热处理工艺3加热
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– 在700~800℃以上时，辐射是主要的传热方式，此时气体介质的 扰动对加热速度实际没什么影响，不需要强制循环。
• 气体的种类：根据被加热金属的种类和外在质量要求，可 分别采用氧化性的空气、惰性的保护气氛、可控制的还原 性气氛和真空。
2.2.2液体介质加热
• 液体介质加热就是加热时金属周围的介质是液体，包括 熔盐、熔碱、熔融低熔点金属及油类等。
第二章 热处理加热及加热设备
• 金属热处理工艺一般是由加热、保温和冷却过程组成 的，加热是各种热处理工艺作业中的第一道工序。通 过加热：
– 可以改变金属材料的热力学状态、晶体结构、组织形态、物 理化学性质及化学成分分布等，从而实现预期的组织结构以 致化学成分的改变，获得所需要的性能。即直接影响其内在 质量。
– 2.查找有关“晶粒度分级”的标准。
2.4.1加热温度的确定
确定加热温度时，金属及合金的相变临界点、再结晶温度
等是基本的理论依据，但还不能就凭此来确定各种不同热 处理工艺的加热温度，而应当根据具体零件热处理的目的 来决定，因此，选择加热温度是一个较复杂的问题。
化学成分
临界点
原材料成分、组织、加工状态
感应加热
金属加热
直接加热 热源
电阻 电磁波 低能粒子 真空
间接加热 热源 介质
固体
液体
气体
电电电 红 阻接解 外 加触液 线 热加加 加
热热 热
感 激电等 低 高 应 光子离 压 纯 加 加束子 充 度 热 热加体 气 的
热加 的 热Biblioteka Baidu
金固 流 属态 动 传颗 粒 导粒 子
金盐油 属 浴浴浴
空保可高 护控温
2.1 加热方式
• 金属加热的方式分为直接加热和间接加热两类。 • 直接加热是利用金属内部的电能-热能转换，
电磁-热能转换，低能粒子轰击的能量-热能转 换，不需要通过加热介质向被加热金属传递热 量。 • 间接加热是依靠固体、液体、气体等介质以对 流、传导、辐射的方式向金属表面传递热量。 • 直接加热一般只适合特定形状的工件，所以生 产上还是以间接加热为主。
• 需要考虑的影响因素：热处理设备的条件；原材料及热 处理的工艺要求；零件的尺寸及形状；加热制度及方式 以及装炉数量与排列方式等。
– 加热设备的影响
为了正确的选定与执行加热规范，必须要考虑设备条件。因为 加热设备的介质状况；设备的输出功率大小；炉膛内有效加热 区范围及温度均匀性等均影响加热工艺的制订和实施。加热介 质直接影响工件的加热速度和表面质量，设备的输出功率决定 了工件的装炉量以及生产率，对加热速度及可达到的加热温度 也有重要影响。
热处理工艺要求
热处理应力与变形开裂的控制
加热温度的确定
对成分与结构的
对晶粒度的控制
要求及控制
小批试验
性能鉴定，转变
产物形态与性能
最优的加热温度规范
图2-2 加热温度优选的程序图
加热温度的确定
• ①据 Fe--C 相图， • ② 查有关热处理手册（常用）， • ③ 通过实践试验。
2.4.2加热时间的确定
– 同时，由于金属在一定的环境介质中加热时表面与介质之间 发生一系列化学反应，会造成金属表面的某些缺陷（氧化、 脱碳、腐蚀等）,所以加热也会影响金属的外部质量。
– 在产品生产中，在保证质量的前提下，如何降低成本永远是 要特别考虑的问题。热处理的成本中60~80%是加热时的能源 消耗，所以加热时如何降低能耗，提高效率是热处理生产企 业提高竞争力的根本所在。
• 液体介质对辐射线是不可穿透的，传热方式为对流。
• 主要优点：
1. 液体介质的给热系数较气体介质大4~7倍，因此加热速度较气体 介质加热快得多。例如，铝合金在硝盐浴中加热比在静止空气中 加热快10倍左右，比在空气循环炉中加热快5~7倍。
2. 当介质成分合理且使用条件适当时，可防止金属氧化和吸气。
3. 操作方便，控制较简单，在介质容积较大的情况下，可同时加热 需保温不同时间、不同断面尺寸的工件。
气气气火 氛氛烟
图2-1 工业上金属加热的方式
