热处理车间的设计

本科毕业设计

题目：年产量3000吨热处理车间的设计

学院: 材料与冶金学院

专业: 金属材料工程

学号: 200402127036

学生姓名: 唐郑磊

指导教师: 从善海副教授

日期: 2008. 6.10

摘要

热处理是机械工业的一项重要基础技术，通常像轴、轴承、齿轮、连杆等重要的机械零件和工模具都是要经过热处理的。热处理对于充分发挥金属材料的性能潜力，提高产品的内在质量，节约材料，减少能耗，延长产品的使用寿命，提高经济效益都具有十分重要的意义。正所谓“工欲善其事,必先利其器”，那么也就必须给热处理一个良好的环境及先进设备，总的来说就是一个设计得当的热处理车间。

设计的主要内容整个热处理车间的设计过程。从热处理车间的分类和特性、热处理车间生产任务、工作制度及年时基数、工艺设计、热处理设备的选择与计算、车间设备组织与布置、热处理车间建筑物与构筑物、车间动力和辅助材料消耗量计算、热处理的生产安全与环境保护、热处理车间人员定额、热处理车间的建设投资及技术经济指标等方面，对热处理车间进行设计。从热处理技术的现状和水平，掌握其发展趋势，大力发展先进的热处理新技术、新工艺、新材料、新设备，用高新技术改造传统的热处理技术，实现“优质、高效、节能、降耗、无污染、低成本、专业化生产”的方向上设计热处理车间。

关键词：热处理车间；热处理设备；热处理工艺；设计

Abstract

Heat treatment is an important foundation for mechanical industrial technology, as is usually shaft, bearings, gears, mechanical linkage, and other important parts and molds were required to take the heat treatment. Heat Treatment for giving full play to the performance potential of metallic materials, the intrinsic quality of their products, material savings, and reduce power consumption, extend product life, and improving economic efficiency are of great significance. Is the so-called "Perfect tools are necessary for perfect jobs," then it must be a good the environment and advanced equipment for heat treatment, the whole is designing a proper heat treatment workshop.

Papers are the main contents of the heat treatment plant design process.From the classification and characteristics of heat treatment workshop, heat treatment workshop production tasks, the system of work and the base year, process design, equipment selection and heat treatment, the organization and layout of workshop equipment, heat treatment workshop buildings and structures, power plant and auxiliary materials consumption, heat-treated product safety and environmental protection, heat treatment workshop staff fixed, heat treatment plant construction investment and technical and economic indicators, designs the heat treatment shop. From the current situation and the level of Heat Treatment Technology control their development trend, develop vigorously advanced new technologies, new processes, new materials and new equipment, use high technology to transform traditional heat treatment technology to achieve "high-quality, high efficiency, energy saving, energy, pollution-free, low-cost, specialized production "of the direction of heat treatment plant design.

Key words: heat treatment workshop, heat treatment equipment; heat treatment process; design

目录

1 绪论 (1)

1.1选题背景及设计意义 (1)

1.1.1 选题背景 (1)

1.1.2 设计意义 (1)

1.2热处理车间设计概述 (1)

1.3设计思路 (2)

1.3.1 从车间规模的分析 (2)

1.3.2 从技术发展与技术改造分析 (2)

2 热处理车间设计纲领 (2)

2.1车间任务 (2)

2.2工作制度和年时基数 (4)

3 工艺分析及设备选用 (5)

3.1工艺分析的基本原则 (5)

3.2工艺路线 (5)

3.3工艺方法的选定 (6)

3.4热处理设备选用 (7)

3.4.1 热处理炉 (7)

3.4.2 感应加热设备 (10)

3.4.3 淬火冷却设备 (11)

3.4.4 可控气氛发生装置的选择 (12)

3.4.5 辅助设备 (12)

3.4.6 起重运输及机械化，自动化设备 (15)

4 车间布置 (16)

4.1车间在厂区内的位置 (16)

4.2车间面积及面积指标 (16)

