SOLO Swiss Furnace Profitherm - Chinese

可控气氛底装料立式多用炉SOLO SWISS ATMOSPHERE FURNACES

FOR METAL HEAT TREATMENT

热处理工艺应用研究

广东世创金属科技有限公司

SOLO Swiss Group

常玉敏高级工程师

SOLO Swiss - Atmosphere Furnaces for the heat treatment of metals – www.soloswiss.com

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可控气氛底装料立式多用炉技术是可控气氛热处理的重要发展，主要用于航空航天、兵器、石油、矿山、船舶、纺织、汽车、五金等行业关键零件的精密热处理。

具有以下特点：

1、采用轴向设计原理，炉温和气氛均匀性优异，工件（可长达1500mm)在炉内垂直悬挂加热，垂直淬火冷却，淬火转移时间小于15秒、冷却速度精确可控，产品质量一致性好。

2、采用加热炉与淬火槽的分体结构设计，一个主炉可以对应多个淬火槽，进行不同淬火介质的淬火，以适应不同材料或零件对淬火冷却的要求，使热处理零件获得最佳的性能和质量，最大限度的减少热处理畸变。

3 、具有温度和气氛恢复与转换快的特点，可以实现保护气氛淬火、渗碳、碳氮共渗等多种工艺快速转换，转换时间小于10分钟。设备启动快,从设备启动到投入工作少于1.5小时，工艺结束可直接停炉，生产效率高，运行成本低。

4、可以实现少无内氧化渗碳、表面碳势可控的薄层或超薄层渗碳、精密可控渗氮等高质量化学热处理。

5 、采用模块式设计，用户可以灵活选择配置，适应各种不同生产规模和批量，同时维修维护极为方便。整套设备不需地基、一条生产线就可替代井式炉、箱式炉、盐（铅）浴炉等，工艺适应性强，节能效果显著。

底装料立式多用炉生产线可完全满足美国宇航材料规范AMS2750E和AMS2759-7A/10A/12A和GB/T30825-2014标准要求。

底装料立式多用炉应用领域及特点




设备应用实例



SOLO Swiss Atmosphere Furnace

P50一炉两槽配置-cf

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P80一两炉两槽四回两洗+Mav



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P500一炉一槽基本单元+Mpro



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P300一炉两槽两洗两回+Mar



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P800一炉三槽两洗两回+Mav



底装料立式多用炉型号

型号有效装载尺寸(mm) 装载量（Kg)

SP50 300X300X300 50

SP80 300X300X600 80

SP150 Ø 400X600 150

SP300 Ø 500X700 300

SP500 Ø 700X700/900/1100 500

SP800 Ø 900X900 800

SP1000 Ø 900X1100 1000

SP1500 Ø 900X1500 1500




1、底装料立式多用炉的性能测试

2、薄层渗碳、碳氮共渗研究

3、少畸变热处理技术研究

4、提高零件强韧性综合性能的研究

5、精密渗氮技术的应用

6、改进工艺，提高生产效率和质量，减低成本

7、代替盐浴炉、铅浴炉加热，减少环境污染，节约能耗，实现清洁热处理

可控气氛底装料立式多用炉热处理工艺研究



Nadcap (National Aerospace and Defense Contractors Accreditation Program),它是“国家宇航和国防合同方认可机构”的简称,其专门对航空工程、汽车和相关行业的特殊产品和工艺进行认证,从电子产品到流动分销体系,从化学测试到材料测试,从焊接工艺到热处理程序。

目前几乎世界上所有的航空工业主承包商都已加入Nadcap项目。只要供应商能够通过Nadcap审核,就可以实现对生产过程的更好的监管、降低不合格零件出现的概率、并提升其对产品质量的信心。Nadcap热处理审核主要参考标准是美国宇航材料规范AMS 2750D《高温测量》。

目前不仅美国热处理行业都采用SAE AMS 2750D这项标准，成为热处理加工资质考核Nadcap认证的依据。而且欧洲、美洲、大洋洲、亚洲等世界范围都认同这项标准，在国际合作中热处理都以这项标准为依据。

我国在航空工业国际合作和转包生产中已采用了AMS 2750D，大约有一半以上企业通过Nadcap认证。在汽车热处理生产推行的AIA G CQI-9热处理系统评估中也要求按AMS 2750D规定执行，其他行业如风力发电、轴承等行业国际合作或产品出口都要求执行AMS 2750D。