2.2 间接加热的加热介质种类
2.2.1气体介质加热 • 这种加热方法的特点是被加热金属周围的介质为气体。是
热处理工艺中应用最广泛的加热方法。
• 气体介质中加热时，由燃料燃烧或加热体产生的热量是通 过对流和辐射传递给被加热的金属。
– 在600~700℃以下时，对流传热是主要的传热方式，为了使炉内 温度均匀，当炉子体积较大时需要对气体进行强制循环。
电极来加热，多用于工具钢的淬火加热。
• 感应加热设备
电阻炉（箱式）
1000℃以下金属电热元件，以上非金属电热元件。耐火砖改陶瓷纤维
电阻炉（井式）
电阻炉（台车炉）
电阻炉（罩式）
2.4加热规范确定的一般原则
• 在加热规范中，加热温度、加热速度及保温时间是基本 工艺参数。它们决定了加热后金属内部的组织结构及各 相的成分。
• 选择依据：一般依据热处理所需要的加热温度及金属和 液体介质的化学性质，即金属与液体介质不能发生化学 反应。例如，铝合金采用硝酸钠和硝酸钾混合盐，在 550℃以下使用。工具钢淬火加热采用氯化钾和氯化钠等 的混合盐或单盐，在650~1350℃使用。等温淬火一般用 硝盐或苛性碱。低温回火则用油类。
2.3 热处理加热设备
• 气体介质加热设备
– 电阻炉：箱式电阻炉、井式电阻炉、台车电阻炉、 罩式炉等。
– 燃料炉（火焰炉）：型式同上。 在有关工业用炉的专著中，对各种燃料炉和电阻炉 的优缺点及适用范围有详细的介绍，实际上一般根 据具体条件进行选择。
• 液体介质加热设备
浴炉多采用电加热，按结构不同分为三种： – 外热式：在浴槽（坩埚）外面用电热元件加热。 – 内热式：电热元件置于浴槽（坩埚）之内。 – 电极浴炉：浴槽用耐火砖砌助，在熔盐中插入两个
有效加热区：在炉膛内能够保证由给定热处理加热工艺所要求的 加热温度的装料区域。加热炉内温度一般是不均匀的，只有在 炉膛内有效加热区中装料作业才能达到预定的控温经度及均匀 度要求。
工件比炉膛长不超过1/3
工件与炉膛长度刚好相等
工件比炉膛长不超过1/3
炉 内 温 度
炉膛长度
• 作业2：
– 1.查找有关“有效加热区”的标准，以便更好 地理解“有效加热区”的概念。
零件加热时的温度与时间关系如图2-3。
• 气体的种类：根据被加热金属的种类和外在质量要求，可 分别采用氧化性的空气、惰性的保护气氛、可控制的还原 性气氛和真空。
2.2.2液体介质加热
• 液体介质加热就是加热时金属周围的介质是液体，包括 熔盐、熔碱、熔融低熔点金属及油类等。
第二章 热处理加热及加热设备
• 金属热处理工艺一般是由加热、保温和冷却过程组成 的，加热是各种热处理工艺作业中的第一道工序。通 过加热：
– 可以改变金属材料的热力学状态、晶体结构、组织形态、物 理化学性质及化学成分分布等，从而实现预期的组织结构以 致化学成分的改变，获得所需要的性能。即直接影响其内在 质量。
– 2.查找有关“晶粒度分级”的标准。
2.4.1加热温度的确定
确定加热温度时，金属及合金的相变临界点、再结晶温度
等是基本的理论依据，但还不能就凭此来确定各种不同热 处理工艺的加热温度，而应当根据具体零件热处理的目的 来决定，因此，选择加热温度是一个较复杂的问题。
化学成分
临界点
原材料成分、组织、加工状态
感应加热
金属加热
直接加热 热源
电阻 电磁波 低能粒子 真空
间接加热 热源 介质
固体
液体
气体
电电电 红 阻接解 外 加触液 线 热加加 加
热热 热
感 激电等 低 高 应 光子离 压 纯 加 加束子 充 度 热 热加体 气 的
热加 的 热Biblioteka Baidu
金固 流 属态 动 传颗 粒 导粒 子
金盐油 属 浴浴浴
空保可高 护控温
2.1 加热方式
• 金属加热的方式分为直接加热和间接加热两类。 • 直接加热是利用金属内部的电能-热能转换，
电磁-热能转换，低能粒子轰击的能量-热能转 换，不需要通过加热介质向被加热金属传递热 量。 • 间接加热是依靠固体、液体、气体等介质以对 流、传导、辐射的方式向金属表面传递热量。 • 直接加热一般只适合特定形状的工件，所以生 产上还是以间接加热为主。
