铜材光亮退火用预抽真空炉和保护气氛

调质处理相比，螺杆钻具的定子和转子中频感应调质热处理生产线在现场使用取得了良好的效果。

（!）硬度对比"工件经传统工艺调质后，硬度在（#$$%&’(）)*范围内，同一工件上硬度偏差较大，不均匀。

采用本生产线进行感应调质后硬度在（#+(% &,(）)*范围之内，硬度比较均匀（硬度偏差主要发生在端面）。

（#）金相组织对比"采用本生产线进行感应调质后，工件的组织细小，明显优于传统的工艺。

（&）力学性能对比"采用本生产线后，工件的抗拉强度和屈服强度高于原工艺和国标；塑性较原工艺低，较参考指标高，见表#。

表!"力学性能对比结果
#$%&’!"()*+$,-.)/,’.0&1)2*’34$/-3$&+,)+’,1-’.
试样号工艺!-./01!2./01"3（4）#（4）!传统工艺!(!3++(56&
#本生产线工艺!!,(!(#’!#3,
&参考指标)!!((’3(!#,3 "")此指标为工厂参照《热处理技术数据手册》制定。

""（,）直线度对比"经传统工艺调质后，工件变形量较大，需要校直，采用本生产线进行感应调质后工件的变形量很小，不需校直。

""（3）表面质量对比"传统加热时间长，表面氧化脱碳较多。

""淬火、回火两用机床降低了用户的资金投入，生产占地少，设备的性能价格比高。

本成套设备加热速度快，生产效率高，基本不氧化脱碳，无噪音，易于机械化和自动化，符合现代化生产&7标准（789:可靠、7;<:安全、7;=>?@节约）及&A标准（ABBC低温、AC:;?清洁、A;C/安静）。

与本生产线配套的外围设备有!(((D=;整流变压器、感应加热用及淬火用的冷却水系统等。

致谢：感谢刘宝民先生对本项目的大力支持。

参考文献：
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铜材光亮退火用预抽真空炉和保护气氛
沈小军，管根笙，李国良
（无锡电炉有限责任公司，江苏无锡"#!,(6!）
摘要：介绍了几种预抽真空保护气氛炉的炉温均匀性、气氛的均匀导流、工件进出炉装置及节电、电控等构件的结构形式和特点，讨论了设计及加工制造过程中的关键技术，对铜材的光亮退火用保护气氛作了分析。

关键词：铜材；光亮退火；预抽真空炉；保护气氛
中图分类号：#567786""文献标识码：9""文章编号：:!7;<=:76（!::7）:><::=?<:>
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作者简介：沈小军（!’3,Y6—），男，江苏无锡人，工程师，任副董事长和副总经理，主要从事工业电炉的设计和企业管理，已发""预抽真空保护气氛炉是将低真空炉与可控气氛炉合为一体的一种炉子［!］。

由于它用气量少，仅为一般气氛炉的!.!(，而且造价为真空炉的!.&%!.#，兼有
点［!］，在电子、机械、冶金、纺织等企业被广泛应用。

我公司在!"世纪#"年代初先后设计制造了井式、罩式、卧式和半连续生产等新型预抽真空保护气氛炉，用于铜材的光亮退火，取得了较好的效果。

笔者结合几年来的工作和实践，对这一炉种的技术问题，谈一点浅见。

$%炉型和结构简介
!"!#井式预抽真空保护气氛炉
井式预抽真空保护气氛炉是一种自然对流井式电阻炉与真空炉胆相结合的真空和保护气氛两用炉，见图$，可实现光亮退火或回火处理。

这种炉子结构简单，操作方便，投资少，所以深受用户欢迎。

它的特点是可以一炉多胆轮流加热处理，加热结束后把炉胆吊到冷却筒中可实现快冷或缓冷，而加热炉又可继续加热另一只炉胆，
充分利用余热，节约能源。

图$%井式预抽真空保护气氛炉&’()$%*’++,-.-/.0-12-.3456112-/7+.6+’4.
5+278-9./.:1/;56.
!"$#罩式预抽真空保护气氛炉
罩式预抽真空保护气氛炉与普通罩式电阻炉不同的是其内罩是真空室，通过炉台底部抽真空和通保护气体。