AMS 2750D各项技术要求指标均高于HB5354-1994、GJB5096B-2008和JB/T10175-2008等国内标准。为了促进我国机械装备制造业发展，实现与国际接轨，在全国热标委的主持下，我公司作为第一起草单位制定GB/T30825-2014《热处理温度测量》标准就是参考AMS 2750D标准的基础上，结合我国的情况和经验，制定的国内相对应的标准，该标准将在2014年底正式实施。航标针对AMS2750D标准的要求近期也进行了修改，以适应国际要求。





GB/T 30825-2014标准AMS 2750D标准





下面就是按美国宇航材料规范AMS2750D标准

对一套Φ900X1500mm生产线性能的现场测试

主要从以下四方面进行：

1.1、温度系统精度校验

1.2、炉温均匀性测试

1.3、碳势控制精度测试

1.4、渗层均匀性和脱碳测试





某航空工厂为适应航空工业高质量热处理要求，购置一条Φ900X1500mm底装料立式多用炉生产线。由一台渗碳淬火炉、一台油槽、一台盐槽及盐回收装置、两台回火炉、两台清洗机（油清洗、盐清洗）、一台自动装卸料车和两装卸料台等组成。

要求符合航空标准和AMS2750D的C类仪表各项要求，工厂对底装料立式多用炉生产线进行了温度系统精度校验、炉温均匀性测试、碳势控制测试、渗层均匀性测试、硬度均匀性测试等全面测试，各项性能指标均达到技术要求。