• 需要考虑的影响因素：热处理设备的条件；原材料及热 处理的工艺要求；零件的尺寸及形状；加热制度及方式 以及装炉数量与排列方式等。
– 加热设备的影响
为了正确的选定与执行加热规范，必须要考虑设备条件。因为 加热设备的介质状况；设备的输出功率大小；炉膛内有效加热 区范围及温度均匀性等均影响加热工艺的制订和实施。加热介 质直接影响工件的加热速度和表面质量，设备的输出功率决定 了工件的装炉量以及生产率，对加热速度及可达到的加热温度 也有重要影响。
热处理工艺要求
热处理应力与变形开裂的控制
加热温度的确定
对成分与结构的
对晶粒度的控制
要求及控制
小批试验
性能鉴定，转变
产物形态与性能
最优的加热温度规范
图2-2 加热温度优选的程序图
加热温度的确定
• ①据 Fe--C 相图， • ② 查有关热处理手册（常用）， • ③ 通过实践试验。
2.4.2加热时间的确定
– 同时，由于金属在一定的环境介质中加热时表面与介质之间 发生一系列化学反应，会造成金属表面的某些缺陷（氧化、 脱碳、腐蚀等）,所以加热也会影响金属的外部质量。
– 在产品生产中，在保证质量的前提下，如何降低成本永远是 要特别考虑的问题。热处理的成本中60~80%是加热时的能源 消耗，所以加热时如何降低能耗，提高效率是热处理生产企 业提高竞争力的根本所在。
• 液体介质对辐射线是不可穿透的，传热方式为对流。
• 主要优点：
1. 液体介质的给热系数较气体介质大4~7倍，因此加热速度较气体 介质加热快得多。例如，铝合金在硝盐浴中加热比在静止空气中 加热快10倍左右，比在空气循环炉中加热快5~7倍。
2. 当介质成分合理且使用条件适当时，可防止金属氧化和吸气。
3. 操作方便，控制较简单，在介质容积较大的情况下，可同时加热 需保温不同时间、不同断面尺寸的工件。
气气气火 氛氛烟
图2-1 工业上金属加热的方式
2.2 间接加热的加热介质种类
2.2.1气体介质加热 • 这种加热方法的特点是被加热金属周围的介质为气体。是
热处理工艺中应用最广泛的加热方法。
• 气体介质中加热时，由燃料燃烧或加热体产生的热量是通 过对流和辐射传递给被加热的金属。
– 在600~700℃以下时，对流传热是主要的传热方式，为了使炉内 温度均匀，当炉子体积较大时需要对气体进行强制循环。
电极来加热，多用于工具钢的淬火加热。
• 感应加热设备
电阻炉（箱式）
1000℃以下金属电热元件，以上非金属电热元件。耐火砖改陶瓷纤维
电阻炉（井式）
电阻炉（台车炉）
电阻炉（罩式）
2.4加热规范确定的一般原则
• 在加热规范中，加热温度、加热速度及保温时间是基本 工艺参数。它们决定了加热后金属内部的组织结构及各 相的成分。
• 选择依据：一般依据热处理所需要的加热温度及金属和 液体介质的化学性质，即金属与液体介质不能发生化学 反应。例如，铝合金采用硝酸钠和硝酸钾混合盐，在 550℃以下使用。工具钢淬火加热采用氯化钾和氯化钠等 的混合盐或单盐，在650~1350℃使用。等温淬火一般用 硝盐或苛性碱。低温回火则用油类。
2.3 热处理加热设备
• 气体介质加热设备
– 电阻炉：箱式电阻炉、井式电阻炉、台车电阻炉、 罩式炉等。
– 燃料炉（火焰炉）：型式同上。 在有关工业用炉的专著中，对各种燃料炉和电阻炉 的优缺点及适用范围有详细的介绍，实际上一般根 据具体条件进行选择。
• 液体介质加热设备
浴炉多采用电加热，按结构不同分为三种： – 外热式：在浴槽（坩埚）外面用电热元件加热。 – 内热式：电热元件置于浴槽（坩埚）之内。 – 电极浴炉：浴槽用耐火砖砌助，在熔盐中插入两个
有效加热区：在炉膛内能够保证由给定热处理加热工艺所要求的 加热温度的装料区域。加热炉内温度一般是不均匀的，只有在 炉膛内有效加热区中装料作业才能达到预定的控温经度及均匀 度要求。
工件比炉膛长不超过1/3
工件与炉膛长度刚好相等
工件比炉膛长不超过1/3
炉 内 温 度
炉膛长度
• 作业2：
– 1.查找有关“有效加热区”的标准，以便更好 地理解“有效加热区”的概念。
零件加热时的温度与时间关系如图2-3。