热处理设备——智能热处理装备

1.热处理设备的行业需求

热处理是指在严格控制的加热和冷却条件下对金属材料进行处理，通过改变材料内的显微组织来满足所需的使用性能或使用寿命。热处理是机械制造的重要过程，是保证和提高机械零件质量和使用寿命，充分发挥材料潜力的关键过程。热处理技术和设备广泛应用于航空航天、**、汽车、工程机械、轨道交通等行业。智能、高效、节能、环保是热处理行业的基本发展趋势。

智能热处理设备研究的总体目标是以智能热处理设备关键通用技术的工程化和产业化为目标，以智能、信息化、 高效、节能减排为目标。主要从智能可控大气热处理设备、智能真空热处理设备、智能感应热处理设备、智能等离子体表面改性设备、智能大型工业加热炉五个方向进行工程研发，重点解决智能热处理设备领域的创新能力和技术支持问题，实现我国热处理从低端技术向高端技术的转变。

2.中国智能热处理设备简介

2.1 热处理设备技术现状

根据加热方式，热处理设备可分为电阻加热炉、感应加热炉、离子体、电子束、激光束加热炉、燃气加热炉、燃油加热炉和燃煤加热炉。目前，我国以电加热热处理设备为主体，约占总量的90%。其他加热方式不到10%，如燃气、燃油和燃煤。根据炉内介质，分为空气介质炉、盐浴炉、保护大气炉、流态粒子炉、可控大气炉、真空大气炉和等离子体炉。

近60年来， 中国的热处理设备从空气介质炉和盐浴炉发展到保护大气炉和流态粒子炉，再发展到可控大气 真空大气炉和等离子炉。目前，我国热处理技术与国外热处理技术存在较大差距。美国等发达国家对热处理过程的控制已向自动化、智能化、灵活化发展。由于历史原因，我国许多企业规模大、全面，社会化、工业化、规模化生产尚未形成小型全热处理。因此， 生产效率低，比美国差26倍 ，设备利用率和负荷率低于30% ，但能耗高于美国40%以上。

2.2 我国热处理设备技术发展趋势

由于机械制造业的快速发展，热处理设备的更新速度加快。由于国外产业转移、大型国有企业和大量民营企业的技术转型、华东和华南沿海城市轻工业、电气产品模具的大量需求、航空 汽车等制造业零部件加工合作的推动，以真空热处理设备和密封多用炉生产线为主的设备更新浪潮兴起。在汽车、轨道交通、造船等行业的发动机、变速箱零部件、基础零部件的热处理中，也出现了以推杆炉、辊棒炉、网带炉、密封多用炉、感应淬火机床等离子设备为主的热处理设备更新，设备市场蓬勃发展。为加快我国热处理技术的完善，需要全面分析我国热处理技术现阶段的水平针，对现有技术的不足提出新的改进方案，努力在热处理技术、新材料、新设备等方面取得重要改进。

2.2.1 采用新的加热源

有多种形式的热处理加热源。如今，人们更加关注高能热源。与其他方法相比，高能热处理在减少加工零件的变形、获得优异的组织性能和特殊零件的表面状态方面具有无可比拟的优势。它不仅可以显著提高热处理零件表面的耐磨性和耐腐蚀性，还可以延长其使用时间。因此，近年来高能热处理发展迅速，成为改变金属材料表面特性的主要技术。国外大型企业逐步采用激光热处理和离子注入表面改性技术。然而，由于高能热处理设备成本昂贵，我国的应用仍然很少，但其发展前景广阔，未来将是一项重要的热处理工艺。

2.2.2 采用新的加热方式

通常，少无氧化加热的目的是减少金属氧化损失，少金属氧化损失，保证工件表面质量，在实际热处理过程中实现少无氧化加热。感应加热在表面加热领域主要采用真空和可控气氛技术，具有加热快、工件变形小、生产率高、工件表面氧化脱碳少、工件表面氧化脱碳少、工件表面氧化脱碳少、工件表面氧化脱碳少等优点。

2.2.新型淬火淬火介质

淬火介质在淬火过程中起着非常重要的作用，直接影响工件的淬火质量。合理的淬火介质的应用可以显著降低工件的变形 ，提高淬火工件的表面精度。在实际的热处理和生产过程中，通常使用水、油和盐作为淬火介质。4 今后要全面提高原淬火介质的性能，积极研究经济安全污染。

2.2.4多参热处理

传统热处理通常以温度和时间为热处理参数 为单一热处理 效果非常单一 因此，必须开发多参数热处理和复合热处理工艺，多参数热处理工艺形式主要是真空热处理、化学热处理和变形热处理复合热处理可复合两种或多种热处理工艺，或热处理等加工工艺，获得各工艺的综合效果，工件性能更好，可节约能源，降低成本，提高生产效率。

