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1、1.1第八章第八章 真空熱處理爐真空熱處理爐 授課人：楊曉敏授課人：楊曉敏North University of ChinaCollege of Materials Science and Engineering2008.01.041驕陽書屋1.2教學(xué)提示教學(xué)提示教 學(xué) 要 求教 學(xué) 要 求 了解真空熱處理爐的分類、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)了解真空熱處理爐的分類、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和適用；了解真空熱處理爐的電熱元件及主要元和適用；了解真空熱處理爐的電熱元件及主要元件的設(shè)計；了解電爐真空系統(tǒng)組成、工作原理和件的設(shè)計；了解電爐真空系統(tǒng)組成、工作原理和特點(diǎn)。特點(diǎn)。真空熱處理是熱處理工藝過程的全部或真空熱處理是熱處理工藝過

2、程的全部或部分在真空狀態(tài)下進(jìn)行。真空當(dāng)作一種純度較高部分在真空狀態(tài)下進(jìn)行。真空當(dāng)作一種純度較高的保護(hù)氣體。的保護(hù)氣體。第八章第八章 真空熱處理爐真空熱處理爐2驕陽書屋1.3 8 81 1 真空系統(tǒng)真空系統(tǒng) 8 82 2 真空熱處理爐的分類真空熱處理爐的分類 8 83 3 真空熱處理爐所用材料真空熱處理爐所用材料 8 84 4 真空熱處理爐技術(shù)的發(fā)展真空熱處理爐技術(shù)的發(fā)展 8 85 5 離子滲氮爐離子滲氮爐第八章第八章 真空熱處理爐真空熱處理爐3驕陽書屋1.4真空熱處理爐加熱主要特點(diǎn)：真空熱處理爐加熱主要特點(diǎn)：1 1、傳熱方式：輻射；、傳熱方式：輻射；2 2、加熱速度慢；加熱均勻性差；、加熱速度

3、慢；加熱均勻性差；3 3、實(shí)現(xiàn)無氧化、不脫碳；、實(shí)現(xiàn)無氧化、不脫碳；4 4、工件表面光亮好；、工件表面光亮好；5 5、工件不易變形。、工件不易變形。第八章第八章 真空熱處理爐真空熱處理爐4驕陽書屋1.5一、真空一、真空（一）真空：壓強(qiáng)（一）真空：壓強(qiáng) 小于小于105Pa低壓空間稱為真空。低壓空間稱為真空。真空狀態(tài)下氣體的稀薄程度稱真空度。真空狀態(tài)下氣體的稀薄程度稱真空度。（二）真空劃分（二）真空劃分:低真空（低真空（102-105Pa）、中真空（）、中真空（102-10-1Pa）、）、高真空（高真空（10-1-10-5Pa）、超真空（小于）、超真空（小于10-5Pa）。8 81 1 真空系統(tǒng)真

4、空系統(tǒng)5驕陽書屋1.6二、真空系統(tǒng)（真空泵、管道、真空閥、真空測量裝置）二、真空系統(tǒng)（真空泵、管道、真空閥、真空測量裝置）（一）設(shè)備：（一）設(shè)備：真空泵真空泵真空的主要設(shè)備真空的主要設(shè)備 8 81 1 真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)旋片式機(jī)械泵旋片式機(jī)械泵滑閥式機(jī)械泵滑閥式機(jī)械泵機(jī)械增壓泵機(jī)械增壓泵油增壓泵油增壓泵油擴(kuò)散泵油擴(kuò)散泵真空泵真空泵真空測量真空測量：電離規(guī)管、熱偶規(guī)管、真空壓力表等：電離規(guī)管、熱偶規(guī)管、真空壓力表等6驕陽書屋1.77驕陽書屋1.8被抽被抽容器容器擴(kuò)散泵擴(kuò)散泵機(jī)械泵機(jī)械泵低真空管道低真空管道高真空管道高真空管道 真空系統(tǒng)工作過程真空系統(tǒng)工作過程 真空系統(tǒng)是由機(jī)械泵與油擴(kuò)真空系統(tǒng)是由機(jī)

5、械泵與油擴(kuò)散泵組成。散泵組成。（二）真空系統(tǒng)的工作過程（二）真空系統(tǒng)的工作過程機(jī)械泵機(jī)械泵：低真：低真空泵，又稱配泵，空泵，又稱配泵，常作為高真空泵常作為高真空泵的前級泵。的前級泵。擴(kuò)散擴(kuò)散泵泵：抽高真空，：抽高真空，又稱主泵。擴(kuò)散又稱主泵。擴(kuò)散泵出口處的壓強(qiáng)泵出口處的壓強(qiáng)小于高真空泵的小于高真空泵的臨界壓強(qiáng)。擴(kuò)散臨界壓強(qiáng)。擴(kuò)散泵出口處的真空泵出口處的真空度又稱前置真空。度又稱前置真空。8驕陽書屋1.9 起始壓強(qiáng)起始壓強(qiáng)：真空泵開始工作時的壓強(qiáng)。各種真空：真空泵開始工作時的壓強(qiáng)。各種真空泵的起始壓強(qiáng)相差很大。例如，機(jī)械泵在大氣壓強(qiáng)下泵的起始壓強(qiáng)相差很大。例如，機(jī)械泵在大氣壓強(qiáng)下即可工作，擴(kuò)散泵