4.3平面布置设计 (17)

4.3.1 平面布置设计基本原则 (17)

4.3.2 设备布置间距 (17)

4.3.3 设备区域布置 (18)

5 热处理车间建筑物与构筑物 (23)

5.1建筑物的设计 (23)

5.2厂房建筑参数 (23)

5.3厂房出入口 (25)

5.4地面载荷及地面材料 (25)

5.5特殊构筑物及附属建筑物的设计 (25)

6 动力消耗及对公用系统设计 (26)

6.1电力安装容量 (26)

6.2压缩空气 (26)

6.3蒸汽 (26)

6.4氧、乙炔 (26)

6.5生产用水 (26)

6.6燃料 (27)

7 热处理车间的生产组织与人员 (27)

7.1组织 (27)

7.2工作人员 (28)

8 热处理的生产安全与环境保护 (29)

8.1生产安全 (29)

8.2环境保护 (29)

9 热处理车间的建设投资及成本 (30)

9.1车间基本投资计算 (30)

9.2热处理车间的技术经济指标 (30)

9.3热处理生产的成本分析 (30)

10 结论 (31)

参考文献 (32)

致谢 (33)

1 绪论

1.1 选题背景及设计意义

1.1.1 选题背景

新热处理车间，通常采取“购买一批、自制一批、改造一批、淘汰一批”的调整思路，全面实行设备升级。通过引进先进技术和对引进技术的消化吸收,使热处理生产技术有突出的变化[1]。引进国外先进技术设备，对热处理车间进行设计。

1.1.2 设计意义

热处理生产技术必须迎头赶上,才能抓住机遇、迎接新的挑战[2]。从技术专业化与协作来看，从产品生产专业化到工艺专业化，都是为了实现生产技术的现代化。组织热处理生产工艺专业化协作，建立热处理专业工厂，将有力地促进我国热处理行业技术的现代化发展。热处理工艺专业化生产有利于采用新工艺、新设备，可以提高设备利用率，提高热处理质量，提高生产率，节约能源消耗，降低生产成本。因此，在武汉重型机床厂新建热处理车间时，必须特别重视并解决专业化与协作问题，确定车间的专业化生产特点。

1.2 热处理车间设计概述

车间设计的主要内容，一般热处理车间的设计，应包括如下主要内容[3]：

（1）车间任务和工作制度；

（2）工艺分析和设备选择；

（3）车间布置；

（4）车间建筑物及构筑物；

（5）对公共系统设计的要求；

（6）生产组织与人员；

（7）生产安全与环境保护；

（8）投资概算；

（9）工艺设备平面布置图与设备明晰表；

1.3 设计思路

1.3.1 从车间规模的分析

热处理的规模，影响所采用的工艺方法和先进的工艺设备，因而影响其产品质量和生产成本。过去，大小机械厂都各自建立自己独立的热处理车间和工段。但是，由于生产规模通常较小，设备负荷率低，多数是低于合理经济规模的情况下进行生产的。有些由于规模小，不利于选用先进的工艺和高效的设备，为使设备配套增加投资，由于设备负荷率低，浪费能源与动力。这些都导致生产成本，经济效益很低。

热处理车间的规模问题中，任何工艺（包括常规工艺和先进工艺）在本车间都承担是不现实的，应该以本企业生产任务为基础，解决本企业关键的，量大的生产工艺的需要。所设车间，所选主要设备，应达到一定的生产规模，有一定的设备负荷率。如果设备负荷率过低，则不应该设立车间或采用某种单项设备。在设计之前，对于车间任务应进行比较深入的分析，衡量其生产规模，确定建设是否合理。

1.3.2 从技术发展与技术改造分析

科学技术是不断发展的，决不会停留在一个水平上。根据我国热处理行业现在的水平，今后相当长时间内的主要任务，是用先进技术改造现在仍存在的落后技术与生产设备，对现有车间进行技术改造。

