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       1.等离子体化学热处理         发展最快、工业应用最广的等离子体热处理方法是等离子体化学热处理。与常规化学热处理相比,等离子体化学热处理具有优质、高效、低耗、洁净、无公害等特点。但是,此技术用于批量大的小模具及其他小零件(如螺栓、螺母、链条等)时,装炉麻烦,渗层质量不易控制。而且,同炉混装不同形状、尺寸的工件时,不易均匀控制工件温度。        1.1离子渗碳          离子渗碳,亦称辉光渗碳[l0-11]。渗碳是将价廉、具有良好成型性和延展性的低碳钢或低碳合金钢母体材料在碳基气氛中加热,使活性碳渗入母材而形成强韧、耐磨表面的一种热处理方法。离子渗碳则在于活性碳是由碳氢化合物气体在真空等离子区中,通过直流辉光放电电离而获得,其原理与离子渗氮相似。        在国内,离子渗碳工艺已成功应用于汽车、航空、核工业等的模具中。离子渗碳的技术关键是渗层质量控制及设备设计。离子渗碳时,可通过调节碳通量和渗碳时间来控制模具工件表面的预定碳含量。碳通量是气体成分、气压、气体流量、离子电流密度和渗碳温度的函数。在工业生产中,离子渗碳时,可利用碳的扩散和传输数学模型,通过电流密度传感器由微机进行全过程的工艺控制,从而获得预定的表面碳含量、碳分布和渗层深度。但离子渗碳工艺温度高(850~980℃),要求电源功率大,易发生辉光放电转变为弧光放电的现象,使工艺不稳定,设备较复杂。目前,工业模具上普遍采用的气体渗碳和真空渗碳工艺成熟,质量稳定,能较好地满足工业模具的需要。与传统的渗碳相比,离子渗碳具有以下优点:渗碳效率高,表面质量好,渗层分布均匀,变形小,环境污染小,过程易实现自动化控制,深孔盲孔也能处理等。在模具行业中,离子渗碳技术在冲模和塑料模中应用较多。目前,在表面硬化中,有80%以上是渗碳处理。因此,离子渗碳有着广阔的发展前景。        1.2离子渗氮         离子渗氮是目前工业上应用最广、最成熟的离子热处理工艺[1-3]。该工艺易通过调整工艺参数(如电压、电流、炉内气体压强、温度、时间和工作气体成分等)获得纯扩散层、单相、化合物层等。离子渗氮的技术关键是如何根据其特点,结合相关模具服役条件,合理选择工艺参数,继而获得所需的最佳渗层。         1.3离子碳-氮共渗         离子渗碳氮技术是依靠炉气活性组分C3H8和NH3在钢表面分解,析出的活性原子C和N被表面吸收并向基体内部扩散而实现的[2,4],它又称离子软氮化,是从盐浴和气软氮化发展而来的。离子渗碳氮的操作方法与离子渗氮基本相同,但工作气体成分不同,其冷却方式除在真空条件下缓慢冷却外,还可进行油淬或高压气淬。离子碳一氮共渗时间短,效益高,可获得较厚的化合物层,具有优良的耐磨、抗胶合和抗疲劳性能。与传统工艺相比,应用于模具的离子碳一氮共渗技术不仅具有渗层质量好、相组成容易控制的优点,而且高效、洁净、节能。该工艺具有较强的市场竞争力。 
       锻钢支承辊是现代轧钢设备的核心功能部件,主要承受工作辊或中间辊的轧制负荷。产品规格大、技术含量高,其使用性能直接决定着轧机稳定、产线顺行和产品质量。       目前,在锻钢支承辊的主要生产流程中,最终热处理是指对支承辊辊身部位进行表面淬火+回火的热处理,它是决定支承辊工作层组织、硬度分布、应力分布和使用性能的关键工序,也是支承辊制造技术中的核心所在。因此,国内外对锻钢支承辊最终热处理技术的研究给予了大量关注。       锻钢支承辊的最终热处理技术主要有以下4种工艺方式:台车炉或井炉不透烧加热淬火技术、连续感应加热淬火技术、差温炉加热淬火技术和低频静态整体感应加热淬火技术等。这4种方式针对不同的产品和不同的用户均在使用,其中以差温炉加热淬火技术在国内使用最为广泛,而最先进的低频静态整体感应加热淬火技术目前在国内并无报道,世界上也只有日本几家企业在使用。但用该技术生产的锻钢支承辊产品在宝钢轧机上使用表现良好。      不断发展的最终热处理技术      台车炉或井炉不透烧加热淬火技术。不透烧整体加热淬火技术是利用普通台车炉或井式炉,将支承辊经预热后随炉快速升温,即将炉温快速升到淬火温度以上20℃~50℃的范围内,待辊身表面温度显示到达淬火温度后进行保温,控制保温时间获得奥氏体化层深度,而后在未透烧前出炉淬火,达到差温淬火效果。采用这种工艺,支承辊辊颈也在炉内加热,而且是透烧加热,等于又进行一次强化处理,因此在随后的辊身喷雾淬火时辊颈要采取防护措施避免淬硬,再经整体回火后,辊身、辊颈同时满足不同的硬度要求。       连续感应加热淬火技术。支承辊连续感应加热淬火技术是指将支承辊在台车炉内预热后吊至感应圈内进行边加热边冷却的淬火技术。这一技术与生产工作辊和中间辊的方式相似,所采用的感应圈为高度较低的感应圈,因此感应圈加热区域较小、加热时间短、奥氏体化层深度较浅;虽然有较强的喷水冷却能力,能使表面得到高的硬度,但淬火后所得的淬硬层深度较浅。另外,利用这种淬火技术生产支承辊时辊颈不用特别保护。