàn)枱釥柗蚬?，美國VFS公司生產(chǎn)的真空熱處理爐均具有較高的性能指標(biāo)和實(shí)用價值。對于爐膛體積大，有效工作區(qū)5立方米以上，爐膛體積10立方米以上的大型真空爐控制系統(tǒng)具備完善的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐能力。</p><p>　　其中，鈦合金熱處理真空爐極限真空度可達(dá)到10-4Pa。溫度控制采用多種方法，自適應(yīng)PID，以及模糊控制，小型DCS控

33、制相結(jié)合?？傮w上通用性強(qiáng)，系統(tǒng)組態(tài)靈活，控制功能完善，數(shù)據(jù)處理方便，顯示操作集中，人機(jī)界面友好，安裝簡單規(guī)范，調(diào)試方便，運(yùn)行安全可靠，控制效果好，造價低等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　我國真空熱處理設(shè)備長期處于落后狀態(tài)，國家經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)又薄弱，所以目前僅在一些重點(diǎn)企業(yè)和新興企業(yè)得到了根本性的技術(shù)改造和更新，設(shè)備也多引進(jìn)國外生產(chǎn)的真空爐，而大多數(shù)的熱處理車間仍沒擺脫落后狀態(tài)，其中國內(nèi)缺乏大型真空爐的生產(chǎn)廠家，個別也是與國

34、外廠家進(jìn)行合作并采用國外的先進(jìn)技術(shù)設(shè)計制造，或者國外廠家在國內(nèi)興辦獨(dú)資企業(yè)。由于許多技術(shù)均有差距，如制造大型爐殼的剪板機(jī)和卷板機(jī)國內(nèi)鮮有，即使生產(chǎn)出能夠保持有效工作區(qū)尺寸的爐殼，同樣尺寸的抽真空系統(tǒng)卻難以保證生產(chǎn)零件過程中所需的真空度，以及抽高真空的擴(kuò)散泵所用的泵油難以達(dá)標(biāo)等等。而且國內(nèi)有一些陳舊的設(shè)備正在使用，由于基本上可以滿足使用要求，故還沒有進(jìn)行更新?lián)Q代。因此，也不可能在短時間內(nèi)都</p><p>　　得到

35、全面更新。例如飛機(jī)制造行業(yè)，由于飛機(jī)零件體積大，所需材料特殊（鈦合金），熱處理過程中又不允許氧化，所以只有擁有高真空度的大型熱處理真空爐才能滿足要求，而國內(nèi)很多廠家只能生產(chǎn)中小型的熱處理真空爐。同時，對于大型真空爐的控制需要的技術(shù)也較為嚴(yán)格。</p><p>　　另外，生產(chǎn)工藝如果變化，控制系統(tǒng)的元件和接線也需要大的變動，改造工期長，費(fèi)用高。再有，許多設(shè)備沒有自診斷功能，需要技術(shù)人員一點(diǎn)一點(diǎn)去查找故障。無疑這些很

36、大程度都影響了工期。這些年，國內(nèi)對于某些自動化技術(shù)方面的發(fā)展已經(jīng)有了長足的進(jìn)步，有的已經(jīng)達(dá)到了國際先進(jìn)水平，但是能否將這些技術(shù)整體化，生產(chǎn)出各項(xiàng)具有自動化先進(jìn)水平元器件控制先進(jìn)的大型自動控制設(shè)備尚需時日。</p><p>　　由于原有的設(shè)備控制系統(tǒng)較為落后的現(xiàn)狀，這也決定了我國熱處理設(shè)備發(fā)展必須要走根本性更新和設(shè)備技術(shù)改造兩條道路。因此，加快熱處理設(shè)備技術(shù)更新的步伐，提高熱處理產(chǎn)業(yè)的。</p>&l

37、t;p>　　整體素質(zhì)是我國熱處理行業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。對于真空熱處理設(shè)備控制系統(tǒng)的研究，可以尋找到與國際水平的差距，提高工程技術(shù)人員的技術(shù)水平。對從事理論研究的技術(shù)人員提供一定的理論基礎(chǔ)，采用怎樣的控制系統(tǒng)可以進(jìn)行自動查找故障，并在關(guān)鍵時刻能夠及時簡單處理，以保護(hù)設(shè)備。采用怎樣的控制方法可以更好地滿足真空爐的爐溫均勻性，采用怎樣的抽真空設(shè)備可以達(dá)到極高的真空度，</p><p>　　以至于讓真空熱處理在各個行業(yè)得

38、到更廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　1.2 加熱爐應(yīng)用中的問題及對策</p><p>　　1.2.1 加熱爐應(yīng)用中出現(xiàn)的問題</p><p>　　近幾年是我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展時期，大型鋼鐵企業(yè)因產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，新建或改建項(xiàng)目大部分是熱帶，中厚板及冷軋，鍍鋅，彩涂等。地方中小型和民營鋼鐵企業(yè)多是建設(shè)和生產(chǎn)棒線材，窄中寬及型鋼等產(chǎn)品。隨著近年來鋼鐵產(chǎn)量的迅速增長，鋼鐵工

39、業(yè)占全國總能耗的比重越來越高，到2007年，鋼鐵工業(yè)的總能耗占全國能耗的14.71%。由于現(xiàn)代鋼鐵產(chǎn)品產(chǎn)量，品種的升級，深加工能力不斷增長，軋鋼工序能耗在不斷增加。加熱爐是軋鋼廠的主要耗能設(shè)備之一，其能耗占軋鋼工序能耗的60%-70%，其能耗水平直接影響軋鋼生產(chǎn)成本。因此降低加熱爐能耗是軋鋼節(jié)能的主要方向和目標(biāo)。我國冶金行業(yè)軋鋼加熱爐有幾千座，包括近年新建及改造的蓄熱式加熱爐, 在運(yùn)行、使用過程或多或少地存在問題，其能耗水平相差很大，有