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表1

渗碳淬火炉温度系统精度校验测试结果

1.1 温度系统精度校验


测试温度℃ 温度系统误差值℃

AMS2750D技术要求结论1 2 3

800

控温 -0.5 +0.6 +0.9

±1.1℃或0.2%t 合格记录 -0.5 -0.4 +0.3

最高点 +0.2 +0.5 -0.3

最低点 -0.5 -0.9 -0.2

900

控温 +0.9 +0.5 +0.8

±1.1℃或0.2%t 合格记录 -0.4 -0.3 +0.2

最高点 +0.7 +0.5 +0.4

最低点 +0.4 +0.9 -0.7

930

控温 +0.5 -0.2 +0.7

±1.1℃或0.2%t 合格记录 -0.2 -0.5 -0.6

最高点 +0.9 +0.6 -0.8

最低点 -0.2 +0.9 -0.8

950

控温 +0.5 +0.4 +0.7

±1.1℃或0.2%t 合格记录 +0.2 +0.1 -0.4

最高点 +1.0 +0.4 +0.5

最低点 -0.3 +1.0 -0.4




表2

回火炉温度系统精度校验测试结果


测试温度℃

温度系统

误差值℃

AMS2750D技术要求结论1号回火炉 2号回火炉

1 2 3 1 2 3

200

控温 -0.7 -0.8 -0.8 -0.8 -0.8 -0.6

±1.1℃或0.2%t 合格记录 -0.9 -0.8 -0.9 +0.4 -0.4 -0.4

最高点 -0.6 -0.8 -0.3 -0.7 +0.2 -0.1

最低点 -0.9 -0.9 -0.8 -0.7 -0.5 -0.6

340

控温 +0.3 -0.9 -0.8 0.0 +0.2 +0.4

±1.1℃或0.2%t 合格记录 +0.4 -0.4 -0.4 +1.1 +0.2 0.0

最高点 +0.9 +0.2 +0.8 -0.3 +0.4 -0.5

最低点 +0.2 -0.7 +0.4 -0.1 -0.3 -0.5

480

控温 +0.5 -0.6 -0.8 -0.6 -0.4 -0.7

±1.1℃或0.2%t 合格记录 +0.3 -0.7 -0.8 +0.8 -0.5 -0.8

最高点 +0.6 +0.8 +0.6 +0.7 +0.8 -0.4

最低点 -0.4 +0.3 -0.4 +0.5 +0.3 +0.4

610

控温 +0.5 -0.8 -0.6 -1.0 -0.2 -0.3

±1.1℃或0.2%t 合格记录 +0.3 -0.8 -0.7 +0.5 -0.2 -0.4

最高点 +0.6 +0.6 +0.8 +0.6 +0.9 -0.2

最低点 -0.4 -0.4 +0.3 +0.7 -0.2 +0.2

750

控温 +0.9 -0.9 -0.9 +0.3 +0.3 +0.8

±1.1℃或0.2%t 合格记录 -0.5 -0.8 -0.9 +1.0 +0.5 +0.9

最高点 +0.9 +0.9 +0.6 +0.6 +1.0 +0.2

最低点 -1.0 -0.5 -0.3 +0.7 +0.6 +0.7




表3 盐槽温度系统精度校验测试结果

测试温度℃

温度系统

误差值℃ AMS2750D

技术要求

结论

30 控温 +0.3 ±2.8℃ 合格

记录 -1.3

50 控温 -0.9 ±2.8℃ 合格

记录 -1.8

80 控温 -1.3 ±2.8℃ 合格

记录 -2.0

100 控温 -1.5 ±2.8℃ 合格

记录 -2.0

测试温度℃

温度系统

误差值℃

AMS2750D

技术要求

结论

200 控温 +0.6

±1.7℃

合格

记录 -0.6

350 控温 +1.2

±1.7℃

合格

记录 +0.4

390 控温 -0.2

±1.7℃

合格

记录 -0.9

表4 油槽温度系统精度校验测试结果

测试结果表明，底装料立式多用炉生产线各加热炉的温度系统精度均小于±1.1℃，淬火槽的温度系统精度均小于±2.8℃，符合AMS2750D的要求。





测试温度

℃

最大偏差

℃

最小偏差

℃

技术要求结论

800 +0.8 -4.28 ±5℃ 合格

900 +0.75 -4.18 ±5℃ 合格

930 +1.08 -4.13 ±5℃ 合格

950 +1.01 -4.07 ±5℃ 合格

1.2 炉温均匀性测试

表5 渗碳淬火炉炉温均匀性测试结果

图1 炉温均匀性测试热电偶布置图（按AMS2750D和GB/T9452-2012标准布置）

测试仪表为HF2000温场自动检测系统，准确度±0.6℃；测试热电偶为Φ3mm Ⅰ级K型铠装热电偶。





表6 回火炉炉温均匀性测试结果

测试温度℃

1号回火炉 2号回火炉

技术要求

结论最大偏差℃

最小偏差℃

最大偏差℃

最小偏差℃

200 +3.78 -2.35 +3.46 -4.43 ±5℃ 合格

340 +3.98 -3.71 +2.44 -3.68 ±5℃ 合格

480 +4.43 -2.12 +1.93 -2.51 ±5℃ 合格

610 +4.24 -2.45 +2.23 -2.32 ±5℃ 合格

750 +3.42 -3.20 +1.89 -4.65 ±5℃ 合格

测试温度℃

最大偏差℃

最小偏差℃

技术要求

结论

200 +1.47 -1.6 ±5℃ 合格

350 +3.65 -0.03 ±5℃ 合格

390 +3.98 +0.63 ±5℃ 合格

表7 盐槽温度均匀性测试结果

测试结果表明，底装料立式多用炉生产线的渗碳淬火炉炉温均匀性为+1.08℃～-4.28℃，回火炉炉温均匀性为+4.43℃～-4.43℃，淬火盐槽的温度均匀性为+3.95℃～-1.6℃，均小于±5℃，符合AMS2750D的要求。





测试温度℃

设定碳势

%C

测定碳势

%C

碳势控制精度

%C

技术要求结论

850 0.7 0.722 +0.022 ±0.05%C 合格

920 0.7 0.739 +0.039 ±0.05%C 合格

920 1.0 1.043 +0.043 ±0.05%C 合格

材料渗层深度

mm

最大偏差mm

技术要求mm

结论

20#1.62、1.59、1.73

1.71、1.82、1.83

1.74、1.85、1.79

0.26 ±0.15 合格

20CrMnTi

0.80、0.90、0.90

0.90、0.80、0.90

0.85、0.90、0.80

0.1 ±0.1 合格

12CrNi3A

0.95、0.90、0.98

0.90、0.95、0.95

0.90、0.95、0.95

0.08 ±0.1 合格

18Cr2NiWA

0.85、0.80、0.85

0.85、0.85、0.82

0.83、0.86、0.82

0.06 ±0.1 合格

1.3 碳势控制精度测试

表8 渗碳淬火炉碳势控制精度测试结果表9 渗碳淬火炉渗层均匀性测试结果

对渗碳淬火炉进行了碳势控制精度测试，测试了850℃ 0.7%C碳势、920℃ 0.7%C碳势、920℃ 1.0%C碳势时的碳势控制精度，分别为+0.022%C、+0.039%C、+0.043%C，见表8，均小于技术要求的≤±0.05%C，获得满意的效果。





