真空热处理炉的基木类型

真空热处理炉的基木类型
近十多年来，国内外应用和发展的真空热处理炉，主要是电加热的真空炉。

因此，本站（）将着重就电阻加热的真空炉作简要说明介绍。

1.真空热处理炉的基本分类真空热处理炉的种类较多，为了便于分析比较与合理地选择、使用，通常按以下几种特征进行分类:
按用途可分为:真空退火炉、真空淬火炉、真空回火炉、真空钎焊炉及真空烧结炉等。

按真空度可分为:低真空热处理炉(~10-3托)、高真空热处理炉(10-4~1 x10-6托)、超高真空热处理炉(1x10-6托以上)。

按工作温度可分为:低温炉(<7000C)、中温炉(700~1000度),高温炉(>1000℃以上)。

按作业性质可分为:周期作业炉、连续作业或半连续作业炉。

按炉型可分为:立式炉、卧式炉。

按热源可分为:电阻加热、感应加热、电子束加热和等离子加热的真空热处理炉。

总之，从炉子结构与加热方式基本上可以归纳为两大类:一类是外热式真空热处理炉，也称热壁炉.另一类是内热式真空热处理炉，也称冷壁炉。

2.外热式真空热处理炉外热式真空热处理炉通常称为马弗炉，是真空热处理早期发展的炉型。

外热式真空热处理炉，一般在工业上都作为真空退火炉用，可以对各种金属进行真空热处理，如钢丝、钢带的球状化退火和不锈钢、铜合金丝、铜合金带的光亮退火。

近儿年，国内设计、制造了小型外热式油淬真空热处理炉，可以对合金钢、轴承钢等进行光亮淬火。

(一)外热式真空热处理炉的结构型式:采用耐热钢制造的真空罐放入井式或箱式电阻炉中，，根据真空热处理工艺的需要，配接适当的真空系统，即成为筒单的外热式真空热处理炉。

图所示的就是外热式真空热处理炉简单组成，它是由井式电阻炉1，真空罐硬和真空泵9真空闷门6、真空计5等构成的真空系统共三部分组成的。

从图中可以看出，外热式真空热处理炉的热源在真空雄的外部，也就是电热元件2设置在真空罐4的外部，工件a放在真空罐的内部，靠间接加热。

图简要地列出了几种外热式真空热处理炉的结构示意图。

a是钟罩式结构。

这种结构的真空缺座落在炉底上，整个炉底和真空罐可以借助于电动或液压传动升降，以完成装出料操作并能缩短冷却时间。

也可以采取真空罐和炉底固定不动，罩式炉体升降的方法来完成进出料操作等，但是炉体升降较为复杂。

采用哪一种方法，要根据现场实际情况而定。

b)是双真空结构。

这种结构不仅真空罐内部被抽成真空，而且真空罐外部的炉体部分也被抽成真空。

这样，就可以减少真空镶承受的压力，避免真空罐外壁氧化和变形，延长了真空罐的使用寿命。

c)是立式双室外热式真空热处理炉结构示意图。

在真空罐的上部又增设了水冷夹层结构(或水冷却管结构)的冷却室。

当金属材料在真空罐内加热完毕后，利用提升机构将被加热的金属材料传送到冷却室内冷却，这样，就可以提高冷却速度。

d)是三室半连续外热式真空热处理炉组成示意图。

这种炉子由预除气室、加热室和冷却室三部分组成的。

金属材料从进料端进入预除气室内，清除吸留在金属材料表面上的气体和水蒸气，然后，进入加热室(真空罐)内加热，加热完毕，进入冷却室冷却，最后从出料端出料。

整个热处理工艺过程是半连续进行的，因而生产效率较高。

图下是外热式中温真空油淬火炉结构示意。

它是由炉体1、真空罐2、中间室3、插板阀4和真空淬火油槽5等组成的。

当全属工件加热完毕后，打开插板阀，推拉料杆7，将料筐6拉至中介lJ室，然后降至真空淬火汕槽中进行油淬火。

这种炉子，可以用于柴油机、汕泵的精密偶件和微型轴承等的真空油淬火。

双真空井式跟半连续式三室炉
外热式真空油淬火炉结构示意图
(二)外热式真空热处理炉的优缺点:外热式真空热处理炉的优点是:(1)这种炉子通常用普通电阻炉加上真空罐再配接真空系统即成。

因此，炉子结构简单，制造容易，(2)外热式真空热处理炉役育更多的机械程序动作，因而操作简单，故障少，维修方便，(3)真空罐内附件少，开孔处少，管路少，因此真空密封结构简一单，获得和保持真空比较容易。