技术改造，设备更新，不仅可以扩大再生产，而且可以增加产品品种，提高质量，节约能源，降低消耗，改善劳动条件，保护环境，全面提高生产经济效益和综合社会效益。现有热处理车间的技术改造，是我国经济发展的一个重要措施。当然，在热处理车间新的设计中，仍然应为今后的技术发展和扩大再生产留有必要的余地。

2 热处理车间设计纲领

2.1 车间任务

一个热处理车间或工段所承担的生产任务，是设计热处理车间的基础。只有明确了车间的任务，所确定的车间生产规模，所选定的工艺和设备才能符合实际需要。所谓车间任务，首先是所承担本企业的生产产品的热处理零件年产量，也就是设计纲领。以满足零件热处理新的技术要求为前提，“三创新”(即材料创新、工艺创新和工装创新)的结果是行之有效的结果[4]。

热处理工艺设计是热处理车间设计的中心环节，是设备选择的主要依据。所确定的

热处理工艺必须先进、可靠、经济合理，并与车间生产规模相适应。常规工艺应力求工艺路线简化，运输量最小，工序较小，节省能源及劳动量。采用先进工艺应经过技术经济论证或实验研究，取得可信的试用效果[5]。

企业机械产品热处理零件生产纲领，包括铸件，锻件毛坯的预备热处理和机械产品零件的最终热处理。这些就是根据产品零件图纸所规定的技术所决定的。

热处理车间还应该承担本企业自制的切削工具、各类模具、机械修理备件、配件的热处理任务，根据其任务量的大小确定车间的设置。为提高设备负荷率，应尽量结合车间的特点接受对外协作任务，对于比较固定的长期协作任务，也应列入车间生产任务内。

但是，对于车间设计生产纲领（见表2.1），必须以发展的眼光对待。机械产品总是不断改进发展的，对热处理零件总可能有进一步性能的质量要求，车间生产能力应有一定的富余。有些一次决定车间生产能力的条件，如最大热处理件的尺寸和重量，最大关键设备的主要规格尺寸，车间最大起重能力等，应考虑车间发展远景的需要。

车间中的新型设备，也必须首先确定其所承担的任务，即所承担的各类热处理零件的纲领，保证其负荷率。

通过新热处理车间的设计，将热处理工艺改进与热处理设备是热处理节能的主要途径。热处理工艺改进与热处理设备改进节能基本思路是,使改进后的热处理工艺及设备既达到热处理的目的,又是消耗最少的能源[6]。

2.2 工作制度和年时基数

根据车间生产性质和任务，一般单件小批量生产性质的综合热处理车间，应采用两班工作制。其中个别工艺周期较长应连续生产的设备或大型设备应考虑三班工作制；安装在生产流水线上的热处理设备，应与生产线生产班制相一致。详细见表2.2。

1）设备年时基数为设备在全年内的总工时数，等于在全年日内应工作的的时数减去各种时间损失，即：

(1%)n F D N b =-设设

(公式2.1)

式中 F 设—设备年时基数（h ）；

D 设—设备全年工作日，等于全年日数（365天）-全年假日（10天）-全年星期双休日（104天）=251天； N — 每日工作班数；

n — 每班工作时数，一般为8小时，对于有害健康的工作，有时为6.5小时；

b — 损失率，时间损失包括设备检修及事故损失，工人非全日缺勤而无法及时

调度的损失，以及每班下班前设备和场地清洁工作所需的停工损失。 2）工人年时基数

(1%)F D n b =-人人 (公式2.2)

式中 F 人—工人年时基数（h ）；

D 人—工人全年工作日，等于全年日数（365天）-全年假日（10天）-全年星期

双休日（104天）=251天；

b —时间损失率，一般取4%，时间损失包括病假、事假、探亲假、产假及哺

乳、设备请扫、工作休息等工时损失。

表2.2 热处理车间设备和工人年时基数

3 工艺分析及设备选用

3.1 工艺分析的基本原则

热处理工艺设计是热处理车间设计的中心环节，是设备选择的主要依据。所确定的热处理工艺必须先进、可靠、经济合理，并与车间生产规模相适应。常规工艺应力求工艺路线简化，运输量最小，工序较小，节省能源及劳动量。采用先进工艺应经过技术经济论证或实验研究，取得可信的试用效果。