材料试样号脱碳层深度硬度HRC 硬度HRA 技术要求结论

30CrMnSiA

1 无全脱碳层 47.8 74.2

脱碳层≤0.075mm

合格

2 无全脱碳层 48.5 74.6

3 无全脱碳层 48.3 74.4

4 无全脱碳层 48.7 74.5

5 无全脱碳层 48.1 74.1

6 无全脱碳层 48.6 74.3

7 无全脱碳层 48.3 74.5

8 无全脱碳层 48.2 74.8

9 无全脱碳层 48.2 74.4

表10 渗碳淬火炉脱碳测试





某航空产品配重支架零件，材料为16Ni3CrMoA，要求渗层深度0.40～0.50mm，渗层表层碳浓度要求0.70～0.90％。

原采用井式渗碳炉渗碳，渗碳温度为900℃，保温时间90～100min，渗剂为甲醇+煤油，生产中经常发生零件质量不稳定的问题，甚至出现表层碳浓度超差的情况。

采用底装料立式多用炉处理后，使零件渗碳质量明显提高，具体工艺参数下表。采用低碳势保护加热、高碳势强渗以及要求碳势扩散工艺，解决了控制表面碳势的薄层渗碳技术关键。

热处理后检测结果：工件渗层深度为0.45mm（经820℃淬火和140℃回火），工件表层碳含量为0.78％（采用剥层试棒取样，单边剥0.1mm，并用化学法分析含碳量），符合技术要求。表2

底装料立式多用料渗碳工艺程序单

工部装载预热强渗扩散卸载

温度/℃ 900±5 900±5 900±5 900±5 900±5

时间/min 0 20 60 30 0

碳势/C％ 0.3 0.3 1.1 0.9 0.9

2.1 控制表面碳浓度的薄层渗碳





某航空产品操纵杆类零件，材料为ZG35CrMnSi，要求碳氮

共渗层深度0.05～0.10mm，表面碳浓度0.8～0.9％C，渗层表面

硬度688～766HV。

（气氛控制）

工部装载预热保持卸载

温度/℃ 820±100 820±5 820±5 820±5

时间/min 0 15 20 0

碳势/C% 0.35 0.35 0.85 0.85

供氨/L/min 0 0 0.5 0.5

2.2 超薄层碳氮共渗





渗碳分级淬火

渗碳处理与分级淬火相结合是底装料立式多用炉的另一特点。

对于要求精度高、热处理后变形小的零件（如汽车变速箱齿轮和差速箱齿轮），既要保证高的耐磨性和疲劳强度，又要求有足够的韧性和极小的变形量，这类零件可采用底装料立式多

用炉渗碳分级淬火得到解决。





18CrNiMo渗碳齿轮的分级淬火操作曲线





用80℃油淬后

的变形（mm）

用300℃中性盐

浴淬后的变形(mm)

用80℃油淬后

的变形（mm）

用300℃中性盐

浴淬后的变形(mm)

