Flexible Furnace Concepts for Vacuum Heat Treatment Combined with High-pressure Gas Quenching

IN the past five years the process combination of vacuum hardening, respectively vacuum carburizing with high-pressure gas quenching was successfully introduced to the market, especially in the manufacture of gears. In the meantime furnace concepts for various applications are available to the industry. In the following report three plant varieties are introduced, which differ in process flexibility and throughput. This report also explains criteria for the selection of a furnace in view of the existing application requirements. Besides this a short introduction is given into the vacuum carburizing process and the high-pressure gas quenching technology.

长轴类零件高压真空气淬工艺应用研究

结合生产实际采用高压气淬真空炉对30CrMnSiA、1Cr17Ni2和GH4169三种轴类零件进行热处理,通过测试抗拉强度、观察显微组织和检测零件变形量及硬度,并与真空油淬炉热处理后的试验结果进行对比。结果表明,在6 bar气体淬火压力下30CrMnSiA零件(直径φ20 mm)硬度不合格,与真空油淬工艺相比,其硬度、显微组织和淬透性差异较大。1Cr17Ni2零件(直径φ30 mm)硬度合格,与真空油淬工艺相比,硬度、显微组织和淬透性无明显差异。直径不大于φ40 mm的GH4169零件的硬度合格。在垂直吊装的情况下,三种零件变形量均能够控制在0.15 mm内,无需进行校正。

15NiMoSiCr10中速船用针阀体的热处理工艺开发

针阀偶件是船用柴油机的一种重要零件,在船舶航行的安全性和可靠性中发挥关键作用。利用低压脉冲真空渗碳高压气淬技术,在国内率先成功开发了15NiMoSiCr10船用针阀体的热处理工艺,同时较系统地研究了其热处理性能特点。渗碳温度选用960℃,采用VC-Sim 1.4.1专家软件对渗碳时间和乙炔脉冲进行仿真,降低工艺开发成本。960℃渗碳后直接进行18 bar高压氮气淬火,经-120℃冷处理2 h后分别在不同温度下进行抗回火性试验。试验结果表明,15NiMoSiCr10针阀体具有回火抗力好、金相组织优良以及芯部硬度较高等较好的工艺性,使用寿命超过6000 h,相比其他材料针阀体,其使用寿命得到大幅提高,有效提升了产品的市场竞争力,带来了较大的经济效益。

不锈钢表面等离子复合处理提高耐磨性的研究

对粉碎食品用胶体磨中的由9Cr18、3Cr13不锈钢制造的转子和定子,首先进行等离子WMo共渗,然后进行表面等离子超饱和渗碳,并直接进行高压气体淬火、真空低温回火处理的等离子复合处理技术,提高了转子和定子的表面硬度和耐磨性,延长了使用寿命。结果表明,不锈钢表面合金层W、Mo含量(质量分数,下同)分别达到20%和10%以上。经等离子超饱和渗碳后,表面碳浓度达到2.4%～2.6%。高压气体淬火和低温回火后的表面硬度达到64HRC～66HRC。合金层组织为马氏体基体上分布着细小、均匀的碳化物。淬火后的基体硬度为53HRC～55HRC。基体高的强韧性和适当的硬度配合,表面高的硬度和耐磨的组织,使转子和定子寿命由过去只进行真空淬火和空气炉中回火工艺处理的6～10天,提高到50天以上。

高黏粒含量新近吹填淤泥加固新技术室内研发Ⅱ

为了探讨高黏粒含量新近吹填淤泥地基真空预压一次性处理的可行性,对该类地基的真空固结机理进行深入分析,有针对性地开展分级真空预压条件下不同竖向排水体的室内单井模型对比实验研究.结果表明：竖向排水体反滤层的等效孔径O95应为0.075~0.210mm,袋装砂井应采用粒径范围为0.100~0.810mm的中粗砂作为填充体,两者的渗透系数都应不小于5×10-3 cm/s;当竖向排水体反滤层采用中等等效孔径（如：O95=0.150mm）时,可以采用较快的真空荷载加载速率对高黏粒含量新近吹填淤泥地基进行分级真空预压加固.

真空高压气淬炉齿啮式快开结构应力有限元计算

利用ANSYS中接触单元法 ,采用面 面接触模型对齿啮式快开结构齿间的接触行为进行数值模拟 ,对有限元计算结果选出高应力区进行应力线性化处理 ,应力评定结果表明各应力值均在许用范围之内。采用电阻应变仪测量布点应力 ,实测值与计算值较吻合。

真空高压气淬炉内气体流动数值模拟

这里采用有限体积法对真空高压气淬炉中气体流动过程进行了数值模拟计算。建立了符合实际的控制方程和简化物理模型。经模拟计算得到了气体的流场分布并给出合理的分析,对了解密闭的高温高压炉内的气体流动及提高气淬效率提供了理论依据。

真空高压气淬炉中淬火气体压力、流速和类型对工件冷却性能影响的数值模拟

本文运用FLUENT软件,通过大量的计算机模拟,研究了真空高压气淬炉中淬火气体压力、进口速度、气体类型对工件冷却性能的影响。通过对比氮气在0.45 MPa、0.6 MPa、1.0 MPa和1.5 MPa淬火压力下工件的冷却速度,量化了淬火压力对工件冷却速度的影响程度。氮气在0.6 MPa下,将气体速度由40 m/s增至60 m/s,工件冷却速度提高27%,但风机功率增加3.4倍。由于气体体积流量一定的情况下,淬火气体比热和密度的协同影响了换热系数的大小,通过计算机模拟了四种淬火气体氢气、氦气、氮气和氩气对工件冷却速度的影响,得出在相同气体压力和流量下,四种气体的冷却能力是:氮气>氢气>氦气>氩气;在消耗相同的风机功率下,密度小比热大的气体冷却能力高,四种气体的冷却能力依次是氢气>氦气>氮气>氩气。