(4)对于仅在真空罐内抽真空的外热式真空热处理炉，由于电热元件是在大气压状态下工作，因而，不会发生真空辉光放电以至弧光放电现象，电气故障较少。

(5)设备投资少，制造周期短，见效快。

外热式真空热处理炉的缺点是:(1)由于被加热金属材料放在真空罐内部，电热元件设置在真空罐的外部，于是，金属材料的加热过程就是:电热元件首先加热真空罐，山被加热的真空罐再把热量传递给被加热材料。

因此，热传递的效率较低，(2)由于上述原因，造成了金属材料加热速度较慢。

在一般情况下，这种炉子没有强制循环对流冷却，所以，被加热材料冷却所需要的时间也很长。

(3)真空罐材料的最高使用温度受到限制，低温下使用的经济效果较好，但在高温下使用时，真空罐的使用寿命短，而且成本高。

(三)真空罐及其材料:真空罐是外热式真空热处理炉的关键性部件。

由于真空罐须在高温和一个大气压的外压条件下工作，所以，真空雄的材料应具备下列条件:(1)具有良好的热稳定性和耐氧化性，(2 )接性能要好，焊缝不易产生气孔、开裂，保证高温气密性。

(3)材料成分中的元素蒸气压要低，防止合金元素在高温、高真空下挥发;(4)热膨胀系数要小，在反复加热、冷却的悄况下，真空罐丧面的X-化层不应破坏。

在实际应用，卜，真空罐的壁要相当厚，以防止氧化损失和热变形。

直空罐在高温和真空下工作，焊缝易开裂，造成漏气，因此，目前设计、制造1000-1250℃以上长期工作的外热式真空热处理炉，还是比较困难的。

下表列出了常用真空罐材料的最高使用温度。

3内热式真空热处理炉内热式真空热处理炉，由于可以实现快速加热、快速冷却，因此，也称为无热惯性炉。

图是内热式真空热处理炉的典型结构示意图。

从图中可以看出，这种炉子由电热元件和隔热层构成的加热室，全部放置在水冷夹层结构的真空炉壳内，被处理工作靠电热元件直接辐射加热。

根据真空热处理工艺要求的温度、真空度、处理精度等条件，电热元件的材料可选用镍铬合金、铁铬铝合金、相、担、钨和石墨等:隔热材料可选用不锈钢、钼片组成的全金属辐肘屏，耐火纤维和石墨毡等。

内热式真空热处理炉与外热式真空热处理炉相比，构造比较复杂，制造、安装精度要求高，调试较难，造价较贵。

但是，内热式真空热处理炉可以实现快速加热、快速冷却，使用温度高，可以大型化，便于连续作业，生产效率高。

所以，这种型式的真空热处理炉得到迅速发展，成为口前真空退火、真空淬火、真空回火、真空钎焊和真空烧结的主要用炉。

(一)气冷真空热处理炉:利用气体作为冷却介质的炉子称为气冷真空热处理炉。

可充入炉内作为工件淬火冷却介质的气体，主要有:氢、氦、氮和氩等。

如果从冷却速度的观点出发，对上述气体的冷却时间进行
比较，假如以氢的冷却时间为1，则红为1.2,氮为1.5,氩为1.75。

可以看出，氢的冷却速度最快，可是，从安全的角度来看，氢有爆炸的危险，并不理想，氦的冷却速度较快，但是价格昂少，不合算，冠的价格也很贵，而且冷却速度低，因此，一般多采用高纯氮，作为工件淬火的冷却介质。