0.125 0.025 0.150 0.050

0.150 0.050 0.125 0.025

0.125 0.025 0.135 0.025

0.175 0.075 0.125 0.020

0.250 0.025 0.150 0.025

18CrNiMo渗碳齿轮孔径普通油淬和分级淬火后变形情况





射钉枪枪管渗碳后等温淬火

广州某企业生产的射钉枪枪管，产品形状复杂，公差要求严格。





材料为30CrNiMo8

技术要求：表面硬度650+50HV10,心部硬度48＋２HRC。

一般渗碳热油淬火合格率60%，采用渗碳后等温淬火合格率100%

射钉枪管渗碳等温淬火工艺





尺寸代号尺寸要求项目

零号件

结论1 2 3 4 6 7 11 16

3 Ф16.3+0.2

尺寸 16.3 16.35 16.37 16.44 16.4 16.34 16.42 16.415

合格变化 -0.125 -0.07 -0.06 -0.1 -0.05 -0.06 -0.07 0.055

２６ 113.8+0.2

尺寸 113.906 113.897 113.948 113.992 113.762 113.745 114.000 113.646

合格变化 -0.059 0.095 -0.027 0.066 -0.069 -0.107 0.099 -0.106

３７ 10.85+0.03

尺寸 10.823 10.815 10.831 10.817 10.827 10.830 10.816 10.823

合格变化 -0.018 -0.11 -0.045 -0.025 -0.015 -0.009 -0.021 -0.021

５５ 117.5+0.1

尺寸 117.364 117.371 117.371 117.389 117.383 117.383 117.386 117.499

合格变化 -0.14 -0.109 -0.153 -0.138 -0.093 -0.106 -0.099 -0.118

５６ 62.5+0.2

尺寸 62.361 62.38 62.375 62.369 62.360 62.373 62.380 62.375

合格变化 -0.143 -0.098 -0.115 -0.105 -0.073 -0.022 -0.094 -0.095

IPE2524型射钉枪枪管热处理尺寸变化




凿岩工具

图4 钎尾

图5 钎杆(500-1000mm)

对于长杆形状的零件，热处理的关键是垂直加热和淬火，以减少热处理变形。底装料立式多用炉具有明显优势，既可以保护气氛加热，防止氧化脱碳，又可以垂直加热和淬火，还具有淬火转移时间短的特点，适合长杆形零件淬火。

贵阳某厂，凿岩设备的钎尾（图4）和钎杆（图5），钎尾材料35CrMo、42CrMo,要求垂直悬挂加热、油淬或等温淬火。钎杆材料T7A，要求垂直悬挂加热，5%氯化钠盐水淬火。淬火温度低（790℃），要求转移时间短。两者对热处理变形要求都高。通过一条一炉三槽（油、盐、水槽）的底装料立式多用炉生产线建设，满足了所有热处理工艺需求。(






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P500一炉三槽（水、油、盐）两洗一回




图6 鱼钩

图 7织针

微小零件的保护气氛加热淬火

无锡某外资生产渔具用品企业生产的鱼钩和国内某纺织机械厂生产的织针，微小零件的保护气氛加热淬火要求不氧化脱碳，热处理变形小，还要求淬火转移时间极短，通过P80底装料立式多用炉设备的使用，圆满地解决了此类零件的热处理问题。产品合格率大幅提高，产品质量的一致性非常好。


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四川南山公司射钉枪活塞杆，材料60Si2MnA，49-53HRC，保证硬度的同时，要求活塞杆要有较好的韧性，通过一定载荷下压活塞杆中部直至开裂为止的弯曲角度来测试其韧性。

传统油淬工艺韧性指标多不达标，影响整个产品的使用寿命。采用传统盐浴炉，除污染和劳动强度大外，产品质量不稳定。经底装料立式多用炉采用等温淬火处理之后，在保证硬度的同时，活塞杆的韧性比原来大大提高。合格率达100%。

活塞杆等温淬火工艺

4、提高零件强韧性综合性能热处理研究

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连杆渗碳分级淬火





大小孔及中心距热处理变形≤0.10mm、0.2mm





采用渗碳油淬后不能同时保证芯部硬度、表面硬度、变形及金相组织。合格率60%-80%

采用渗碳分级淬火后孔及中心距变形可形控制在0.07mm以内，芯部硬度控制在40HRC以下，合格率100%。同时减少了加工余量。





20CrMo连杆渗碳分级淬火操作曲线 20CrMnTi渗碳齿轮的分级淬火操作曲线





底装料立式渗氮炉可控气氛精密井式渗氮炉


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SOLO Swiss Atmosphere Furnace SOLO Swiss Atmosphere Furnace