3.2 工艺路线

产品零件从毛坯生产到完成成品，生产路线是确定热处理车间任务的基础，具体如下：

（1）铸铁，铸钢，有色金属一般铸件的预备热处理与铸造之后进行，包括正火、扩散退火、等温退火、球化退火、可锻化退火、再结晶退火、消除应力退火、人工时效（稳化处理）等。

（2）硬度要求在285HB（30HRC)以下的一般铸件，可在机械加工前热处理到要求硬度，包括正火、调质（淬火及高温回火）。加工余量大的锻件，为保证其热处理效果，应在粗加工后进行热处理。

（3）表面硬化，化学热处理零件，硬度要求大于285HB(30HRC)的零件，应在机械加工后进行。一些精度要求高的零件，可使用特殊加工刀具的零件，也可在加工前进行热处理。

（4）局部化学热处理零件，生产批量大时，非处理部分应镀层保护，批量小时可

采用机械保护，防渗涂层以及车去渗层等方法。

（5）绕制弹簧、冷镦、冷挤成形零件、应进行去应力退火、再结晶退火、正火等工序。

（6）形变热处理可简化工艺路线，减少工序，节约能源。有些铸、锻件，特别是锻件，可充分利用锻造余热进行淬火、调质等处理，使锻造加工与热处理结合起来。

3.3 工艺方法的选定

（1）常规热处理工艺

热处理零件的常规热处理工艺，包括毛坯的预备热处理和零件的最终热处理，如退火、正火、去应力退火、调质（淬火及高温回火）、时效及固溶处理等。从提高热处理质量考虑，如不许在加热过程中发生氧化、脱碳，应采用保护气氛下加热。

（2）化学热处理

化学热处理包括奥氏体状态下渗碳、碳氮共渗，铁素体状态下的渗氮和氮碳共渗，以及渗硼、渗硅、渗铝及各种渗金属和多元共渗工艺。化学热处理可以在气态、固态或液态介质中完成，确定化学热处理的工艺选用。有化学热处理后需要淬火的，应根据可能尽量采取渗后直接淬火工艺。

（3）调质热处理

调质热处理技术的发展主要有以下几个方面。①炉型。由于振底炉长期使用中存在振底板变形零件在炉内布料、加热不均淬火质量散差大同时振动噪声大、环境差，振底炉已逐渐退出生产线，网带炉、铸链炉得到普遍应用。②碳势控制技术的应用。碳势控制技术在保护气氛调质生产线得到普遍应用。有效的控制炉内碳势控制精度，保证了零件淬火后的表面质量。③计算机技术的应用。通过应用计算机能够按照工艺设定自动完成工件的生产全过程记录、保存工件生产中的各种工艺参数具有完善的故障诊断、安全警示及连锁功能。④快速淬火油和水基淬火介质的应用。快速淬火油的应用保证了高强度螺栓件的热处理内在质量。水基淬火介质的应用解决了零件淬油不硬、淬水开裂及零件淬火变形的质量问题。

（4）感应加热淬火

感应加热可使用高频、中频、工频、超音频，以及双频及脉冲加热工艺，根据零件钢种、尺寸特点、要求硬化层深度、零件批量等确定工艺。感应加热淬火后可根据可能采用自然回火。

感应热处理技术的应用感应热处理具有以下特点。①根据产品性能要求只对零件表面或局部加热实施表面或局部强化，因此是一种节能热处理。②感应加热时间短、速度快有利于淬火组织的细化，获得耐磨性抗扭转弯曲疲劳性能俱佳的强化效果。③感应淬火装置可以方便地安装在流水生产线上便于生产管理，减少了物流成本。④感应