40、的加熱爐單耗達(dá)70-80kg/t，節(jié)能潛力十分巨大。</p><p>　　不僅如此，加熱爐在運(yùn)行過程中也存在著很多問題，如燃燒，冷卻系統(tǒng)，鋼坯加熱不均，氧化燒損，熱工制度，爐壓等等。下面就對其中常見的一些問題進(jìn)行說明：</p><p>　　a、煤氣壓力、熱值波動</p><p>　　煤氣壓力、熱值波動次數(shù)跟公司檢修和煤氣用量大小相關(guān)，由于較難預(yù)知其變化，因此調(diào)控較困

41、難。各種中板廠，型材廠和高線廠均反映存在煤氣壓力、熱值波動的問題，煤氣管網(wǎng)的壓力和熱值波動，直接導(dǎo)致空燃比失調(diào)，引起加熱爐燃燒不完全或排煙熱損失增多，造成加熱爐燃耗增加。</p><p>　　b、燒嘴堵塞、腐蝕漏氣和燒嘴磚燒損</p><p>　　燒嘴堵塞、腐蝕漏氣的原因是煤氣凈化不佳，含塵、硫、焦油和苯等雜質(zhì)高。冬季長期往管道通入蒸汽，造成管道末端、加熱爐燒嘴煤氣通道堵塞或腐蝕漏氣。燒嘴

42、磚燒損的原因是由于燒嘴磚在急冷急熱和高溫條件下工作, 燒損嚴(yán)重。燒嘴堵塞、腐蝕漏氣和燒嘴磚燒損嚴(yán)重直接導(dǎo)致加熱能力下降，燃燒不完全增加，影響燃耗與安全。</p><p>　　c、換熱器損壞, 影響換熱</p><p>　　各軋鋼廠的換熱器無論是煤氣還是空氣換熱器，都會出現(xiàn)不同程度的損壞。如空氣換熱器的第一排導(dǎo)氣管封死，減少了均熱段端燒的風(fēng)量；煤氣換熱器腐蝕老化嚴(yán)重，造成煤氣泄漏自燃,在無備

43、件的情況下，只好將煤氣換熱器甩掉，煤氣不預(yù)熱，直接輸送到燒嘴，影響煤氣燃燒,綜合燃耗也將有所上升。加熱爐換熱器使用時間長，性能下降，預(yù)熱空氣溫度降低，對燃燒和節(jié)能有一定的影響。</p><p>　　d、爐頭、爐墻冒火, 增加散熱損失</p><p>　　加熱爐側(cè)墻密封性差，在軋制小規(guī)格產(chǎn)品時，軋制節(jié)奏慢，側(cè)墻基本上無冒火現(xiàn)象；軋制大規(guī)格時，軋制節(jié)奏較快，爐壓較高，造成側(cè)墻冒火。加熱側(cè)爐墻與

44、爐頂預(yù)制塊之間出現(xiàn)縫隙，造成竄火、透紅現(xiàn)象，盡管從爐外進(jìn)行局部修補(bǔ)，但爐外砌筑效果不好，可能再次出現(xiàn)透火情況。</p><p><b>　　e、爐底結(jié)渣嚴(yán)重</b></p><p>　　近年由于軋鋼產(chǎn)量持續(xù)增加，加熱爐負(fù)荷進(jìn)一步提高，加之加熱爐爐壓不好控制，吸冷風(fēng)較嚴(yán)重，導(dǎo)致爐底結(jié)渣嚴(yán)重。實(shí)爐底部分結(jié)渣形成不規(guī)則固體，向爐頭方向延伸到出鋼滑道，有時影響正常出鋼。<

45、;/p><p><b>　　f、其他問題</b></p><p>　　加熱爐使用水冷,且冷卻水的水溫偏高,造成兩方面的后果,一是爐內(nèi)水管容易結(jié)垢；二是帶走爐膛內(nèi)的熱量,增加熱耗。無論是蓄熱式加熱爐還是常規(guī)推鋼式和步進(jìn)式加熱爐, 由于長期在高產(chǎn)、高溫、超負(fù)荷狀況下工作,其使用壽命越來越短。同時指出蓄熱式爐蓄熱體板結(jié)、損壞和閥門故障、使用壽命等問題需進(jìn)一步改進(jìn)研究。</

46、p><p>　　1.2.2 針對問題的解決辦法</p><p>　　針對這些問題，可以采用以下對策進(jìn)行解決：</p><p>　　a、煤氣壓力、熱值波動問題?？梢圆捎妹簹夥€(wěn)壓裝置, 規(guī)劃時就應(yīng)考慮建設(shè)煤氣柜來緩解煤氣供需平衡；在加熱爐使用燃料問題上采用單一煤氣, 或做好煤氣混合比例穩(wěn)定煤氣熱值；增加熱值儀加強(qiáng)煤氣熱值監(jiān)控；檢修時錯開各加熱爐檢修時間, 這樣來緩解煤氣壓力

47、和熱值波動問題[2]；在加熱爐控制方面可采用最佳燃燒控制技術(shù)解決煤氣壓力、熱值波動影響燃燒的問題。解決煤氣壓力、熱值波動影響燃燒的問題。</p><p>　　b、燒嘴問題?？梢岳酶煞ù鏉穹p少煤氣含水, 加強(qiáng)凈化, 提高脫硫脫焦效率；定期檢修清理燒嘴內(nèi)粘結(jié)物, 選擇高性能耐高溫材料；在軋鋼許可情況下, 盡可能降低出鋼溫度,減少待軋時間；對于蓄熱式燒嘴選擇急冷急熱、熱震穩(wěn)定性好的蓄熱體；優(yōu)化加熱工藝制度等。震穩(wěn)

48、定性好的蓄熱體；優(yōu)化加熱工藝制度等。</p><p>　　c、換熱器問題。主要是控制排煙溫度在110℃以上, 防止酸腐蝕, 定期排水除去煤氣積水, 防止超溫過燒, 從材料角度可選擇耐高溫耐腐蝕的換熱器。</p><p>　　d、爐頭爐墻冒火可控制爐內(nèi)壓力為低于20Pa的微正壓, 損壞爐墻采取灌漿修補(bǔ), 爐底結(jié)渣可定期清理, 同時采取措施減少氧化燒損。</p><p>

