我国材料热处理技术的发展史（六）

HEATS · 发表于 2010-9-12 14:23:15

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　　——离子热处理的盛行

　　早在1970年代初北京机床研究所就研成功国内第一台10A离子渗氮试验装置。此后，离子渗氮技术的研究在全国各地如雨后春笋船开展起来。对工艺参数、渗层组织和性能之间的关系进行了系统研究，探索了钢中含碳量和合金元素以及原始组织、温度、时间、压力、气体介质成分对渗层组织的影响。判明了形成γ、ε相，γ'+ε或ε+Fe3C复合相化合物层以及无化合物层的条件，测定了钢件在多种服役条件下最适宜的组织形态。这些结论对离子渗氮的扩大应用打下了良好的基础。到1980年末全国已有上千台离子渗氮设备、数十家离子渗氮设备制造厂、兴起了一场推广离子渗氮技术的高潮。

　　除离子渗氮外，许多科研单位、大专院校还开展了离子渗碳、碳氮共渗、离子软氮化、硫氮和碳氮硫共渗、离子渗硼等技术的研究开发，但由于技术复杂、生产成本高、环保和安全卫生等因素，未得到广泛应用，生产应用最广的还是离子渗氮。

　　离子镀渗技术的研究和应用也是我国热处理技术进步的范例。太原工业大学，北京联合大学和电子部第一研究所对离子镀渗机理、工艺参数的优选、镀层质量和工艺的关系进行了深入研究，开发出了多层辉光离子渗金属和多弧离子镀技术，不仅可以在金属制品表面获得致密的TiN沉积层，得到W、Mo、Cr、Ni等单元素镀渗层，而且还可以使W、Cr、Mo、V等元素按不同组合和比例同时渗入普通钢材，使其表面得到相当厚的类似高速钢成分的镀渗层，从而代替昂贵的高速钢。

　　——激光和电子束热处理

　　激光热处理的试验研究起始于1979年。最初是在250W的小功率激光器上用小试样验证了钢表面相变硬化的效果。目前二氧化碳激光器已能做到10kW的功率，激光器、导光聚焦系统和5坐标工作台都能自行制造。

　　开展了激光和电子表面相变硬化、熔化凝固、表面涂复和表面合金化的试验研究。激光相变硬化在汽车发动机气缸套、弹性联轴节主簧片、纺织机锭杆、量具块规、凿岩机气缸等机器零件上获得应用。一汽、二汽、北京内燃机总厂、西安内燃机配件厂都已建立起缸套的激光硬化生产线。

　　十几年来，从国外引进的大功率二氧化碳激光器有十数台之多。目前国产设备已基本取代进口。

　　大功率激光器的研制和生产单位有华中理工大学、上海光机所、沈阳机电设计院、中科院北京自动化所等。承担国家863科研项目、在激光热处理应用上有贡献的单位有沈阳金属所、北京机床所、北京市机电研究院、原机械部北京机电所、长春机械研究所等。原机械部北京机电研究所和中科院自动化所合作研制了15KW的电子束热处理装置。

　　——热处理质量的严格控制

　　产品质量愈来愈严格的控制是近代热处理技术发展的主要特点之一。这是随着金属学规律愈来愈精确的研究，测试传感技术和仪器制造的长足进步以及电子计算机普及应用的必然结果，我国在这方面取得的进步主要表现在以下方面。

　　1)工艺过程的自动化作业采用顺控器或微处理机按热处理工艺的要求实现装料、加热、冷却、清洗、回火，卸料等工序的自动化生产过程已在部分汽车、拖拉机、轴承、紧固件等大批量生产的企业投入使用。汽车工业的大型连续式渗碳、淬火、回火生产线和密封多用炉生产线大都采用微处理机控制的自动化作业。在真空热处理设备上用顺控器或微机的程序控制作业也有许多成功的经验。

　　2)工艺参数的严格控制对热处理工艺参数，如时间、温度、炉气戒分和压力、淬火介质的浓度、杂质和冷速(搅动程度)的严格控制可使工件保持稳定的高质量，使工件的表面质量、表面和心部硬度、渗层的渗入元素浓度和梯度、渗层深度都能得到有效的控制。在我国，由于可控硅控温和PID仪表的普及，一般热处理电阻炉(800～1000℃)的控温精度可达到±5℃，甚至±2℃。采用红外线气体分析仪和计算机可对炉气中的CO2、CO、CH4炉气压为等因素控制甚至达到±0.02的精度。目前可控硅控温技术已达相当普及程度，各种规格的控制器都可在市场上买到。一些高校，科研单位和企业开发的按工艺参数和质量关系的数字模型用计算机直接控制产品的尝试已取得成功，部分成果已在生产上应用。

　　3)严格的质量管理通过热处理行业协会开展的质量管理信得过企业、规范企业评选活动和质理检验员的培训，在本世纪初热处理企业的生产管理和质量管理水平有了明显提高。大部分企业都重视改善质量检验条件，除国营企业外，大部分民营企业都购置了金相显微镜，硬度计，磁粉探伤仪、少数企业还配备有看谱镜，定量金相显微镜；通过评选的两类企业和大部分被调查企业的技术工人都经过培训和持证上岗，在生产中建立了热处理工艺卡，流程卡，检验规程，质量档案等各项管理制度、主动执行热处理质量管理标准和热处理炉有效加热区测定以及各类工艺标准。由于这些工艺条件的严格规定、工艺操作的规范化，职工素质的提高，使这些企业的热处理件质量分散度逐步降低，产品一次合格率提高到98%以上，到2003年底通过ISO9000认证企业近1000家，占全行业企业总数的6%，占营业额500万元以上企业总数的20%左右。

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