淬火生产节拍快效率高能够实现完全自动化。感应淬火机床正朝柔性化、自动化、智能化控制的方向发展。具有零件识别、能量控制、工艺参数显示及故障诊断、显示、报警的感应淬火装置在生产中逐步得到应用[7]。

（5）火焰表面淬火

火焰表面淬火技术的发展，如采用先进温度检测技术与自动化控制与操作，淬火质量可保证。在单件小批量生产中部分采用火焰淬火工艺，生产灵活实用。

（6）高密度能量表面处理

高密度能量表面处理包括激光表面处理，电子束表面处理和物理及化学气相沉积。一般适用某些特定的零件，选用这种工艺必须先进行工艺实验，试生产使用，用从热处理质量和经济效益考虑。

（7）特种工艺方法

任何新技术，新工艺都有其特殊性，有其特殊性，有其优缺点，可能只适用于某些特定的零件，并不断发展、深入、完善。采用新技术，新工艺必须建立在调查研究和生产实验的基础上，并且它与适应设备的发展密切相关，因此，也必须建立在完善的设备基础上。如真空热处理、离子轰击热处理、流台床热处理所适应的热处理工艺方法和零件品种不断增加，工艺逐渐深入。真空热处理已可实现淬火油冷、水冷、气冷、回火、退火、并已用于真空渗碳、真空碳氮共渗。总的来说，一方面是自动优选工艺、提高产品质量;另一方面是充分保证稳定的优化工艺条件,获得分散度很小的均一的产品质量。这就是美国热处理2020 年远景设想[8]中的形象目标:热处理畸变为零和质量分散度为零的主要出发点。当前热处理生产的质量控制除了依靠生产过程的自动化(消除影响质量的人为因素) 、工艺参数的严格在线控制和工艺效果的计算机模拟来实现,还力求实现过程控制的自适应化和智能化。这就是质量控制技术发展的主要方向。由于计算机技术的迅速发展，在最近几十年中，难以与大型计算已被克服。通过模拟和衡量社会财产安全，成本，并在规定期间内经热处理后，它并不难，优化热处理工艺[9]。

3.4 热处理设备选用

选用适当的热处理设备依据是热处理工艺的类型，产品零件的特性，即零件形状、尺寸、质量和材料，产品技术要求和精度，产品生产量和劳动量，所用的能源、气氛及淬火介质的物质条件。

3.4.1 热处理炉

热处理炉是通过炉内燃烧装置将燃料燃烧产生的热量或通过炉内电热元件将电能转化的热量对金属工件进行加热的设备[10]。热处理炉种类多，应用广泛。常用的箱式炉、台车炉、井式炉、罩式炉各有特点，分别应用于不同领域，一般都已形成系列化的标准

定型产品[11]。

(1) 炉型选择

井式炉多用于细长工件的加热，炉膛较深，多置于地坑中。罩式炉的特点是有一个体积较大的炉罩，多应用于特大工件的热处理。一些企业从装炉量、耗电量、车间配电容量、车间场地配置等角度出发，选择传统的标准型热处理炉并不满意。根据实际需求，生产上设计非标准型热处理炉已很普遍。基于这些情况，先后设计了3种规格的经济实用型普式热处理电阻炉，主要用于连铸辊、热轧输送辊、型材轧辊等冶金辊道的堆焊生产[12]。

燃气井式热处理炉是用于长轴类件和杆件的热处理设备，该类设备自身状况的好坏将直接影响到最终产品质量、设备生产效率、生产成本和环境污染等。根据热处理产品的质量要求，在整个炉膛内温度和气氛的均匀性都必须是在产品质量或热处理工艺要求的规定范围内，只有这样才能确保热处理产品质量达到所规定的技术质量指标[13]。

对原中温箱式炉在使用过程中存在耗能高、结构状况不舍理、生产效率低等问题，结合实际生产所需，本着经济效能的原则，通过台车制作、炉壳改造、炉衬结构优化、控制系统的改进、电热元件的正确选用与合理分布将其改造为台车式电炉，取得了满意效果[14]。