49、;　　e、提高自動化水平, 減少人工操作, 利用汽化冷卻或無水冷替代水冷方式, 加強(qiáng)管理,防止加熱爐超溫、超負(fù)荷運(yùn)行等。</p><p>　　盡管有很多解決辦法，但是還有一些問題是不好解決的，比如品種鋼的加熱節(jié)能（由于品種的不同，要求鋼坯緩加熱或出鋼溫度升高，則鋼坯在爐時間延長會導(dǎo)致加熱爐能耗提高），鋼坯加熱均勻性（以往多采用紅外熱成像技術(shù)對不同規(guī)格的鋼坯加熱均勻性進(jìn)行研究，鋼坯溫差小于50℃，基本可滿足軋制要求

50、）， 加熱制度（加熱爐的加熱制度是決定鋼坯加熱質(zhì)量的關(guān)鍵），氧化燒損（影響氧化燒損的主要因素有鋼坯加熱時間、出鋼溫度和爐內(nèi)氧氣氛），很多的軋鋼技術(shù)對于現(xiàn)在來說，很多都已經(jīng)過時了，這些解決辦法只能解決燃眉之急，我們要看的長遠(yuǎn)，在解決這些燃眉之急時，我們還要考慮現(xiàn)在處于世界先進(jìn)水平的真空熱處理技術(shù)，我們都看到真空熱處理出來的產(chǎn)品有很多優(yōu)點(diǎn)，無論是在節(jié)能上還是在產(chǎn)品質(zhì)量上，都有很大的提升。</p><p>　　1.3

51、真空熱處理爐及其控制系統(tǒng)</p><p>　　熱處理是工業(yè)一個分支。真空熱處理的目的并不脫離熱處理本身，它是熱處理的一個分支，主要目的是為了防止工件在加工過程中產(chǎn)生氧化和脫碳。將真空技術(shù)應(yīng)用于熱處理爐，幾乎可實(shí)現(xiàn)全部熱處理工藝。諸如淬火、退火、回火、滲碳，氮化。不銹鋼、耐熱合金經(jīng)熱處理退火后，不僅可獲得光亮或光潔的表面，而且與空氣下退火相比，還能提高表面的耐腐蝕性能。真空爐很適合工、模具的熱處理。由于加熱速度較慢

52、，因而工件淬火后變形較小。一般情況下，其使用壽命均較其他熱處理提高幾倍，甚至幾十倍。在航空工業(yè)中，如機(jī)翼大梁、起落架、高強(qiáng)螺栓等結(jié)構(gòu)件，如在空氣爐中處理，工件要脫碳；在鹽爐中處理，又必須嚴(yán)格的清洗，否則會引起工件的腐蝕。然而，真空熱處理是很理想的。經(jīng)真空熱處理后，強(qiáng)度提高，而可塑性和韌性沒有明顯變化，沖擊疲勞壽命提高1.5～2.4倍，拉伸疲勞壽命提高1.6～3.5倍。可見，在真空狀態(tài)下完成熱處理工藝，不僅滿足基本的熱處理要求，而且還會不

53、同程度提高零件的加工質(zhì)量。真空熱處理工藝需要溫度和抽真空控制。溫度控制有較強(qiáng)的理論基礎(chǔ)，使用單片機(jī)、PLC、工控機(jī)，甚至模擬儀表都可以進(jìn)行控溫。但對于抽真空設(shè)備，要求的性能指標(biāo)比較高，國內(nèi)對</p><p>　　控制系統(tǒng)的應(yīng)用分析。</p><p>　　對于真空熱處理爐各項(xiàng)技術(shù)關(guān)鍵如真空度、溫度、循環(huán)水、爐門的開關(guān)以及報警等采用怎樣的控制系統(tǒng)呢？20 世紀(jì)后半葉，由于計算機(jī)、通信、控制、儀

54、表、軟件等技術(shù)的飛速發(fā)展，不僅產(chǎn)生了多種多樣的自控產(chǎn)品，也豐富了人們進(jìn)行自控設(shè)計的思路和方案。接著出現(xiàn)了許多種工業(yè)控制系統(tǒng)，下面依次給予介紹。</p><p>　　1.3.1 集散控制系統(tǒng)</p><p>　　集散控制系統(tǒng)是由回路儀表控制系統(tǒng)發(fā)展而來，初期的功能以回路調(diào)節(jié)為主。隨著微處理器和單片機(jī)的出現(xiàn)，它把順序控制技術(shù)、數(shù)據(jù)采集、過程控制的模擬量儀表和過程監(jiān)控裝置等有機(jī)地結(jié)合在一起，形成

55、了新一代的集散控制系統(tǒng)。真空熱處理爐由于各部分控制系統(tǒng)工作時獨(dú)立控制，而又互相關(guān)聯(lián)。因此，對于整個系統(tǒng)來說，應(yīng)該有一個控制的核心使得各部分能夠相互協(xié)調(diào)，這就是集散系統(tǒng)中的集中管理[3]。而對于各部分控制系統(tǒng)，由于它們的控制方法各有不同，因此也就體現(xiàn)集散系統(tǒng)中的分散控制。很早以前，人們就將真空技術(shù)應(yīng)用到熱處理行業(yè)當(dāng)中。但是當(dāng)時控制系統(tǒng)的水平還很落后，因此長期以來很大程度制約了真空熱處理技術(shù)的發(fā)展。</p><p>

56、　　1.3.2 繼電器控制系統(tǒng)</p><p>　　在上世紀(jì)70年代末，由于集散系統(tǒng)的出現(xiàn)，真空熱處理控制技術(shù)有了很大跨度。但是由于單片機(jī)的局限性，傳統(tǒng)的繼電器系統(tǒng)是針對一定的生產(chǎn)機(jī)械、固定的生產(chǎn)工藝而設(shè)計，采用硬接線方式安裝而成，只能完成既定的邏輯控制、定時、計數(shù)等功能，即只能進(jìn)行開關(guān)量的控制。一旦改變生產(chǎn)工藝過程，繼電器控制系統(tǒng)必須重新配線，因而適應(yīng)性差，且體積龐大，安裝維修均不方便。</p>

