專利名稱：熱氣流噴射加熱與噴丸能量注入化學(xué)熱處理爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及熱處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種熱氣流噴射加熱與噴丸能量注入化學(xué)熱處理爐。
背景技術(shù)：
滲碳是將低碳鋼零件，在滲碳介質(zhì)(滲碳劑)中加熱到900°C — 950°C，使碳原子滲入其表面層，獲得高碳滲層，再進(jìn)行淬火并低溫回火，在零件心部得到高韌性的條件下，獲得高硬度馬氏體表面層，從而提高零件的疲勞強(qiáng)度和耐磨性的一種古老的化學(xué)熱處理工藝。滲碳具有極高的工業(yè)意義和價(jià)值。經(jīng)過滲碳后的低碳鋼零件，其心部和基體仍然保持低碳鋼的成分、組織結(jié)構(gòu)，因此，仍然保持著良好的塑性，較高的韌性和耐沖擊性能；而表層獲得了高碳鋼的成分和組織結(jié)構(gòu)，因此具有高硬度、高耐磨性和高的疲勞強(qiáng)度。這種在一個(gè)單體零件上具有雙重成分、組織結(jié)構(gòu)進(jìn)而具有雙重機(jī)械性能的特性，極大地滿足了機(jī)械零件的工程需要。滲碳是碳原子在固體零件表面吸附并且向固體內(nèi)部擴(kuò)散的過程，因而是一個(gè)漫長和艱難的過程。為此，需要向滲碳爐內(nèi)輸入大量熱量用以加熱爐膛和零件整體，而滲碳只發(fā)生在表層0.0-2.0mm處，因此，傳統(tǒng)滲碳其能量提供方式是發(fā)散型的，90%以上的能量是無效的，被浪費(fèi)掉了。只有不到10%的能量用于滲碳過程。傳統(tǒng)滲碳的物理機(jī)制是，將零件加熱到900°C—950°C高溫用來增加鋼鐵晶體原子的震動幅度以增加相鄰鐵原子的距離為碳原子的進(jìn)入和擴(kuò)散提供空間。顯然，這是一個(gè)異常艱難的過程，因此，傳統(tǒng)滲碳是一個(gè)周期長，成本高，消耗巨大的工藝。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供了一種熱氣流噴射加熱與噴丸能量注入化學(xué)熱處理爐；本實(shí)用新型降低了滲碳溫度，縮短了滲碳時(shí)間，減少了滲碳變形，提高了零件的精度，廢品率降低為零，延長了爐子的壽命，大幅降低了滲碳成本。本實(shí)用新型的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種熱氣流噴射加熱與噴丸能量注入化學(xué)熱處理爐，包括加熱爐、拋丸機(jī)、熱氣流發(fā)生器、熱氣流噴嘴、淬火槽、滲碳劑容器，拋丸器的貯丸器設(shè)于加熱爐外部的上方，熱氣流噴嘴、以及拋丸機(jī)的拋丸器設(shè)于加熱爐內(nèi)，拋丸器與貯丸器連接，熱氣流噴嘴通過管道與熱氣流發(fā)生器連接，熱氣流發(fā)生器與滲碳劑容器連接，加熱爐底部通過淬火活門與淬火槽連接，加熱爐下部設(shè)有失能彈丸收集通道，爐膛通過失能彈丸收集通道與彈丸收集箱連接。熱氣流發(fā)生器與滲碳劑容器之間設(shè)有流量控制閥。加熱爐與碳勢探測器連接，碳勢探測器與計(jì)算機(jī)自動控制系統(tǒng)連接，計(jì)算機(jī)自動控制系統(tǒng)與流量控制閥連接。在滲碳過程中通過碳勢探測器和計(jì)算機(jī)自動控制滲碳介質(zhì)的滴注速度。[0011]拋丸器按照工件需要設(shè)有多個(gè)。拋丸器與彈丸收集箱之間設(shè)有提升機(jī)。貯丸器上部設(shè)篩分選器，貯丸器的上部通過彈丸溢出管與彈丸收集箱連接，篩分選器與廢料箱連接。本實(shí)用新型的有益效果:1.本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了靶向、精確向零件表面提供能量，能夠可控制造零件表層晶體缺陷；2.