6、須在一定前置真空度下才能工作。即可工作，擴(kuò)散泵須在一定前置真空度下才能工作。極限壓強(qiáng)極限壓強(qiáng)：指在真空系統(tǒng)中沒有漏氣或內(nèi)壁放出：指在真空系統(tǒng)中沒有漏氣或內(nèi)壁放出氣體的情況下，經(jīng)過相當(dāng)長時間抽氣后，一定型號的氣體的情況下，經(jīng)過相當(dāng)長時間抽氣后，一定型號的真空泵所能達(dá)到的最小壓強(qiáng)。真空泵所能達(dá)到的最小壓強(qiáng)。8 81 1 真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)9驕陽書屋1.10（三）典型真空系統(tǒng)（三）典型真空系統(tǒng)機(jī)械旋轉(zhuǎn)泵機(jī)械旋轉(zhuǎn)泵10驕陽書屋1.11機(jī)械旋轉(zhuǎn)泵油擴(kuò)散泵機(jī)械旋轉(zhuǎn)泵油擴(kuò)散泵/油增壓泵油增壓泵11驕陽書屋1.12機(jī)械旋轉(zhuǎn)泵油擴(kuò)散泵油增壓泵機(jī)械旋轉(zhuǎn)泵油擴(kuò)散泵油增壓泵12驕陽書屋1.138 82 2 真空熱處理爐

7、的分類真空熱處理爐的分類一、真空熱處理爐的基本結(jié)構(gòu)形式、特點(diǎn)及用途一、真空熱處理爐的基本結(jié)構(gòu)形式、特點(diǎn)及用途 13驕陽書屋1.14工作過程：工作過程：放入工件放入工件密封爐罐密封爐罐抽抽真空真空加熱加熱保溫保溫冷卻。冷卻。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1 1）結(jié)構(gòu)簡單；結(jié)構(gòu)簡單；（2 2）氣源少，容易獲得真空；）氣源少，容易獲得真空；（3 3）不存在真空放電的問題；）不存在真空放電的問題；缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：（1 1）加熱速度慢；）加熱速度慢；（2 2）受爐罐材料的限制，爐子）受爐罐材料的限制，爐子最高使用溫度不超過最高使用溫度不超過11001100。用途：用途：一些金屬的退火一些金屬的退火外熱式真空熱處理爐外熱式真

8、空熱處理爐14驕陽書屋1.15（一）（一）外外 熱熱 式式 真真 空空 熱熱 處處 理理 爐爐15驕陽書屋1.16（二）內(nèi)熱式真空熱處理爐（二）內(nèi)熱式真空熱處理爐1 1、結(jié)構(gòu)：、結(jié)構(gòu)：爐殼（真空容爐殼（真空容器）、加熱體、隔熱屏、器）、加熱體、隔熱屏、真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)2 2、優(yōu)點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)：（1 1）爐溫不爐溫不受耐熱爐罐限制；受耐熱爐罐限制；(2)(2)加熱加熱速度快。速度快。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：（1 1）結(jié)結(jié)構(gòu)復(fù)雜；構(gòu)復(fù)雜；(2)(2)抽真空比外熱抽真空比外熱式的爐子困難。（式的爐子困難。（3 3）低電）低電壓大電流供電。壓大電流供電。3 3、用途：、用途：氣冷式的爐子：氣冷式的爐子：高速鋼、模具鋼、

9、馬氏體高速鋼、模具鋼、馬氏體不銹鋼等的淬火處理；油不銹鋼等的淬火處理；油冷式的爐子：低合金鋼、冷式的爐子：低合金鋼、合金工具鋼、軸承鋼等的合金工具鋼、軸承鋼等的淬火處理；淬火處理；16驕陽書屋1.17內(nèi)熱式氣冷真空熱處理爐內(nèi)熱式氣冷真空熱處理爐17驕陽書屋1.18內(nèi)熱式油淬真空熱處理爐內(nèi)熱式油淬真空熱處理爐18驕陽書屋1.198 83 3 真空熱處理爐所用材料真空熱處理爐所用材料一、電熱元件一、電熱元件（一）電熱元件材料（一）電熱元件材料1 1、鎳鉻及鐵鉻鋁合金；、鎳鉻及鐵鉻鋁合金；CrCr和和AlAl在高溫真空狀態(tài)下易于產(chǎn)生蒸發(fā)作用，適用于溫在高溫真空狀態(tài)下易于產(chǎn)生蒸發(fā)作用，適用于溫度不是很