57、<p>　　1.3.3 計算機(jī)控制系統(tǒng)</p><p>　　隨著工業(yè)控制計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)圖形顯示在中小型的控制系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，對系統(tǒng)來說，用圖形來顯示被控對象在操作過程中的狀態(tài)，清晰明了，形象直觀。結(jié)合當(dāng)今軟件發(fā)展趨勢，利用VB作為平臺開發(fā)圖形監(jiān)控軟件。VB為應(yīng)用程序的使用提供了完備的文本和圖形功能。如果在程序中將文本當(dāng)作可視化的元素，則其大小、形狀、顏色都可以看到，這就能增強(qiáng)所提供的信息

58、的可視性。</p><p>　　同時，VB在設(shè)計時還提供了一些有很大靈活性的圖形功能，包括添加通過顯示一連串圖像所實(shí)現(xiàn)的動畫。在工業(yè)控制中采用友好人機(jī)對話界面，并采用專用控件與PLC進(jìn)行通訊[4]。這次真空熱處理爐控制系統(tǒng)的設(shè)計就是采用編寫程序顯示了真空度，溫度，循環(huán)水傳感器的值以及整個真空爐系統(tǒng)的外觀圖。此外，它還能夠提供各種數(shù)據(jù)采集和控制功能，能夠和工業(yè)對象的傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接接口，是能夠在工業(yè)環(huán)境可靠運(yùn)行

59、的計算機(jī)系統(tǒng)。工業(yè)控制機(jī)是由通用微機(jī)推廣應(yīng)用發(fā)展而來，硬件結(jié)構(gòu)方面總線標(biāo)準(zhǔn)化程度高，品種兼容性強(qiáng)，軟件資源豐富，特別是有實(shí)時操作系統(tǒng)的支持，故對要求快速，實(shí)時性強(qiáng)，模型復(fù)雜的工業(yè)對象的控制占有優(yōu)勢。但是，使用工業(yè)控制機(jī)的人員技術(shù)水平要求較高，一般應(yīng)具有一定的計算機(jī)專業(yè)知識。工業(yè)控制機(jī)在整機(jī)結(jié)構(gòu)上尚不能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境。因而，不如PLC那樣容易推廣。</p><p>　　1.3.4 PLC可編程序控制系統(tǒng)<

60、/p><p>　　現(xiàn)在的真空熱處理爐控制由于采用PLC，并應(yīng)用了微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)，各種控制功能是通過軟件來實(shí)現(xiàn)的，只要改變程序，就可適應(yīng)生產(chǎn)工藝的改變，因而適應(yīng)性強(qiáng)。它不僅能完成邏輯運(yùn)算、定時、計數(shù)等功能，而且能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，因而既可進(jìn)行開關(guān)量控制，又可進(jìn)行模擬量控制，還能與計算機(jī)聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)分級控制。況且PLC體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，開發(fā)周期短，安裝和維護(hù)工作量小，PLC還有自診斷功能，其可靠性極高。因此

61、，在用微電子技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的過程中，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，大多數(shù)被PLC所取代。因此PLC可編程序控制器已經(jīng)深入真空熱處理控制技術(shù)，可編程序控制器的硬件標(biāo)準(zhǔn)化和通過各種各樣的軟件程序滿足了用戶不同的控制要求。它作為控制系統(tǒng)的核心[5]，使得許多工程技術(shù)人員得心應(yīng)手，解決了越來越多工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵問題。長期以來，PLC之所以處于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設(shè)備提供了非常可靠的控制應(yīng)用。其主要原因在于它能夠?yàn)樽詣踊刂?/p>

62、應(yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適用于當(dāng)前工業(yè)企業(yè)對自動化的需要。</p><p>　　1.4 本課題研究內(nèi)容及意義和目的</p><p>　　1.4.1 課題研究意義與目的</p><p>　　隨著科技的發(fā)展,近幾十年里,加熱爐已經(jīng)有了飛躍的發(fā)展，真空加熱爐已經(jīng)開始取代普通的加熱爐。為了更好的了解它的作用，我們需要研究真空加熱爐的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)功能，優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，

63、并使得我們跟上科技發(fā)展的步伐

64、 </p><p>　　真空加熱爐和普通加熱爐相比有很多的優(yōu)點(diǎn)是我們可以接受的，前者能為我們節(jié)省很多的能量，并且通過真空加熱爐熱處理后的產(chǎn)品有更加好的質(zhì)量，跟適合我們接受。后者在加熱過程中，由于空氣中氧氣等氧化性氣體會對鋼鐵等有很大的氧化作用，使得產(chǎn)品質(zhì)

65、量降低很多。</p><p>　　近幾年是我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展時期，大型鋼鐵企業(yè)因產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，新建或改建項(xiàng)目大部分是熱帶，中厚板及冷軋，鍍鋅，彩涂等。加熱爐是軋鋼廠的主要耗能設(shè)備之一，其能耗占軋鋼工序能耗的60%-70%，其能耗水平直接影響軋鋼生產(chǎn)成本。而在其他的行業(yè)，比如軋鋼之前的加熱步驟中，也有很多的熱量損失，而在國內(nèi)很大部分都是普通的加熱爐，在加熱過程中，由于氣體攜帶熱量流失，造成很大部分熱量損失，除了熱

66、量損失外，由于氧化氣體的氧化作用，使得質(zhì)量有所下降。因此降低加熱爐能耗是軋鋼節(jié)能的主要方向和目標(biāo)。使得對真空加熱爐的研究和設(shè)計成為必須。</p><p>　　通過對真空爐和加熱爐的研究，使得真空爐和加熱爐相結(jié)合，可以設(shè)計出真空加熱爐，它能繼承真空爐和加熱爐的優(yōu)點(diǎn)，并且剔除一些缺點(diǎn)，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量，從而達(dá)到世界先進(jìn)科技技術(shù)，讓我們的鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量越來越好，并且往其他相關(guān)行業(yè)深入。</p><p