当然，也要根据被处理工件材料的要求，如铁合金与氮接触有氮化的危险，则应采川氛气作为冷却介质。

图列出了各种类型气冷真空热处理炉的简要结构。

a)b)是立式和卧式加热室冷却型的单室气冷真空热处理炉。

所谓单室炉，就是加热和冷却在同一个真空室内进行的炉子。

在这种型式的炉子里，工件在加热室内加热完毕后，工件固定不动，然后，启动冷却风扇使冷却气体循环，工件在加热室内与电热元件和隔热层一起进行冷却。

这种炉型结构简单，操作维修方便，占地面积小，但是冷却速度较慢。

为了提高冷却
速度，扩大处理钢种的范围，近几年又发展了正压气淬炉，也就是把充入沪内的冷却气体的压力提高到约
0.8个大气压，使工件在正压条件下进行冷却。

这样，就必须把炉体设计成能在正压条件下进行工作。

c)、
d)是立式和卧式冷却区冷却的单室气冷真空热处理炉。

在这种炉子里，工件在加热室内加热后，通过传送机构将工件移至冷却区，然后启动冷却风扇对工件进行冷却，而电热元件和隔热层基本上不参与冷却。

因此，这种结构与上述加热、冷却在同一个位置上进行的结构相比，能够获得较快的冷却速度。

这种炉型对工件进行加热、冷却虽然不在同一个位置(加热室内)，但仍在同一个真空室内进行。

e )、f)是立式和卧式双室气冷真空热处理炉。

这种炉型的加热室与冷却室由中间真空闸门隔开，因此，两个室可以分别抽真空。

它的工作过程是:工件在加热室内加热后，打开中间真空闸门，通过传送机构将工件移至冷却室，然后关闭中间真空闸门，并立即向冷却室内充入冷却气体，启动风扇对工件进行冷却。

这种炉子，由于冷却气体只充入冷却室，加热室仍保持真空，所以，可缩短第二次抽真空的时间。

同时，加热室还能保持一定的高温，第二次装护余热可以利用。

工件在这种炉内进行冷却时，电热元件、隔热层已被隔开不参与冷却。

因此，与单室气冷真空热处理炉相比，可以获得更大的冷却速度。

但是结构比较复杂，占地面积大，造价较贵。

气冷真空热处理炉可用作耐热合金、析出硬化型不锈钢、马氏体与奥氏体不锈钢及弹摘钢等的固溶处理和时效处理，以及工具钢、高速钢等的光亮淬火、回火，也可用于钎焊作业。

气冷真空热处理的冷却速度，受到了一定程度的限制，存在着对淬透性差的钢材，质量大的工件不能完全淬透的情况，因此，又发展了油淬真空热处理炉。

(二)油淬真空热处理炉:利用真空淬火油作为冷却介质的炉子，称为油淬真空热处理炉。

真空热处理用真空淬火油，不能用普通的悴火油，否则，就不能达到真空淬火的目的。

用于真空淬火的淬火油，应该符合下列的技术条件:
①蒸汽压力要低，不能影响真空效果.
②淬火油的蒸发最要小，减少油蒸汽对炉内的污染:
③冷却性能要好，淬硬性要好.
④光亮性和热稳定性要好;
⑤使用寿命要长。

目前，我国使用的真空淬火油主要是国产zz-1-5zz-2型真空淬火油，下面表是其主要技术指标和使用性能。

下图列出了各种类型的油淬真空热片理炉的简要结构。

a)是单室卧式油淬真空热处理炉。

这种炉型，不带中间真空閘门，工作进行加热与油淬在同一个真空室内进行，因此，它具有结构简单，制造容易，操作维修方便，造价较低的优点。

但是，其最大的弱点是，由于不设置中间真空闸门，工件进行油淬火时产生的油蒸气对加热室有污染，造成电热元件的使用寿命降低和绝缘件的绝缘性能降低。

为了减少油蒸气的污染，需采用纯度高、蒸气压力低的真空淬火油，同时应使真空淬火油的油面远离加热室，并采用冷却的方法将油蒸气液化等措施，以减少油蒸气的污染。

b)、c)是立式和卧式双室油淬真空热处理炉。

这种炉型，由于加热室与冷却室用中间真空闸门隔开，因此，可以防止由于工件油淬火时产生的油蒸气侵入加热室，从而避免了加热室的污染，使绝缘件的绝缘性能不受影响，提高了电热元件的使用寿命。

双室油淬炉与单室油淬炉相比，还具有生产效率高，节省能源等优点。

但是，这种沪子结构比较复杂，造价较贵。

d)是双室油淬气冷真空热处理炉。

该炉的冷却室，不仅具有淬火油槽而且设置了气冷风扇，可以对工件进行油淬，也可以进行气淬。

(三)连续式真空热处理护:以上介绍的气冷和油淬真空热处理炉均属周期作业炉。

周期式真空热处理护的生产效率和经济效果都较低。

为了提高生产效率，提高经济效果，近几年采用连续式真空热处理护日渐增多。

三室半连续式气冷真空热处理护。

三室半连续式油淬真空热处理炉。

它们都是由进料室、加热室和冷却室组成的，相邻两个室由中间真空闸门隔开。

三室炉的操作程序是:工件在加热室内加热后，打开中间真空闸门，通过传送机构将工件移至冷却室内进行冷却，立即通过传送机构将进料室内的工件送至加热室内进行加热，再从炉外将下一批工件送入进料室，冷却后的工件，从冷却室出炉，这样重复进行，可形成半连续作业。

从提高生产效率，节省能源，降低产品成本的观点出发，连续式真空热处理炉是今后发展的方向。

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