2.2.5 热处理生产的自动化和专业化

为了实现热处理生产的自动化，热处理生产逐步引入计算机，可以保证热处理过程的稳定性，获得高质量的产品质量，使热处理设备朝着高效、低成本、灵活、智能的方向发展。许多外国现代企业在热处理中使用计算机，国内热处理设备也引入了越来越多的计算机控制，大大提高了设备的自动化水平和生产效率，在实时控制、计算机辅助设计、计算机模拟和数学模型开发应用等方面也取得了一定的成果。

3.智能热处理的重点发展技术

3.热处理设备节能减排控制技术主要包括以下几个方面

（1）炉体结构、工具、夹具的优化设计，即利用现代设计方法优化炉体结构、工具、夹具，使炉体结构满足节能减排的要求，工具、夹具的优化设计是热处理设备的智能控制。

（2）节能电源和新型加热元件的研发。感应加热是开发较好的加热方法。其先进的技术反映在高频电源通常由半导体功率装置组成。理论上，输出功率越大，频率越高，技术就越领先。感应冶炼中频炉功率越大，整流炉容量越大，技术越先进，真空感应炉吨位越大，技术越先进。

（3）新型节能炉材料的研究和应用 炉体密封主要是指炉内各部件、炉壳、炉门的密封。如果炉体密封不够严格，很容易引起火灾、泄漏、严重的能源浪费，甚至损坏设备。因此，炉体密封非常关键，它直接决定了产品的质量和生产过程中的能耗。新型耐火纤维产品的出现为解决炉体密封创造了条件，实现了软密封。在炉体内壁涂高温高辐射涂料，加强炉内辐射传热，有利于充分利用热能。节能效果为3% ~5% 是近期节能方法。

（4）电磁辐射控制设计 为了防止电磁辐射对周围环境和人类健康的有害影响，必须将电磁辐射的强度降低到允许的程度 或将有害影响限制在一定的空间范围内，屏蔽是一种常用的有效技术。

3.

3.2.1 淬火冷却工艺数值模拟

随着计算机技术的发展，数值模拟方法为淬火过程中相互作用的数量计算提供了强有力的工具。虽然数值模拟不能直接给出相态分布、应力分布和工艺参数之间的关系，但它可以耦合介质流场、工件温度场、组织场和应力应变场，并直观地给出任何时间和点的温度、组织和应力应变。计算机模拟的应用预计将使热处理摆脱依赖于经验和操作员技能的落后，并朝着准确预测生产结果和实现可靠质量控制的方向发展。

3.2. 淬火变形控制技术

由于淬火变形影响因素非常复杂，变形控制非常困难，矫正变形或增加研磨余量会增加成本，因此淬火变形控制技术是提高产品质量、延长零件使用寿命、提高经济效益的重要手段。国内外热处理人员在钢件热处理变形原因、规律、防治变形措施等方面取得了许多理论成果，也积累了一定的实践经验。

3.2.

强淬火是在金属固态相变点以上加热保温，通过极快的冷却方法淬火零件表面，常规淬火冷却到淬火剂温度，钢表面形成拉应力或低应力状态，强淬火在工件心仍处于热状态时停止冷却，使其表面形成压力应力，消除淬火开裂现象，减少淬火变形，减少疲劳裂纹和应力腐蚀开裂的可能性，延长部件的使用寿命，取代或减少材料热处理过程中的渗碳、喷丸和喷砂过程。

我国智能布局

在无氧化热处理技术的发展趋势中，首先推进了可控气氛热处理。目前，光亮淬火、退火、渗碳淬火、碳氮共渗淬火、气体氮碳共渗仍以可控气氛为主要手段。因此，可控气氛热处理仍然是智能先进热处理技术的主要组成部分。其优点是防止工件氧化脱碳、渗碳等化学热处理，对于脱碳工件，可使表面碳渗透渗碳，便于实现机械化、自动真空热处理是在真空技术和热处理技术的基础上发展的新型热处理技术，其整个过程和部分在真空状态下 热处理质量大大提高 与传统热处理 相比，可实现无氧化 无碳 无碳 使工件表面更加明亮

感应加热热处理设备是利用电磁感应产生涡流电加热现象，对工件表面加热进行热处理。由于其生产效率高、能耗低、污染少、安全性好、自动化生产方便等优点。常用于表面淬火，也可用于局部退火或回火。随着我国制造业的发展，对高效 自动化、高重现性感应淬火工艺设备的需求大幅增加，感应淬火机床正朝着成套、紧凑、在线、灵活、数控和自动化的方向发展。智能等离子体技术是一种处理材料表面的技术，涉及多个学科，需要在以下几个方面进行深入的等离子体表面改性机制研究，解决传统温度场测量精度差的问题，从理论上分析等离子体表面处理工艺参数、材料性能和表面状况，优化现有工艺参数，开发新型成熟可靠的工艺设备，分析材料在远离平衡状态下微组织结构的变化，进一步发展等离子表面处理工艺参数、材料性能和表面状态。

5、总结

随着科学技术的不断进步，对热处理设备的要求越来越高，智能热处理设备将在我国工业中发挥重要作用。因此， ，加快智能热处理设备的发展，对促进我国科技进步，提高产品质量具有重要作用。