10、高的低真空爐。度不是很高的低真空爐。2 2、高熔點(diǎn)純金屬（鉬、鎢、鉭）、高熔點(diǎn)純金屬（鉬、鎢、鉭）在真空或保護(hù)氣氛下適用；在真空或保護(hù)氣氛下適用；19驕陽書屋1.208 83 3 真空熱處理爐所用材料真空熱處理爐所用材料3 3、非金屬電熱元件（石墨）：熔點(diǎn)高、膨脹系數(shù)小、高溫、非金屬電熱元件（石墨）：熔點(diǎn)高、膨脹系數(shù)小、高溫機(jī)械性能好等優(yōu)點(diǎn)，但使用于保護(hù)氣氛中工作；有機(jī)械性能好等優(yōu)點(diǎn)，但使用于保護(hù)氣氛中工作；有“污染污染”等弊病，因而不宜在高真空中工作。等弊病，因而不宜在高真空中工作。（二）電熱元件料選擇（二）電熱元件料選擇 選擇原則：根據(jù)工作溫度、爐子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工藝特殊要求、選擇原則：根據(jù)工

11、作溫度、爐子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工藝特殊要求、經(jīng)濟(jì)效果等因素來選用。經(jīng)濟(jì)效果等因素來選用。工作溫度在工作溫度在10001000以下，可選用合金電熱元件。以下，可選用合金電熱元件。工作溫度在工作溫度在10001000以上，可選用純金屬或石墨布。以上，可選用純金屬或石墨布。單室油淬真空爐：可選用能抵抗油蒸汽污染的石墨布。單室油淬真空爐：可選用能抵抗油蒸汽污染的石墨布。考慮經(jīng)濟(jì)適用可選資源富足、價格便宜的石墨布和鐵鉻鋁考慮經(jīng)濟(jì)適用可選資源富足、價格便宜的石墨布和鐵鉻鋁合金作電加熱體材料。合金作電加熱體材料。20驕陽書屋1.218 83 3 真空熱處理爐所用材料真空熱處理爐所用材料二、隔熱屏二、隔熱屏1 1、作

12、用：隔熱、減少熱損失。、作用：隔熱、減少熱損失。2 2、性能：較高的耐火性、隔熱保溫性、抗熱沖擊性、性能：較高的耐火性、隔熱保溫性、抗熱沖擊性和抗腐蝕性。和抗腐蝕性。3 3、分類：金屬反射隔熱屏和非金屬隔熱層隔熱屏。、分類：金屬反射隔熱屏和非金屬隔熱層隔熱屏。21驕陽書屋1.22金屬反射隔熱金屬反射隔熱屏：數(shù)層金屬板、屏：數(shù)層金屬板、隔離環(huán)和支撐桿隔離環(huán)和支撐桿組成。選用鎢、組成。選用鎢、鉬、鉭和不銹鋼鉬、鉭和不銹鋼作反射屏。主要作反射屏。主要用于高精度、高用于高精度、高真空度的真空爐。真空度的真空爐。金屬反射隔熱屏金屬反射隔熱屏22驕陽書屋1.23金屬板制成的內(nèi)外屏的夾層中填充陶瓷金屬板制成

13、的內(nèi)外屏的夾層中填充陶瓷纖維，結(jié)構(gòu)較簡單，隔熱效果好，但陶瓷纖維，結(jié)構(gòu)較簡單，隔熱效果好，但陶瓷纖維的吸濕性大，影響真空度。纖維的吸濕性大，影響真空度。夾層式隔熱屏夾層式隔熱屏多層石墨氈用石墨繩或鉬絲將其捆扎在多層石墨氈用石墨繩或鉬絲將其捆扎在鋼板網(wǎng)上構(gòu)成的。隔熱效果好，熱損失比鋼板網(wǎng)上構(gòu)成的。隔熱效果好，熱損失比金屬反輻射屏可減少金屬反輻射屏可減少3030。石墨氈隔熱屏石墨氈隔熱屏23驕陽書屋1.24內(nèi)層為石墨氈，外層為陶瓷纖維氈。隔內(nèi)層為石墨氈，外層為陶瓷纖維氈。隔熱效果好，并兼有夾層式和石墨氈隔熱層熱效果好，并兼有夾層式和石墨氈隔熱層兩者的優(yōu)點(diǎn)。兩者的優(yōu)點(diǎn)?；旌蠚指魺釋踊旌蠚指魺釋? 83 3 真空熱處理爐所用材料真空熱處理爐所用材料24驕陽書屋1.258 84 4 離子滲氮爐離子滲氮爐輝光放電電路輝光放電電路一、工作原理一、工作原理二、組成二、組成爐體、真空系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、測溫系統(tǒng)及控制系統(tǒng)。爐體、真空系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、測溫系統(tǒng)及控制系統(tǒng)。三、類型三、類型罩式、井式、臥式等罩式、井式、臥式等。25驕陽書屋1.2626驕陽書屋