67、>　　1.4.2 課題主要研究任務(wù)</p><p>　　本課題主要任務(wù)就是設(shè)計真空加熱爐的結(jié)構(gòu)，并且用相關(guān)軟件出他的三維吐出來，同時，對于真空加熱爐的原理，一些相關(guān)設(shè)備的用途要有一定的了解，并且對一些工具做出選擇，選擇用什么型號的，什么類型的。主要內(nèi)容可以分為以下幾個部分：</p><p>　　a、對于真空加熱爐的結(jié)構(gòu)做出設(shè)計；</p><p>　　b、了解主

68、要結(jié)構(gòu)的尺寸大??；</p><p>　　c、了解主要的一些工藝參數(shù)；</p><p>　　d、一些主要零部件的選擇；</p><p>　　e、用相關(guān)軟件做出真空加熱爐的三維立體圖。</p><p>　　第2章 真空加熱爐技術(shù)</p><p>　　現(xiàn)在真空加熱爐已經(jīng)有一些出現(xiàn)在機(jī)械行業(yè)了，雖然不是軋鋼之前加熱的真空加熱爐

69、，但是也是一種成功的先例，我們可以通過這些設(shè)備的成功運(yùn)行得到啟發(fā)，為我們成功設(shè)計出所需的真空加熱爐做準(zhǔn)備。</p><p>　　現(xiàn)在已成功開發(fā)在機(jī)械行業(yè)的真空加熱爐有以下幾種：1、真空高壓氣淬爐；2、真空油淬爐；3、真空退火爐；4、真空燒結(jié)爐；5、真空釬焊爐；6、真空擴(kuò)散焊爐；7、真空回火爐。</p><p>　　盡管都是真空加熱爐，但是每個真空加熱爐用途，結(jié)構(gòu)，各種裝配各有不同。以下是對

70、它們的分類總結(jié)：</p><p>　　2.1 真空高壓氣淬爐</p><p>　　用途：主要用于高速鋼、工模具鋼、不銹鋼的淬火；不銹鋼和鈦合金的固溶處理；磁性材料的真空熱處理及高溫釬焊和真空燒結(jié)。加對流風(fēng)機(jī)還可進(jìn)行低溫回火。</p><p>　　結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：加熱室采用不銹鋼骨架、新型碳?xì)謴?fù)合材料，變形量少、耐高溫高壓氣流沖刷，使用壽命長，易維護(hù)。采用石墨管加熱器，易安

71、裝維護(hù)，故障率低。氣冷采用噴射式冷卻方式，石墨噴嘴圓周均布，使高壓氣流流動更合理(部分主風(fēng)管風(fēng)量大小可調(diào)，客戶可根據(jù)工件的特點(diǎn)控制部分主風(fēng)管風(fēng)量的大小)，能有效控制工件變形。高速高壓大流量風(fēng)機(jī)[6]，銅-銅高效圓型換熱器，實(shí)現(xiàn)高速冷卻。風(fēng)機(jī)可采用單速、雙速、變頻調(diào)速多種方式，控制風(fēng)冷速度。加熱室也可以采用全金屬結(jié)構(gòu)，以滿足鈦合金、精密合金的固溶處理要求。電控系統(tǒng)采用PLC與可編程溫度控制器的方式，實(shí)現(xiàn)全自動、半自動、手動三種控制方式，操

72、作靈活。技術(shù)參數(shù)，見表2-1： </p><p>　　表2-1 真空高壓氣淬爐技術(shù)參數(shù)</p><p><b>　　設(shè)備選型</b></p><p>　　1、尺寸規(guī)格，見表2-1：</p><p>　　表2-2真空高壓氣淬爐尺寸規(guī)格</p><p>　　2、爐膽規(guī)格，見表2-3：</p>

73、;<p>　　表2-3真空高壓氣淬爐爐膽規(guī)格</p><p><b>　　2.2 真空油淬爐</b></p><p>　　用途：可用于合金鋼、工具鋼、模具鋼、高速鋼、軸承鋼、彈簧鋼、不銹鋼等材料的光亮淬火、退火或陶瓷材料、硬質(zhì)合金的真空燒結(jié)；金屬材料的真空釬焊等。</p><p>　　結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：加熱室采用不銹鋼骨架、新型碳?xì)謴?fù)合材

74、料，變形量少、耐高溫高壓氣流沖刷，使用壽命長，易維護(hù)。采用石墨管加熱器，易安裝維護(hù)，故障率低。氣冷采用噴射式冷卻方式，石墨噴嘴圓周均布，使高壓氣流流動更合理(部分主風(fēng)管風(fēng)量大小可調(diào)，客戶可根據(jù)工件的特點(diǎn)控制部分主風(fēng)管風(fēng)量的大小)，能有效控制工件變形。高速高壓大流量風(fēng)機(jī)，銅-銅高效圓型換熱器，實(shí)現(xiàn)高速冷卻。風(fēng)機(jī)可采用單速、雙速、變頻調(diào)速多種方式，控制風(fēng)冷速度。加熱室也可以采用全金屬結(jié)構(gòu)，以滿足鈦合金、精密合金的固溶處理要求。電控系統(tǒng)采用P

75、LC與可編程溫度控制器的方式，實(shí)現(xiàn)全自動、半自動、手動三種控制方式，操作靈活。技術(shù)參數(shù)，見表2-4： </p><p>　　表2-4 真空油淬爐技術(shù)參數(shù)</p><p><b>　　設(shè)備選型</b></p><p>　　1、尺寸規(guī)格，見表2-5：</p><p>　　表2-5真空油淬爐尺寸

76、規(guī)格</p><p>　　2、爐膽規(guī)格，見表2-6：</p><p>　　表2-6真空油淬爐爐膽規(guī)格</p><p><b>　　2.3 真空退火爐</b></p><p>　　用途：主要用于高速鋼、冷熱作模具鋼、不銹鋼、彈性合金、高溫合金、磁性材料和鈦合金的真空熱處理以及真空釬焊和真空燒結(jié)。</p>&l