这种炉子与上面井式炉一样，也可以一罩二台或一罩三台，充分利用加热罩热源，节约电能。

如果工作温度在<""=以下，可以把加热罩做成内热式真空罩，直接与炉台真空密封。

!"%#卧式预抽真空保护气氛炉
对于细长的铜管、铜棒等采用井式或罩式炉进行热处理时，需加高厂房或深挖地坑，造成土建费用增加。

因此，采用卧式炉型比较合适。

为了考虑炉膛和炉胆检修方便，加热炉沿圆周中心分成上下两部分，上
部分可以吊拆
［>］
，炉膛内炉胆随之也可以吊出，以方炉胆两头设置抽真空系统，使炉胆两端真空度尽量一致。

!"&#卧式半连续预抽真空保护气氛炉
此种炉型最适用于细长工件，它有两种形式，一种装有两只相对卧式放置的长悬臂真空炉胆，利用一台能左右往复移动的电阻炉轮流加热两只炉胆，实行半
连续生产，以提高产量［>］。

另一种是两只真空炉胆在
固定式电阻炉内轮流加热，加热后真空炉胆退出加热炉移至冷却罩内冷却和排除炉胆散发的热量，改善车间环境。

!%几个关键技术问题探讨
$"!#压升率
压升率是真空炉的一项重要的技术参数，它表示真空室的气密性和漏气程度。

如果真空室压升率过高，将会使空气渗入，空气中的@!和铜材表面反应生
成氧化铜，即使极微量的氧也足以使铜氧化
［A ］。

但预抽真空炉一般是在充气正压下工作，易被制作者忽视这个参数。

为了保证压升率指标，制作时必须做到：!炉胆焊缝连续致密，不得有气泡、夹渣等缺陷；"纵、环焊缝不能有“十”字形接缝，焊缝必须错开；#炉胆法兰采用两次加工，先粗车，焊后再精车法兰平面和密封卷槽。

在另一只不开密封卷槽的法兰平面上光洁平整度应B $C <$2；%在加工制作过程中分段进行压升率测定和水压试验，在"C ?D*5压力下保持>"2’;不得渗水。

&组装后压升率必须达到规定要求。

$"$#保护气氛的均匀流动和循环
保护气氛能否在真空室内均匀流动和循环，不仅会影响炉温的均匀性，还会影响被处理工件的质量。

如图!所示，在炉胆盖上设一气室，使保护气体由气源管路先进入盖上的气室，再从气室内侧小孔均布进入导风罩，然后由风机从导风筒外侧鼓入炉胆底部，再沿炉胆底部导风锥均匀向上循环。

$"%#节能
几年来，在预抽真空保护气氛炉的设计和制造中采取了以下措施：
（$）不论是井式或卧式，全部采用圆形炉膛，以减少散热面积。

（!）采用优质耐火纤维节能炉衬，使整个炉衬重量轻，蓄热量小，升温快。

（>）采用高电阻合金带将其绕制成“之”字状，电阻带平面外敷高发射率远红外涂料，同时电阻带平面面向炉胆外表面，使电阻带的辐射面更有效地辐射到
图
!"保护气氛均匀流动示意图
#$进气系统"!$循环风机"%$风叶"&$导流涡叶’$进气小孔"($导风罩")$导风筒"*$炉胆"+$导风锥
,-./!"012343567238957317-:3;745<82393
3:3=6>5?;=@1A1>3
""（&）在炉胆外的一头，设置隔热屏，堵住加热炉炉口，减少炉膛热损失，以及在料盘内靠近炉口一头设置由’片不锈钢制成的隔热屏，减少炉胆内热量向炉口散热。

经测试在料盘屏外比屏内温度要低%BBC 。

采用上述措施可节电#’D 以上。

［%］
!"#$电气控制的设置
电气控制一般包括炉温的控制，电热体、炉门的启闭及炉胆和料盘进出移动等电气控制，真空系统的电气控制，保护气体管路阀门的控制，以及冷却水的压力和断水的控制等。