圆柱体工件高压气淬过程中的数值模拟

利用导热微分方程和单值性条件推导了轴对称短圆柱体温度分布的通用数学微分方程,可计算工件上任意点的温度和任意时间的温度分布;采用伽辽金(Galerkin)加权余量法推导了二维轴对称圆柱体瞬态温度场的有限元计算的积分方程;采用大型有限元计算软件ANSYS对5Cr1MoV轴对称实心圆柱体工件淬火过程的温度变化及热应力/应变分布状况进行了模拟计算。

空炉冷态和满装炉量下真空高压气淬过程流场与温度场数值模拟和实验研究

本文采用标准的k-ε三维紊流模型,利用FLUENT软件对喷嘴型真空高压气淬炉中空炉冷态流场和工件满装炉量下气固耦合流动传热过程进行了数值模拟计算。建立了符合实际的控制方程和简化物理模型,对空炉冷态下炉内的气体流动特征点进行流速测量,通过实测值与计算机模拟结果进行对比,验证了流场模拟计算的准确性和适用性;预测了满炉状态下炉区内的气体流动和工件温度分布,实测了指定工件的冷却曲线,比模拟冷却时间慢,误差在10%以内。

真空气淬过程数值模拟湍流模型适用性研究

分别采用标准k-ε模型、重整化群(RNG)k-ε模型和可实现的(Realizable)k-ε模型对某喷嘴型真空高压气淬淬火过程进行了数值模拟。结果表明:通过合理选择湍流模型,可以通过数值模拟的方式实现对淬火过程的预测和分析。由于三种湍流模型对湍流耗散率处理方式的不同,使其适用领域有所不同,对于真空气淬过程,可实现的(Realizable)k-ε模型适用性最好,重整化群(RNG)k-ε模型次之,标准k-ε模型与实验吻合度最差。

H3636真空正压气淬炉的冷却性能研究

通过在Ｈ３６３６炉中测试冷却过程曲线，研究气体在真空炉内热交换规律，并比较不同压力及空冷、油冷冷却速度， 掌握了Ｈ３６３６炉冷却能力与压力的关系， 对今后生产、研究起到指导作用。

真空高压气淬处理后2Cr13钢的组织和性能

研究了真空高压气淬热处理工艺对2Cr13钢的组织和性能的影响。结果表明:随着气淬压力的升高,2Cr13钢的强度和硬度有所提高,伸长率和冲击韧度有所降低,断面收缩率和淬透性的变化不大;采用真空高压气淬工艺处理试样的组织为均匀细小的板条状淬火马氏体组织,力学性能及淬透性满足标准要求;而且试样表面光洁,呈银亮色,可免除淬火后的清洗;可替代现有的真空油淬工艺。

真空高压混合气淬技术的发展

在真空热处理中,液体淬火正在被气淬所取代。提高淬火剂的热传递系数能提高厚壁件的冷却速率,用混合气体代替单一气体淬火可达到这一目的。举例介绍了国外应用混合气体提高气淬能力的研究情况。

DZ4合金在高压气淬真空炉中的热处理

在真空高压气淬炉中，对ＤＺ４ 合金以不同压力冷却进行固溶处理，从中找出最佳压力为０－０５ ～０－２ＭＰａ，其固溶温度、时间及时效工艺与常规工艺相同。

真空高压气淬炉控制系统的设计

真空高压气淬技术在热处理行业有着广泛的应用,控制系统的设计对真空高压气淬炉的安全、可靠、稳定运行有着重要的影响。介绍了基于工业控制计算机、工业组态软件、智能仪表和PLC的真空高压气淬炉电气控制系统的硬件构成及软件控制思路,阐述了组态软件在工业控制领域的具体应用,提出了电气设计的思路及方法。

真空热处理新技术

对真空炉内对流加热、高压气冷淬火技术、高压气冷等温淬火、真空渗碳设备的应用、真空渗氮、真空清洗及干燥技术等及新的研究动态进行了介绍和讨论。

VHLT-669型高压气淬真空炉

介绍了带气体分配器的ＶＨＬＴ－６６９型高压气淬真空炉的性能、特点以及加热室、换热器、风机等主要部件的结构，分析了试验结果。

单室真空高压气淬炉的研制与开发

介绍WZDGQ30单室真空高压气淬炉的结构和技术特性,炉门卡环结构、炉胆结构和冷却系统,还较详细地介绍该炉的控制系统。

高压气淬均匀性研究

高压气淬具有纯对流传热、易于控制、工件淬火后无需清洗和对环境影响小等优点。然而,典型的气淬设备显示出淬火料盘与工件之间的气流不均匀,导致工件的最终性能产生差异。业已发现,料盘的逆向气流布置是决定局部气流状态和热量传递的关键因素。尽管气流的主要部分在料盘与炉壁之间流动,对淬火过程不起作用,但是由料盘引起的流动阻力所产生的压降决定了淬火冷却强度。采用一种能较快收敛的多尺度模型对工业用高压气淬炉的内部流场进行了模拟,并通过速度测量和气流可视化技术对试验用淬火炉的内部气流进行了试验研究。最后,对圆柱体工件的双室真空炉淬火进行了模拟结果的验证,揭示了不同的逆向流速分布对淬火结果的影响。报道了多尺度模拟方法和流动过程的研究结果,并概述了对气淬工艺优化的指导性建议。