77、t;p>　　結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：加熱室采用不銹鋼骨架，隔熱屏為多層石墨氈，使用壽命長，易維護(hù)。采用石墨管加熱器，易安裝維護(hù)，故障率低。氣冷系統(tǒng)有大功率高速電機(jī)、大風(fēng)量高壓葉輪、蝸殼及導(dǎo)流板、銅管銅串片換熱器和導(dǎo)流裝置等組成[7]，可實(shí)現(xiàn)氣流有換熱器-風(fēng)機(jī)-導(dǎo)流裝置-工件-換熱器的高速循環(huán)，以使工件得到快速均勻的冷卻。加熱室也可以采用全金屬結(jié)構(gòu)。電控系統(tǒng)采用PLC與可編程溫度控制器的方式，實(shí)現(xiàn)全自動、半自動、手動三種控制方式，操作靈活。技術(shù)參

78、數(shù)，見表2-7： </p><p>　　表2-7真空退火爐技術(shù)參數(shù)</p><p><b>　　設(shè)備選型</b></p><p>　　1、尺寸規(guī)格見表2-8：</p><p>　　表2-8真空退火爐尺寸參數(shù)</p><p>　　2、爐膽規(guī)格，見表2-9：</p><p>　

79、　表2-9真空退火爐爐膽規(guī)格</p><p><b>　　2.4 真空燒結(jié)爐</b></p><p>　　用途：1300度的真空燒結(jié)爐主要用于高速鋼、冷熱作模具鋼、彈性合金、不銹鋼、高溫合金、磁性材料和鈦合金的真空熱處理；1600度的真空燒結(jié)爐主要用于金屬粉末制品、金屬注射成型制品、陶瓷、硬質(zhì)合金、不銹鋼纖維等材料的燒結(jié)；2000度的真空燒結(jié)爐主要用于金屬制品、陶瓷等

80、的燒結(jié)。</p><p>　　結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：加熱室采用不銹鋼骨架，隔熱屏為多層石墨氈，使用壽命長，易維護(hù)，采用石墨管加熱器，易安裝維護(hù)，故障率低；隔熱屏也可以采用全金屬結(jié)構(gòu)，加熱元件有鉬片制成，加熱元件沿加熱室內(nèi)壁呈圓型均勻布置，保證加熱的均勻性，保證了長期使用不變形、壽命長。電控系統(tǒng)采用PLC與可編程溫度控制器的方式，實(shí)現(xiàn)全自動、半自動、手動三種控制方式，操作靈活。技術(shù)參數(shù)，見表2-10： </p>

81、<p>　　表2-10真空燒結(jié)爐技術(shù)參數(shù)</p><p><b>　　設(shè)備選型</b></p><p>　　1、尺寸規(guī)格，見表2-11：</p><p>　　表2-11真空燒結(jié)爐尺寸參數(shù)</p><p>　　2、爐膽規(guī)格，見表2-12：</p><p>　　表2-12真空燒結(jié)爐爐膽規(guī)格&

82、lt;/p><p><b>　　2.5 真空釬焊爐</b></p><p>　　用途：主要用于鋁板翅式換熱器的真空釬焊。 </p><p>　　結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：該爐為圓形單室臥式前后雙開門結(jié)構(gòu)，有利于操作和維修。加熱室為四層不銹鋼片組成的矩形筒反輻射屏結(jié)構(gòu)和前后平板輻射屏組成，為了裝配維修方便，整個隔熱屏矩形筒分段組合而成[8]。加熱元件為鎳鉻帶，分多區(qū)

83、控制，確保爐溫均勻，滿足釬焊工藝要求。鎂收集器用于收集在釬焊過程中揮發(fā)的鎂蒸氣，以防止真空機(jī)組污染。電控系統(tǒng)采用PLC與可編程溫度控制器的方式，實(shí)現(xiàn)全自動、半自動、手動三種控制方式，操作靈活。技術(shù)參數(shù)，見表2-13： </p><p>　　表2-13真空釬焊爐技術(shù)參數(shù)</p><p>　　2.6 真空擴(kuò)散焊爐</p><p>　　用途：主要用于金屬材料、陶瓷材料等的

84、擴(kuò)散焊接。</p><p>　　結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：隔熱屏有兩層鉬、四層不銹鋼組成的全金屬輻射屏結(jié)構(gòu)。加熱元件為寬鉬帶，沿前后左右四壁均勻布置，以保證爐溫的均勻。壓力裝置有液壓站、油缸、壓頭、稱重傳感器、壓力控制器和壓力支架組成，可實(shí)現(xiàn)油壓保壓、壓力設(shè)定控制。電控系統(tǒng)采用PLC與可編程溫度控制器的方式，實(shí)現(xiàn)全自動、半自動、手動三種控制方式，操作靈活。技術(shù)參數(shù)，見表2-14： </p><p>　　表

85、2-14真空擴(kuò)散焊爐技術(shù)參數(shù)</p><p><b>　　2.7 真空回火爐</b></p><p>　　用途：主要用于高速鋼、高合金工模具鋼、電工磁性材料、不銹鋼等材料的光亮回火，也可以用于有色金屬的再結(jié)晶退火及時效等。</p><p>　　結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：加熱室主要采用全金屬屏結(jié)構(gòu)，變形量少、熱慣性小、適合低溫回火使用、壽命長、易維護(hù)。采用鎳帶加

86、熱器、安裝簡便、故障率低。爐內(nèi)前后均有可活動的隔熱門，加熱時關(guān)閉，防止熱量損失；冷卻時開啟，構(gòu)成高壓氣流通道，加快冷卻速度。帶有對流加熱裝置和快速冷卻裝置，升溫時可充入惰性氣體，開啟對流加熱裝置，以實(shí)現(xiàn)低溫段均勻?qū)α骷訜幔岣吖ぷ餍??？焖倮鋮s系統(tǒng)可有效控制工件變形量，加速工件冷卻。電控系統(tǒng)采用PLC與可編程溫度控制器的方式，實(shí)現(xiàn)全自動、半自動、手動三種控制方式，操作靈活。技術(shù)參數(shù)，見表2-15： </p><p&g

87、t;　　表2-15真空回火爐技術(shù)參數(shù)</p><p><b>　　設(shè)備選型</b></p><p>　　1、尺寸規(guī)格，見表2-16：</p><p>　　表2-16真空回火爐尺寸規(guī)格</p><p>　　2、爐膽規(guī)格，見表2-17：</p><p>　　表2-17真空回火爐爐膽規(guī)格</p&g

