低真空变压热处理技术的特点及其发展

1.低真空变压热处理技术的特点

用低真空变压原理制造的SLV型和WLV型炉，可克服“老三炉”(老式箱式炉、井式炉和盐浴炉)存在的缺点，拥有真空炉和可控气氛炉的一些优点，可实现无氧化加热，又可实现可控气氛加热，售价低、维修易。此外，此项技术还拥有自动改变炉压的功能，从而达到快速排气和提高渗碳、渗氮速度之目的。现把其特点介绍如下：

1.1.工作原理

上世纪80年代初，在研制高速钢工具氧氮共渗技术时，开始用低真空原理制造设备和试验配套工艺(即低压氧氮共渗技术)，工件在设定的低真空上限下限范围内自行循环加热，炉气在设定的时间周期内自行反复吐故纳新，解决了工件在渗氮、渗碳过程的密装生产、炉气老化、渗层均匀性等难题；根据适当增加炉压可增加N、C原子渗速[2-4]，在低真空变压的基础上增加正压变压的工艺过程。这种先在低真空范围变压加热，接着进行正压变压加热的工艺及其设备称为低真空变压热处理技术。炉膛在低真空至正压大范围变压加热，以中性气体迅速置换炉膛中的空气、水分等氧化物质，而后充以工艺规定的渗剂，使工件在设定的气氛中加热，加热后如果在炉内冷却即可实现无氧化、无脱碳淬火；如果加热后在炉外冷却，则工件从炉中取出时同空气接触，产生少量氧化而实现少无氧化加热。

1.2.工艺特点

低真空变压热处理炉可实现优良的热处理工艺，并具有清洁、节能、少无氧化、密装生产、快速、高效等优点。

(1)加热过程的低真空变压，可借助中性气体迅速排除炉膛中的空气，而后再以少量的有机液体或液化气消除炉膛中残余氧和水蒸气，实现工件的少无氧化加热。辅料消耗比常规的可控气氛炉(或保护气氛炉)减少50%以上。

(2)化学热处理时借助低真空变压，渗剂可定向流动的特点，在迅速排除工件周围的老化气氛后，新鲜渗剂立即迅速扩散到炉膛各处，工件上的小孔、盲孔孔壁及压紧面均可得到满意的渗层，从而实现工件密装生产。

(3)可将单一元素的炉气迅速改变为两类元素(强化型元素和润滑型元素)的多元素共渗气氛，并在质量上和数量上予以精控(质量上控制就是控制炉气各成分的百分比，数量上控制就是控制炉气的总压力)。由于几种元素同时渗入的互相促进作用，渗速加快，工艺周期明显缩短。

(4)因炉压适当提高可缩短渗氮和渗碳时间[2-4]，低真空变压设备可随时迅速把炉压调至渗速最高的范围，从而缩短工艺周期，实现快速、高效和低耗的化学热处理。

(5)低真空变压处理过程，可随意改变炉气成份，实现可控气氛加热。

(6)处理过程可随时打开炉盖取出试样或工件检查硬度和金相，合格出炉，不合格继续处理，从而保证每一炉的质量。

2 低真空变压热处理设备

2. 1 SLV-Ⅰ型低真空变压少无氧化加热炉

此炉最高加热温度1150℃(分箱式和井式两种炉型)，采用无罐式结构，耐火炉衬砌在炉壳内，并与侧壁脱离，是一种特殊结构的冷壁式炉，不必像真空炉那样整个炉壳通水冷却，只在炉门密封处通水冷却，使水耗和电耗显著减少；安装自动换气装置，实现自动进排气。炉门同炉体接触处用橡胶密封，炉衬采用装配式结构，多用陶瓷纤维，尽量少用耐火砖，并在其外表涂多晶矿化黑陶瓷涂料；增设内炉门，炉底中部安装布气盘，让中性、惰性等气体自行定量、定时地进入炉膛，也可从炉顶滴入有关保护液，使工件加热后达到少、无氧化的要求。后墙和炉顶配装热电偶，分别用于控制和记录炉膛温度。采用智能化程序控温，具有超温报警，超温断电，自动复位及输出功率自动调整等功能。中温炉的电热元件为螺旋管形，高温炉用弓形丝或带，对于炉膛表面积小者采用低压供电。

同常规高温炉(RX3，RJ2)比较，SLV-Ⅰ型炉有如下特点：

(1)在箱式炉后墙和炉顶安装电热丝，加上内炉门挡热，使炉温均匀度达到圆形炉膛的水平。井式炉的炉盖为双层，上层为密封盖，下层用来绝热。

(2)炉子不漏气，工件进炉后，高效率的低压变压排气充气系统可很快排除炉膛中的空气和水蒸气，而后自行注入适量有机液体，彻底消除炉膛中的残余氧和水份，工件即使长期加热也无氧化皮产生。

(3)炉衬采用特殊形状的轻质搁丝垛，尽可能少用耐火砖，陶瓷纤维占整个炉衬材料的1/2以上，炉子蓄热和散热少、升温快、保温好、热效率高。

(4)采用智能化仪表控温，输出功率自动调节，保温时的功率只须额定功率的1/3-1/4；具有超温报警、超温断电、自动复位功能，控温精度达±1℃。按用户要求对于大型模具可用电脑进行程序控温。

(5)用途广，柔性大。除了替代在空气中加热的箱式电阻炉外，可用来处理各类模具(指热处理后需要磨加工的模具)，而不用真空炉和盐浴炉，显著降低生产成本，比真空炉产量提高一倍，处理成本降低1/2-2/3，节约电耗和防止污染，比盐浴炉电耗降低50%左右。