滲碳過程由傳統(tǒng)碳原子的被動滲入過程變?yōu)橹鲃訚B入過程，實(shí)現(xiàn)了低能量、低溫快速滲碳；3.降低了滲碳溫度，大幅縮短了滲碳時(shí)間，大幅減少了滲碳變形，大幅提高了零件的精度，廢品率降低為零，延長了爐子的壽命，大幅降低了滲碳成本。4.適用于滲碳、滲氮、碳氮共滲等多種化學(xué)熱處理擴(kuò)滲技術(shù)。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)圖；其中，1.熱氣流發(fā)生器，2.熱氣流噴嘴，3.拋丸器，4.淬火槽，5.淬火活門，6.彈丸收集箱，7.提升機(jī)，8彈丸溢出管，9.流量控制閥，10.加熱爐，11.滲碳劑容器，12.失能彈丸收集通道，13.篩分選器，14.廢料箱，15.貯丸器，16.零件。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。一種熱氣流噴射加熱與噴丸能量注入化學(xué)熱處理爐，包括加熱爐10、拋丸機(jī)3、熱氣流發(fā)生器1、熱氣流噴嘴2、淬火槽4、滲碳劑容器11，貯丸器15設(shè)于加熱爐10外部的上方，熱氣流噴嘴2、以及拋丸機(jī)的拋丸器3設(shè)于加熱爐10內(nèi)，拋丸器3與貯丸器15連接，熱氣流噴嘴2通過管道與熱氣流發(fā)生器I連接，熱氣流發(fā)生器I與滲碳劑容器11連接，加熱爐10底部通過淬火活門5與淬火槽4連接，加熱爐10下部設(shè)有失能彈丸收集通道12，爐膛通過失能彈丸收集通道12與彈丸收集箱6連接。熱氣流發(fā)生器I與滲碳劑容器11之間設(shè)有流量控制閥9。加熱爐與碳勢探測器連接，碳勢探測器與計(jì)算機(jī)自動控制系統(tǒng)連接，計(jì)算機(jī)自動控制系統(tǒng)與流量控制閥9連接。在滲碳過程中通過碳勢探測器和計(jì)算機(jī)自動控制滲碳介質(zhì)的滴注速度。拋丸器3按照工件需要設(shè)有多個(gè)。拋丸器3與彈丸收集箱6之間設(shè)有提升機(jī)7。貯丸器4上部設(shè)篩分選器13，貯丸器15的上部通過彈丸溢出管8與彈丸收集箱6連接，篩分選器13與廢料箱14連接。針對傳統(tǒng)滲碳的不足，根據(jù)材料科學(xué)和金屬學(xué)的基本原理，發(fā)明了熱氣流噴射加熱與表層噴丸能量注入化學(xué)熱處理爐。其工作原理是:將滲碳劑加熱后使其裂解成滲碳?xì)怏w，然后加壓噴射到零件(齒輪)表面，使零件表面溫度升高。同時(shí)，利用拋丸機(jī)構(gòu)將鋼絲切丸噴射到零件表面以制造表層金屬晶體缺陷和升高表層溫度。從而達(dá)到制造金屬表層晶體缺陷和靶向高速加熱零件表層的目的。實(shí)現(xiàn)步驟如下:將滲碳劑加熱后使其裂解成滲碳?xì)怏w，然后加壓噴射到零件16比如齒輪表面，使零件16表面溫度升高。同時(shí)，利用拋丸機(jī)構(gòu)將鋼絲切丸噴射到零件表面以制造表層金屬晶體缺陷和升高表層溫度。貯丸器15內(nèi)的金屬彈丸通過機(jī)械甩輪所產(chǎn)生的離心力或隨壓縮空氣高速射出并撞擊零件表面。在零件16表面，彈丸動能被零件表面吸收后轉(zhuǎn)化成兩種能量形式:一部分使表層晶體點(diǎn)陣原子激活脫位，形成空位，原子疏松區(qū)、位錯(cuò)壘、亞晶界等晶體缺陷，這些缺陷所產(chǎn)生的應(yīng)力場形成對碳原子的吸引力，同時(shí)，這些缺陷還是碳原子的擴(kuò)散通道。另一部分將使零件表層溫度快速升高以為碳原子的擴(kuò)散提供能量。滲碳完成后，將淬火活門打開，將零件16放入淬火槽4內(nèi)冷卻。因此，滲碳過程由傳統(tǒng)碳原子的被動滲入過程變?yōu)橹鲃訚B入過程，這將是滲碳、滲氮、碳氮共滲等化學(xué)熱處理擴(kuò)滲工藝所需的極為重要的環(huán)境。經(jīng)過與零件表面撞擊后的彈丸失掉了速度和熱量，在重力作用下掉落到爐底板上并順勢沿失能彈丸收集通道進(jìn)入收集箱內(nèi)，再由提升機(jī)提升至位于上部的篩分選器進(jìn)行彈丸分選以剔除受損彈丸并將完好彈丸重新注入貯丸器內(nèi)進(jìn)行下一次工作循環(huán)。