88、t;<p>　　通過這些已有的真空加熱爐，我們成功設(shè)計出所需的真空加熱爐的機(jī)會也越來越大，盡管用途不一樣，但是從中受到的啟發(fā)是不小的，為我們成功的設(shè)計出真空加熱爐提供了不小的建議。</p><p><b>　　第3章 熱處理原理</b></p><p>　　真空加熱爐的加熱原理是在真空條件下對工件（鋼）進(jìn)行加熱，使鋼的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，達(dá)到質(zhì)量要求的

89、一種方法?？偟膩碚f，就是通過鋼的熱處理原理來實(shí)現(xiàn)真空加熱爐對鋼加熱原理的宏觀表達(dá)方法。  </p><p>　　3.1 鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變</p><p>　　鋼的熱處理：是將固態(tài)鋼材采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫和冷卻以獲得所需組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。熱處理不僅可用于強(qiáng)化鋼材，提高機(jī)械零件的使用性能，而且還可以用于改善鋼材的工藝性能[9]。其共同點(diǎn)是：只改變內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，不

90、改變表面形狀與尺寸。</p><p>　　熱處理的目的是改變鋼的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，以改善鋼的性能，通過適當(dāng)?shù)臒崽幚砜梢燥@著提高鋼的機(jī)械性能，延長機(jī)器零件的使用壽命。 鋼件加熱的目的：使鋼奧氏體化，如圖3-1所示，</p><p>　?。╝） （b） （c） （d）</p><p>　　a.奧氏體

91、形核； b.奧氏體長大； c.殘余奧氏體溶解； d.奧氏體均勻化</p><p>　　圖3-1 共析鋼的奧氏體化過程示意圖</p><p>　　3.2 奧氏體（A）的形成</p><p>　　3.2.1 奧氏體晶核的形成</p><p>　　以共析鋼為例A1點(diǎn)則Wc＝0.0218％（體心立方晶格F）Wc ＝6.69％（復(fù)雜斜

92、方滲碳體）當(dāng)T上升到Ac1 后Wc ＝0.77％（面心立方的A）由此可見轉(zhuǎn)變過程中必須經(jīng)過C和Fe原子的擴(kuò)散，必須進(jìn)行鐵原子的晶格改組，即發(fā)生相變，A的形成過程。在鐵素體和滲碳體的相界面上形成[10]。有兩個有利條件①此相界面上成分介于鐵素體和滲碳體之間②原子排列不規(guī)則，空位和位錯密度高。奧氏體的晶核是首先在鐵素體和滲碳體的相界面上形成的。</p><p>　　3.2.2 奧氏體長大</p><

93、;p>　　由于鐵素體的晶格改組和滲碳體的不斷溶解，A晶核一方面不斷向鐵素體和滲碳體方向長大，同時自身也不斷形成長大。</p><p>　　3.2.3 殘余奧氏體的溶解</p><p>　　A長大同時由于有部分滲碳體沒有完全溶解，還需一段時間才能全溶。（F比Fe3C先消失）。</p><p>　　3.2.4 奧氏體成分的均勻化</p><p&

94、gt;　　殘余Fe3C全溶后，經(jīng)一段時間保溫，通過碳原子的擴(kuò)散，使A成分逐步均勻化。</p><p>　　奧氏體大小用奧氏體晶粒度來表示。分為 00，0，1，2…10等十二個等級，其中常用的1~10級，4級以下為粗晶粒，5-8級為細(xì)晶粒，8級以上為超細(xì)晶粒。</p><p>　　3.3 影響奧氏體轉(zhuǎn)變的因素</p><p>　　a、加熱溫度和加熱速度的影響：提高加熱

95、溫度，將加速A的形成。隨著加熱速度的增加,奧氏體形成溫度升高(Ac1越高),形成所需的時間縮短。 </p><p>　　b、化學(xué)成分的影響：隨著鋼中含碳量增加,鐵素體核滲碳體相界面總量增多,有利于奧氏體的形成。 </p><p>　　c、原始組織的影響：由于奧氏體的晶核是在鐵素體和滲碳體[10]的相界面上形成,所以原始組織越細(xì),相界面越多,形成奧氏體晶核的“基地”越多,奧氏體轉(zhuǎn)變就越快。&

96、lt;/p><p>　　3.4 鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變 生產(chǎn)中采用的冷卻方式有：等溫冷卻和連續(xù)冷卻，如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 不同冷卻方式示意圖</p><p>　　3.4.1 過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變</p><p>　　A在相變點(diǎn)A1以上是穩(wěn)定相，冷卻至A1以下就成了不穩(wěn)定相，必然要發(fā)生轉(zhuǎn)變。 奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖：

97、表示奧氏體過冷在不同溫度下的等溫過程中，轉(zhuǎn)變溫度、轉(zhuǎn)變時間與轉(zhuǎn)變產(chǎn)物量的關(guān)系曲線圖。曲線形狀與“C”字相似，所以又稱C曲線，如圖3-3所示。 共析碳鋼奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能如圖3-3：</p><p>　　圖3-3 奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線（C曲線）</p><p>　　3.4.1.1 高溫珠光體型轉(zhuǎn)變：A1~550℃ </p><p>　　a、珠光體（

98、P）A1 ~650℃ 粗層狀約0.3μm < 25HRC，如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 珠光體轉(zhuǎn)變過程</p><p>　　b、索氏體（S）650~600℃細(xì)層狀0.1~0.3μm；25~35HRC，如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5 托氏體的光鏡成像（左）和電鏡成像（右)</p><p>　　c、托氏體（

99、T）600~550℃極細(xì)層狀約0.1μm；35~40HRC，如圖3-6所示。</p><p>　　圖3-6 托氏體的電鏡成像（左）和光鏡成像（右）</p><p>　　3.4.1.2 中溫貝氏體型轉(zhuǎn)變：550~Ms a、上貝氏體（B上550~350℃羽毛狀40~45HRC脆性大，無使用價值，如圖3-7所示。</p><p>　　圖3-7 上貝氏體（左）和下