它们的设置水平和程度，要视炉型和服役对象的不同亦有所不同，但一般应考虑以下几点设置：
（#）炉温的控制"预抽真空炉大多为外热式热壁炉，主控热电偶一般均设置在炉胆外电阻炉的加热区内，而在炉胆内只设置测温热电偶和实时记录仪表，由于温度波幅大和炉胆内外温差相差较大，对一些铜合金难以达到工艺规定的炉温均匀性要求。

这方面除了采用EFG 调节外，还采用两种措施，一种是把主控热电偶设在炉胆内，另一种把炉胆内测温实时记录仪表加设超温报警，并使其超温信号输入主控仪表进行联控，一旦炉胆内超温就会报警同时自动断开并切断电源停止加热，从而达到相当精确的控温要求。

（!）冷却水的控制"冷却水用于真空炉胆密封圈、真空泵等受热部件的冷却，一旦断水或水量不足，将会烧坏这些部件，影响真空度和漏气。

用电接点压力表测量总进水管的水压，水压低于设定值时进行报警。

同时在每一个分路进水管上设计了一个小型的断灯及鸣笛进行报警。

""（%）联锁控制"为了保证工件质量和设备的安全，在电气设计上采取如下几个联锁：!真空度与充气联锁，在真空度没有达到规定值时保护气阀不会打开；"充气压力与电热体通电的联锁，
即在没有充入一定量的保护气体时，电热体不会通电加热，以保证工件不受微量氧的氧化；#炉门与炉胆、料盘进出的联锁，在炉门没有打开时，炉胆、料盘不会启动进出。

这样保证
设备的安全，防止误操作。

（&）卧式半连续生产预抽真空炉，因操作程序比较多，尽可能设置手动和EHI 程控两种操作。

（’）保护气氛"要使铜材的退火真正达到光亮或光洁，关键是保护气体中J !、K !、K !0、K !J 、IJ 、IJ !等杂质含量要控制得非常低。

因为氧与铜、锌均有很强的亲和力，即使极其微量的氧也足够使铜氧化生成氧化铜并使铜脱锌。

还有K !0与铜反应生成硫化铜污点，这些都是铜材退火光亮光洁效果不良的后果。

文献［&］介绍LMNMO 公司推荐的用于铜的保护气（#D K !P ++D N !和!’D K !P )’D N !），而对含氧量均要求Q #R #B S &D 。

而#R #B S &D 以下氧分析仪的精度可能也难以解决。

因此，这种气氛工厂使用的也不多。

目前用于预抽真空铜材退火的保护气氛大多用纯氮气氛（++$+D N !或++$++D N !）。

这些气氛含氧仍然在#R #B S &D 以上。

所以退火处理后的铜材虽能达到光亮和金属本色，但在空气中长时间存放表面仍发生变色。

对表面质量要求严的产品，仍还需采用纯化处理或严格控制出炉温度要低于*BC 以下，并装入塑料袋内，抽真空密封保存。

%"结语
预抽真空保护气氛炉的用途已越来越广，由于各方面的费用低，操作简便，深受用户欢迎。

在设计制作过程中能保证真空炉胆的良好密封和气氛的均匀导流，纯氮基本上能满足铜材光亮退火的要求。

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［&］"孙德明/铜及铜合金光亮退火的几个关键问题［T ］/工业
铜材光亮退火用预抽真空炉和保护气氛
作者：沈小军， 管根笙， 李国良， SHEN Xiao-jun， GUAN Gen-sheng， LI Guo-liang
作者单位：无锡电炉有限责任公司,江苏,无锡,214061
刊名：
金属热处理
英文刊名：HEAT TREATMENT OF METALS
年，卷(期)：2005，30(3)
被引用次数：0次
参考文献(4条)
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这些可以通过再结晶退火而有选择地加以改变。

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再结晶退火可以在冷成型过程之间进行或者在生产终了时进行。

通常要求铜材具有光亮的表面，可以在还原气氛下运行的炉内进行热处理而获得。

本文介绍了最现代化的带材，管材和棒材的再结晶退火设备。

本文链接：/Periodical_jsrcl200503022.aspx
授权使用：吕先竟(wfxhdx)，授权号：554f8cd4-6040-4a47-8407-9e5800df1cf9
下载时间：2010年12月26日。