由于僅對表層金屬(滲層)加熱和撞擊，其加熱空間只有傳統(tǒng)輻射加熱滲碳爐的百分之幾，大幅減少了加熱空間和散熱面積，因此所用能量不到傳統(tǒng)滲碳方式所用能量的10%;由于加熱同時(shí)采用噴丸撞擊制造表層晶體缺陷，本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了靶向精確加熱和可控制制造表層晶體缺陷的目標(biāo)，所以其滲碳效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)滲碳。由于實(shí)現(xiàn)了僅對滲碳層(0_2mm)區(qū)域的能量輸入，所以，滲碳中零件整體溫度很低，因此，滲碳變形幾乎為零。上述雖然結(jié)合附圖對實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了描述，但并非對本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種熱氣流噴射加熱與噴丸能量注入化學(xué)熱處理爐，包括加熱爐、淬火槽、滲碳劑容器，其特征是，還包括拋丸機(jī)、熱氣流發(fā)生器、熱氣流噴嘴，拋丸器的貯丸器設(shè)于加熱爐外部的上方，熱氣流噴嘴、以及拋丸機(jī)的拋丸器設(shè)于加熱爐內(nèi)，拋丸器與貯丸器連接，熱氣流噴嘴通過管道與熱氣流發(fā)生器連接，熱氣流發(fā)生器與滲碳劑容器連接，加熱爐底部通過淬火活門與淬火槽連接，加熱爐下部設(shè)有失能彈丸收集通道，爐膛通過失能彈丸收集通道與彈丸收集箱連接。
2.如權(quán)利要求1所述的熱氣流噴射加熱與噴丸能量注入化學(xué)熱處理爐，其特征是，所述熱氣流發(fā)生器與滲碳劑容器之間設(shè)有流量控制閥。
3.如權(quán)利要求2所述的熱氣流噴射加熱與噴丸能量注入化學(xué)熱處理爐，其特征是，所述加熱爐與碳勢探測器連接，碳勢探測器與計(jì)算機(jī)自動控制系統(tǒng)連接，計(jì)算機(jī)自動控制系統(tǒng)與流量控制閥連接。
4.如權(quán)利要求1所述的熱氣流噴射加熱與噴丸能量注入化學(xué)熱處理爐，其特征是，所述拋丸器設(shè)有多個(gè)。
5.如權(quán)利要求1所述的熱氣流噴射加熱與噴丸能量注入化學(xué)熱處理爐，其特征是，所述拋丸器與彈丸收集箱之間設(shè)有提升機(jī)。
6.如權(quán)利要求1所述的熱氣流噴射加熱與噴丸能量注入化學(xué)熱處理爐，其特征是，所述貯丸器上部設(shè)篩分選器，貯丸器的上部通過彈丸溢出管與彈丸收集箱連接，篩分選器與廢料箱連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種熱氣流噴射加熱與噴丸能量注入化學(xué)熱處理爐，包括加熱爐、拋丸機(jī)、熱氣流發(fā)生器、熱氣流噴嘴、淬火槽、滲碳劑容器，拋丸器的貯丸器設(shè)于加熱爐外部的上方，熱氣流噴嘴、以及拋丸機(jī)的拋丸器設(shè)于加熱爐內(nèi)，拋丸器與貯丸器連接，熱氣流噴嘴通過管道與熱氣流發(fā)生器連接，熱氣流發(fā)生器與滲碳劑容器連接，加熱爐底部通過淬火活門與淬火槽連接，加熱爐下部設(shè)有失能彈丸收集通道，爐膛通過失能彈丸收集通道與彈丸收集箱連接；本實(shí)用新型降低了滲碳溫度，縮短了滲碳時(shí)間，減少了滲碳變形，提高了零件的精度，廢品率降低為零，延長了爐子的壽命，大幅降低了滲碳成本。
文檔編號C23F17/00GK203034103SQ201320041080
公開日2013年7月3日 申請日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月25日
發(fā)明者崔建軍, 萬桂怡, 崔瀟 申請人:山東大學(xué)