目前,对于一些深度要求小(≤40mm)的支承辊,在没有差温炉和整体感应加热设备的企业均采用连续感应加热淬火技术来生产。       差温炉加热淬火技术。差温炉加热淬火技术是指将经台车炉预热后的支承辊辊身置于专用的开合式差温炉内,利用煤气或天然气燃烧作为热源,由高速烧嘴喷出火焰对辊身表面进行快速加热,造成辊身内外温差大,使辊身表面获得一定深度的奥氏体层而芯部仍保持在相变点以下,进行冷却的表面热处理方法。差温热处理工艺最初是在上世纪70年代美国开发的,专用的热处理炉是一种开合式煤气炉。后来这种工艺和装备被世界上许多轧辊制造者采用,成为支承辊热处理的主要工艺形式,目前用该方法生产支承辊是国内的主流。各轧辊制造者根据各自具体条件所用的燃料有丙烷气、天然气和发生炉煤气等,效果以发热值高者为佳。差温炉加热的主要特点是采用的高速烧嘴能使炉温升温速度达到≥200℃/h,支承辊表面也能迅速升温,从而实现良好的差温效果。差温炉加热后的淬火冷却方式有油淬、水淬油冷和喷雾冷却等,在这些冷却方式中首推喷雾冷却,可以通过调节风压水压灵活地调整冷却强度。目前国内大型支承辊生产厂家均采用这种工艺生产,能得到以贝氏体为主的辊身金相组织,辊身硬度控制在55HSD~71HSD,淬硬层深度≤90mm,辊身表面硬度均匀性控制在±2HSD~3HSD。       低频静态整体感应加热淬火技术       低频静态整体感应加热淬火技术是指利用低频感应圈对支承辊辊身表面进行整体加热,随后进行喷雾冷却的淬火方式。该技术是上世纪80年代日本日立制作所(HITACHI)首先开发应用的,随后日本铸锻钢(JCFC)和日本制钢所(JSW)等公司相继进行了技术改造,推广应用了这种方法,其代表了支承辊最终热处理工艺技术的先进水平。使用这种工艺技术生产锻钢支承辊是提高支承辊辊身表面硬度、增加辊身硬化层深度和辊身表面硬度均匀性的有效方法,与差温淬火工艺相比具有加热效率高、差温效果好、辊身表面硬度高、淬硬层深、消耗能源少等优势。
       对于铸造工程师以及机械结构设计工程师而言,热处理是一项非常有意义,而具甚高价值用以改进材料品质的方法,借热处理可以改变或影响铸铁的组织及性质,同时可以获得更高的强度、硬度,而改善其磨耗抵抗能力等等。        由于目的不同热处理的种类非常多,基本主要可分成两大类,第一类是组织构造不会经由热处理而发生变化或者也不应该发生改变的,第二则是基本的组织结构发生变化者。第一热处理程序,主要用于消除内应力,而此内应力系在铸造过程中由于冷却状况及条件不同而引起。组织、强度及其它机械性质等,不因热处理而发生明显变化。对于第二类热处理而言,基地组织发生了明显的改变,可大致分为五类:(1)软化退火:其目的主要在于分解碳化物,将其硬度降低,而提高加工性能,对于球状石磨铸铁而言,其目的在于获得具有甚高的肥力铁组织。(2)正常化处理:主要用改进或是使完全是波来铁组织的铸品获得均匀分布的机械性质。(3)淬火:主要为了获得更高的硬度或磨耗强度,同时的到甚高的表面耐磨特性。(4)表面硬化处理:主要为获得表面硬化层,同时得到甚高的表面耐磨特性。(5)析出硬化处理:主要是为获得高强度而伸长率并不因而发生激烈的改变。       (1)  铸铁之种类:       铸铁可以当作是一种在基地上含有高硅与高碳成分的钢,同时有石墨与雪明碳铁散布在基地内部,此石墨与雪明碳铁系在凝固过程中晶析出来,而此类析出物可以称为共晶石墨或共晶碳化物。基地内主要含石墨者称之为灰铸铁,主要含雪明碳铁者称之为白铸铁,如果在基地内,同时含有石墨与雪明碳铁,一般可称之为混合式铸铁。白铸铁由于具有很高的硬度与脆性,所以用途较少,主要还是用于耐磨材料。灰铸铁的主要性质,是共晶石墨的形状与大小而定,而这些石墨无法经由热处理予以改进。事实上,具有非常低的强度及硬度。石墨析出的形状,无法在以热处理加以改变,最多在热处理过程中,令碳化物分解,游离出来碳形成石墨。        一般而言灰铸铁内的石墨,主要以层次状析出,可称为层次状石墨铸铁。若将铁水与镁及稀土金属可以使石墨在凝固过程中以球状析出,此类铸铁称之为球状石墨铸铁,在完全相同的石墨数量下,此种基地组织状况,对于材料性质则有甚大的影响,球状石墨铸铁,所具有的性质与基地相同的钢接近,故其强度可以提高至380~1000N/ ,弹性模数亦比灰铸铁高出很多,而伸长率可提高到30%,如果以镁合金处属处理的份量不足则不会形成球状的石墨,而形成累积性的石墨称之为蠕虫状石墨其特性大致介于灰铸铁和球状铸铁之间。       (2) 铸铁之正常化处理       正常化处理的目的是不论铸造组织为何,均令基地上形成波来铁组织,此外经过正常化处理可细化波来铁,相对于铸造组织,韧性不降低而可获的甚高的强度,此外正常化处理可使材料达到均质化的目的,对于合金性铸铁而言,可使其强度、韧性同时提高,正常化处理的第一个阶段,事实上就是石墨化退火,因此经过正常化处理后,原则上应无共晶碳化物的存在,由于铸件的基地组织在经过正常化处理以后将完全为波来铁。
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