在渗碳炉上要从温度的控制方式、碳势的控制方式及氮-甲醇气氛在深层渗碳中的应用等三个方面介绍深层渗碳对热处理设备的要求[15]。

真空热处理的普及应用会得到迅猛发展真空热处理具有无氧化、脱碳、脱气、脱脂、变形小、热处理零件寿命长、无污染等特点。真空热处理(渗碳、气淬)具有无氧化、脱碳、脱气、脱脂、变形小、热处理零件寿命长、无污染等特点，因此近年来，在我国获得了快速发展，其应用范围也在逐步扩大。

详细分析设备选择的依据条件，选择热处理炉：

a.汽车齿轮等渗碳零件，大批量生产时，常用推杆式渗碳炉及其组成的生产线；中批量时，选用转底式炉并与推杆式炉或密封箱式炉及其组成的组成生产线；小批量时，选用井式渗碳炉。

b.轴承零件，大批量时选用辊底式炉及其组成的生产线；中批量时选用振底式炉、网带式炉并组成生产线；小批量时以往我国常选用盐浴炉；滚珠多选用鼓形炉及其组成的生产线，或间隙式滚筒炉。

c.长轴件，大批量时选用步进式炉及其组成的生产线；小批量时选井式炉。

d.大件及长板件，选用步进式炉或台车式炉。

e. 中小零件和标准件，选用铸链炉、网带式炉、振底炉、真空炉、盐浴炉、箱式炉。

f. 钢丝，选用牵引式炉及其组成的生产线。

g.模具及刃具，选用真空炉、盐浴炉、流态化炉。

h.钢带等退火件，选用罩式炉、井式炉和箱式炉。

i.铝合金，选用强风循环箱式炉（带机械传动）。

j.可锻铸铁退火件，选用推杆式炉生产线、隧道式炉生产线、升降底式炉。

(2) 燃料与节能

a. 燃料的选择

热处理使用热源一般有电及燃料，燃料多为气体燃料。电炉由于温度均匀，容易控制，热效率高，便于操作，一般采用电炉，大型铸锻件采用气体燃料炉。

b. 节能

热处理车间设计时应执行专业化协作的原则，主要耗能设备的负荷率不应低于40%，并应通过专业化协作方式使之达到70%以上。采用合理用能的新技术、新工艺、新设备和新材料。

热处理车间电炉控制系统改造是应用现代测控技术，提高工艺装备水平，达到精确控制，提高产品质量，节省能源，减轻工人劳动强度的目的[16]。

c. 确定热处理炉生产率

热处理炉在单位时间内可完成一定热处理工序零件的重量即为生产率，以Kg/h或件/h计。为使不同规格和炉型热处理炉进行比较，生产率还可以单位炉底面积或单位炉膛面积在单位时间内的产量计算。平均生产率是指热处理炉在一般正常使用条件下所达到的生产率，是热处理炉处理各类不同零件完成一定工序，在较长时间稳定使用后，统计生产数据所计算出来的生产率（如表3.1）。

表3.1 单位炉底面积的平均生产率参考指标

d. 热处理炉的计算

根据热处理零件分工的年处理量，分别采用各工序的平均生产率，可以计算得出某项设备所承担热处理任务的年负荷数，再根据该项设备的工作制度所确定的年时基数，即可计算得出该项设备的负荷率并确定台数。

设备需要量可根据热处理工序生产任务和设备生产能力计算出设备年负荷基数，再计算设备需要量。具体计算见表3.2和3.4。

1.设备年负荷基数

设备年负荷基数G为：

=(公式3.1)

G Q p

/

式中Q-设备年需完成的生产量（Kg/年）

p-设备生产率（Kg/h）

2.设备数量计算

=(公式3.2)

C G F

/

式中F-设备年时基数（h）

3.4.2 感应加热设备

(1) 频率的选定

感应加热所需电流频率，取决于产品零件对淬硬层深度的要求，由于车间产品零件的规格如下:

表3.3 加工零件的规格、型号

(2) 淬火机床的选择

淬硬层深度：整体淬火5～8mm，连续淬火2.5～5mm。

淬火方式描述：一个电源，带动两个变压器输出接口；其中一个变压器随机床动作完成在水平方向2000×14000的导轨上的相应平面淬火，淬火最大宽度350mm；另一变压器输出接口完成立式方向的淬火，轴类￠500，滑枕类最大面500×500四方面同时加热。功率：600KW，频率2.5～8KHZ连续可调，可以连接不同类型的感应线圈。加热周期中，变频电源依据感应线圈、材料和工艺参数的变化引起的阻抗变化自动进行调节，实现频率自动跟踪。功率因素≥±0.90，输出功率可连续自动调节，如与数控机床联机可由机床数控系统在额定功率下任意设定功率。

3.4.3 淬火冷却设备

(1) 淬火冷却槽

购置炉子要考虑工艺的通用性，即淬火+回火使用应用灵敏性、精密定位、自动控制能力，工件定位准确，运行平稳可靠。由全固态晶体管感应加热电源和数控淬火机床组成的高频淬火系统具有很高的柔性，通过程序的编制，在淬火过程中变更程序的指令，能很容易自动调节电源的输出功率、通电和断电时间、喷液开始结束时间、工件加热冷却长度、工件的移动速度、延时加热冷却时间、提前喷液时间，这样对同一工件的不同部位(尺寸、位置)要求不同淬硬层深度的可用同一个感应器，采用一次装夹连续淬火的方式就能很容易达到技术要求．且可使硬化层连续过渡分布。该技术和热处理工艺结合，可完成盘类、齿轮类、套管类、轴类零件的内孔外表面的高频淬火，可实现连续淬火、同时淬火、同轴分段连续淬火、同轴分段同时淬火和同轴分段同时连续淬火工艺。该技术特别适用于要求不同的直径段具有不同硬化层深度，且淬硬层连续或不连续的多台阶轴类零件的热处理，满足了多台阶轴类件各直径段的表面淬火硬度及淬硬层深度的特殊要求，且淬硬层在台阶处能呈连续过渡，以减少台阶轴尖角应力和热应力的影响，保证了轴件的强度，解决了汽车制造过程的关键技术问题。

(2) 淬火冷却介质冷却系统

冷却形式真空炉的冷却有油冷和气冷。目前使用以气冷为主，因为气冷对热处理零件无任何污染和不良影响(油冷有表面微渗碳问题，对质量有影响)，处理后零件表面洁

净不需要清洗。所以，在满足冷却速度的条件下，一般以气冷淬火作为首选，这样可以减少热处理后零件的清洗以及由此产生的污染。

冷却是关键环节，尤其是氮气的情况。炉内设置的不同形式气嘴进行喷冷，气冷的冷却速度主要受气压、流速、气流的形式、分布等影响，在进行选择时要全面考虑。一般情况，气压高、流速大、冷却速度快，即冷却速度是直接受到气压和流速的影响。另外，气冷时换热器冷却水流量的大小对于实际冷却有明显影响。我们在不同炉同样的气压和流量条件下比较表明，冷却水流量大者冷却速度明显加快。冷却的均匀性十分重要，有一些真空炉喷嘴分布设计考虑不合理，靠炉门一侧未设置喷气嘴，进行小零件处理时不明显，当处理零件尺寸较大时由于阻挡的作用，气流流通不畅，冷却速度有明显差异，导致局部淬火不足、均匀性变差[17]。

3.4.4 可控气氛发生装置的选择

炉用可控气氛发生装置及操作要求

可控气氛发生装置应设有防回火、熄火和过压等安全装置。在可控气氛管路上和火帘管上应设置安全切断阀。在炉温低于700摄氏度可能熄火和压力过低有可能回火时，都应该自动关闭阀门。安全切断阀应该与温度控制和路门开启装置取锁。