100、貝氏體（右） b、下貝氏體（B下）350~MS黑色針狀45~55HRC韌性好，綜合力學(xué)性能好。3.4.1.3 低溫馬氏體型轉(zhuǎn)變： Ms ~Mf </p><p>　　當(dāng)A被迅速過冷至MS以下時，則發(fā)生馬氏體（M）轉(zhuǎn)變，主要形態(tài)是板條狀和片狀。（當(dāng)WC＜0.2％時，呈板條狀，當(dāng)WC＞1.0％呈針片狀，當(dāng)WC＝0.2％～1.0％時，呈針片狀和板條狀的混合物）。</p><p>　　3

101、.4.2 過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖，如圖3-8所示。連冷卻轉(zhuǎn)變圖是表示鋼經(jīng)A后，在不同冷卻速度的連冷卻條件下，過冷A轉(zhuǎn)變開始及轉(zhuǎn)變終了時間與轉(zhuǎn)變溫度之間的關(guān)系曲線圖，如圖3-9所示。 </p><p>　　圖3-8 共析鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線 圖3-9 在等溫轉(zhuǎn)變圖上的連續(xù)冷卻速度線</p><p>　　3.4.2.1 共析碳鋼過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組

102、織和性能 （1） 隨爐冷：P170~220HBS（700～650℃）； （2） 空冷：S25~35HRC（650～600℃）； （3） 油冷：T＋M45~55HRC 550℃ ；</p><p>　?。?） 水冷：M+A ′ 55~65HRC 。</p><p>　　3.4.2.2 馬氏體轉(zhuǎn)變 當(dāng)冷速>VK時，奧氏體發(fā)生M轉(zhuǎn)變，即碳溶于α—Fe中的過飽

103、和固溶體，稱為M（馬氏體）。（其中VK——馬氏體臨界冷卻速度） a、轉(zhuǎn)變特點(diǎn)：M 轉(zhuǎn)變是在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行（Ms～Mf）,M 轉(zhuǎn)變是在一個非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變（碳、鐵原子不能擴(kuò)散）,M轉(zhuǎn)變速度極快（大于V k）,M轉(zhuǎn)變具有不完全性（少量的殘A）,M轉(zhuǎn)變只有α－Fe、γ－Fe的晶格轉(zhuǎn)變。 </p><p>　　b、M 的組織形態(tài)，見表3-1： </p><p>　　表3-1馬氏體的組織形

104、態(tài)</p><p>　　c、M 的力學(xué)性能 1、M的強(qiáng)度與硬度C的上升M的硬度、強(qiáng)度上升； 2、M的塑性與韌性。 </p><p>　　低碳板條狀M良好板條狀M具有較高的強(qiáng)度、硬度和較好塑性和韌性相配合的綜合力學(xué)性能。針片狀M比板條M具有更高硬度，但脆性較大，塑、韌性較差，M的顯微結(jié)構(gòu)如圖3-10所示。</p><p>　　圖3-10 馬氏體的顯

105、微結(jié)構(gòu)</p><p>　　第4章 真空熱處理工藝過程</p><p>　　通過加熱-保溫-冷卻來改變鋼的組織，從而翻遍鋼力學(xué)性能的工藝，稱為鋼的熱處理熱處理的這三個階段，可以用工藝過程曲線來表示，如圖4-1所示：</p><p>　　圖4-1 熱處理工藝過程示意圖</p><p>　　熱處理是強(qiáng)化金屬材料，充分發(fā)揮金屬材料力學(xué)性能的工藝，也

106、是改善金屬材料加工性能的重要手段。</p><p>　　利用不同的加熱溫度和冷卻方式，可以改變鋼的組織，鋼的組織不同，起力學(xué)性能就有差異[12]，按加熱溫度和冷卻方法的不同，熱處理可分為：退火、正火、淬火及回火。此外，還有通過改變鋼表面的化學(xué)成分，從而改變其組織和性能的化學(xué)熱處理，如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 各種工藝的加熱溫度</p><p>　

107、　常用的熱處理工藝分為兩大類：（1）預(yù)備熱處理目的：消除坯料、半成品中的某些缺陷，為后續(xù)冷加工，最終熱處理作組織準(zhǔn)備。（2）最終熱處理目的：使工件獲得所要求的性能。</p><p><b>　　4.1 鋼的退火</b></p><p><b>　　4.1.1 概念</b></p><p>　　將鋼件加熱到適當(dāng)溫度 (Ac

108、1 以上或以下)，保持一定時間，然后緩慢冷卻以獲得近于平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝稱為退火，退火溫度如圖4-3所示。 </p><p>　　圖4-3 各種退火的加熱溫度</p><p><b>　　4.1.2 目的</b></p><p>　　a、降低硬度，提高塑性； b、細(xì)化晶粒，消除組織缺陷； c、消除內(nèi)應(yīng)力； d、

109、為淬火作好組織準(zhǔn)備。</p><p><b>　　4.1.3 類型</b></p><p>　　根據(jù)加熱溫度可分為在臨界溫度（Ac1 或Ac3）以上或以下的退火，前者又稱相變重結(jié)晶退火，包括完全退火、擴(kuò)散退火均勻化退火、不完全退火、球化退火；后者包括再結(jié)晶退火及去應(yīng)力退火。</p><p>　　4.1.3.1完全退火 a、概念：將亞共

110、析鋼（Wc＝0.3％~0.6％）加熱到AC3 +（30~50）℃，完全奧氏體化后，保溫緩冷（隨爐、埋入砂、石灰中），以獲得接近平衡狀態(tài)的組織的熱處理工藝稱為完全退火。 b、目的：細(xì)化晶粒、均勻組織、消除內(nèi)應(yīng)力、降低硬度、改善切削加工性能。 c、工藝：完全退火采用隨爐緩冷可以保證先共析鐵素體的析出和過冷奧氏體在 Ar1以下較主溫度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。工件在退火溫度下的保溫時間不僅要使工件燒透，即工件心部達(dá)到要求的加熱溫度