精准控制温度的热处理设备优化方案

影响金属零件质量的因素除热处理后的综合力学性能，尚有零件形状和尺寸的变化（畸变）。整个零件和成批制品具有趋于一致的力学性能和分散度很小的规律性畸变是实现精密热处理的理想期盼。通常靠检查硬度来判断综合力学性能的优劣。对钢件而言，决定硬度均匀性的主要因素就是加热温度的控制精度、炉温均匀度、以及冷却的剧烈程度（冷速）。在冷却条件（介质、搅动、介质温度）确定后，影响硬度均匀性的因素就是炉温的精确和均匀程度了，工件也必须装在满足温度均匀性规定的有效加热区内。先进的热处理炉通过发热体的合理布置、耐火材料的优化选择、合理的炉衬结构、气氛的理想循环可以把有效加热区内的温度偏差控制到±5℃范围。一般真空炉和可控气氛炉都能把有效加热区内的温度偏差约束在±7.5℃内（美国MIL标准规定）。铝合金固溶处理炉则要求炉温均匀度和控制精度达到±3℃以内。

金属零件的热处理畸变主要发生在淬火冷却阶段，这是内外温差和组织转变形成的热应力和组织应力所引起的。应力的叠加超过材料的弹性极限就会使工件发生形状和尺寸变化，超过抗拉强度就导致开裂或破断。因此减少工件热处理畸变的主要途径是尽可能降低冷却时的表面和心部温差，并沿长度实现均匀冷却，以及合理装炉和选择料盘吊具结构，避免工件自身重量在高温下引起的弯曲。

用硝盐浴或热油进行钢件奥氏体化后的等温分级淬火依然是减少表面和心部温差，从而减少畸变的有效途径。在整盘炉料的等温分级淬火过程中，盐浴要不停搅拌，热油要连续循环。保持淬火液温度均匀稳定和连续循环搅拌，不仅可提高冷却速度，而且可保证工件的均匀冷却，从而减少畸变。在淬火槽内或槽外都应配备加热和冷却槽液的系统，槽内还应配置循环搅拌系统和使淬火液均匀流动的导向设施。

钢件在真空或气氛炉中奥氏体化和渗碳后，在高压（0.6～2MPa）中性或惰性气体中淬火，可获得均匀冷却效果，故畸变也小。轴承套圈在多工位淬火压床上喷冷淬火，汽车后桥螺旋伞齿轮渗碳后在压机上加压喷油淬火都能有效减少畸变。采用渗氮、氮碳共渗、氮碳氧共渗等低温（<600℃）化学热处理设备、可使钢件畸变减至最小。(www.xing528.com)

当前，国内外有些学者正在从事热处理件畸变规律和预测的研究。他们从钢件淬冷时的内外温度梯度、相变体积变化、温度和相变诱发塑性变形、相的塑性流变等角度，利用有限元分析法得出残留应力、显微组织和畸变的计算机模拟结果，以期最终为用户提供可显著减少畸变的工艺和设备的建议。

气体渗碳和渗氮利用氧探头和精密氢分析仪测控炉气碳势和氮势的方法已获普遍应用，在密封多用炉生产线和推杆式、滚棒式、网带式连续生产线上可使钢件表面碳含量控制在±0.05%（质量分数）范围，渗层深度控制在±0.1mm范围，渗氮时做到获得表层预定氮化物或有无氮化物的程度，实现了渗碳和渗氮件质量的精确控制。