在停炉后应打开炉门或发散管，排除炉内残存的可控气氛，或用惰性气体进行吹扫。开路时，吹扫炉内的空气应高于着火温度下进行。当工艺要求在700摄氏度以下时，炉内吹扫应在低温下进行，或用氮气吹扫，带炉内空气置换完毕，方可升盖。

炉子应严格密封，并在正压下运行。

路子还应设防爆装置。

热处理车间设备需求量见表3.4：

3.4.5 辅助设备

(1) 清洗设备

随着热处理工艺的发展和对环境卫生的要求日益提高零件热处理前后的清洗更加重要。一些化学热处理工艺如渗碳、渗氮，操作前要求比较彻底的除油，有的利用热处理炉废气烧尽表面油污，以保证热处理质量。零件的热处理后除油，可防止回火过程中产生大量的烟雾，污染环境，同时保持零件表面光亮。目前主要清洗设备有：室内和输送带式、悬挂输送链式、滚筒式清洗机、溶剂清洗及其他超净清洗设备。

(2) 清理设备

为清理零件热处理后表面的氧化皮，可采用喷砂机、喷丸机、抛丸机、喷丸清理滚筒、砂轮机、抛光机、酸洗槽等。随着检验设备的发展，过去常用酸洗方式清理氧化皮，现已多采用喷丸清理，并发展了强化喷丸和应力喷丸等先进技术。

(3) 矫正设备

常用矫正设备的类型及适用范围见表3.5：

表3.5 常用矫正设备及适用范围

根据零件直径可选用的矫正设备规格及定额指标见表3.6：

表3.6 矫正设备的规格及定额指标

(4) 检查设备

为检查零件热处理后的硬度，一般采用布式、洛式、肖式硬度计。检查薄件和浅渗层零件用维氏硬度计，检查大型零件用手提布式、肖式、大型悬臂式或龙门式布氏硬度计。为了特殊需要还需要各式特种硬度计，如里式硬度计。为检查零件表面裂纹，采用磁粉探伤仪，为检查零件内部质量，采用超声波探伤仪、射线探伤仪。

(5) 其他辅助设备

其他辅助设备，包括焊接设备，如对焊机、钎焊机、高频焊接设备、存放工具夹装置，如工具架、吊具架、冷却盘、冷却坑，切取式样设备，如锯床、切割机、磨光式样设备等。为了正确制定工艺，进行质量检查和分析废品，除在企业中心实验室外，一般热处理车间为配合生产还应设小型实验室，配置基本的化学分析和金相检验设备，以及渗层深度检测仪，气氛组分分析装置等。检修间应配置必要的机械加工机床，制造必要

的设备备件和为感应加热用感应器制造服务，以及为仪表的检修校正服务。

3.4.6 起重运输及机械化，自动化设备

(1) 常规起重运输设备

起重设备根据设备安装、修理、工艺所需起吊运输最大零件重量以及工艺平面布置决定，起重设备适用范围及选择原则见表3.7。

表 3.7 起重设备适用范围及选择原则

(2) 生产机械化与自动化装置

热处理设备的机械化与自动化，车间之间及车间内工序之间的机械化运输装置及控制，根据零件的产量和生产过程的具体需要，合理选用与布置，以改善劳动条件，提高生产率。

a. 辊道辊道可运输和贮存部分零件，将不同工序联系起来，有着不同形式布置，如

直线型、U型、L型、环型等。如用辊道将清理、矫直、检查等工序联系起来以辊道连接渗碳生产线，以便输送。

b. 轨道车

根据不同的设备操作和布置选用，如利用倾式轨道和小车为推杆式炉返回底盘和垫板；利用普通轨道车和激动轨道车联系渗碳、淬火、清洗、回火等周期作业炉。

c. 单轨电动葫芦

单轨葫芦可将各工序设备联系起来，可布置成一字型、L型、环型。

d. 悬挂运输链

用于车间之间或工序之间的运输，连续运行，通过与下降段配合，可实现连续式炉