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1、可进行常规渗氮工艺，又可进行真空脉冲渗氮

2、可精密控制渗氮工艺参数和过程控制

3、工艺和质量重现性好

4、节能、省气、运行成本低

5、安全可靠性高

6、人性化设计，操作简便

7、有利于环境保护

多功能精密渗氮设备的特点





显

示

屏

图

形

显

示

工艺参数

其它参数

过程参数

控制参数

工

业

控

制

计

算

机

及

模

板

压力控

制系统

精

密

可

控

气

氛

渗

氮

炉

快速冷

却系统

氢探头等

温度测量

加热执

行机构

质量流

量计等

伺服阀门

记录和

打印系

炉气测

控系统

温控模块

流量控

制系统

精密可控气氛渗氮炉组成框图





控温精度： ≤±1℃；

最高使用温度： 700℃；

有效工作区炉温均匀性： ≤±5℃；（400℃～700℃）

极限真空度： ≤26.6Pa；（选配）

氮势控制精度（Kn)： ±1%

氨裂解炉的氨气分解率： ≥99.5%；

炉气分解率控制精度： ±1.5%；

渗氮层均匀性：满足HB5354-94要求；

炉气控制：采用进口PE氢探头或SIEMENS氨红外分析仪

渗氮过程控制系统：采用瑞士Solo公司全电脑渗氮过程自动控

制系统软件；

主要技术指标





1、具备低压真空脉冲渗氮和常规精密渗氮功能：

渗氮炉具备低压渗氮功能。采用真空泵、数字式压力仪表，可数字显示和设定脉冲压力，带485通讯接口，PLC控制实现低压真空脉冲渗氮；也可进行可控气氛精密渗氮，做到渗氮层组织及深度可控。

2、显示、记录、保存和打印：

具备炉膛（包括氨裂解炉和尾气裂解炉）温度、炉气氮势、炉气氨分解率和炉气压力等工艺参数和曲线的实时显示、记录、保存和打印功能；历史工艺参数和曲线可以调用、转储；

3、炉气和氨裂解率测量：

除具备炉气自动控制和测量系统，还具备手工测量炉气氨分解率和氨裂解炉氨裂解率测量功能；

4、流量控制：

通入炉内的氨气、氨裂解气采用进口质量流量计进行流量控制；通入炉内的氮气采用高精度玻璃转子流量计控制，脉冲渗氮时保留一个质量流量计进行氨气的流量控制。

主要功能





5、炉压自动控制：

渗氮过程炉气压力可根据用户的设定值进行自动控制；采用伺服阀门通过电脑和PLC进

行控制；

6、快速冷却功能：

渗氮炉具备快速冷却功能。当渗氮结束后，采用鼓风机对炉子的加热体（炉膛外部）进

行鼓风冷却；采用通入大流量氮气对炉膛内进行快冷；

7、控制系统：

配备工业电脑和PLC控制系统；可同时控制多台渗氮炉同时生产；

8、过程控制：

配备进口技术的渗氮过程全电脑自动控制系统硬件；脉冲渗氮单独控制。

9、配备尾气裂解炉以解决废弃排放问题

主要功能





渗氮炉参数：

工作温度200-700℃有效加热尺寸：∅600X900氮势控制精度：Kn≤±1%氨分解率波动：±1%最大装炉量：600kg

检测结果：

按航标HB5429测量，炉温均匀性≤±3℃，属于Ⅰ类炉

渗层均匀性符合航标要求。

精密可控气氛渗氮炉炉温均匀性和渗层均匀性用户现场检测报告





可控渗氮应用实例

在某航空企业底装料式渗氮炉进行了精密可控渗氮工艺试验

材料为25Cr3MoA渗氮温度500 ℃渗氮层深度：0.15-0.20mm

0.20-0.25mm0.25-0.30mm0.30-0.35mm0.35-0.40mm

<0.30mm时无白层；≥0.3-0.4mm时白亮层≤4μm，金相组织符合HB5022-94航空钢制件渗氮金相组织检验标准5级内。

氮势控制如图所示，采用两段法控制氮势。第一段的氮势KN=5～10，第二段氮势下降到KN=0.5～1.0





试验编号 57 60 68 79 61 62

渗层深度mm 0.19 0.23 0.29 0.30 0.35 0.39

白亮层深度um 无无无 0.5~1 3~3.5 1~1.5

金相组织氮化索氏体+

氮化物3级

氮化索氏体+

氮化物3级

氮化索氏体+

氮化物3级

氮化索氏体+半连续细网状氮

化物4级


化物4级


化物4级

表面硬度HV10 934 962 960 1000 940 933

试样表面磨削量mm/磨削后表面

硬度HV10

0.018/831 0.026/892 0.05/907 0.056/998 0.061/920 0.08/907

试验后的结果





用户应用报告

设备自投产使用至今，应用该设备完成了重要的航空预研课题和新产品渗氮工艺研究任务，还完成了航空新产品渗氮工艺技术攻关研究并承担了航空新产品精密气体渗氮生产任务。分别扼要说明如下：1、科研课题1）应用该设备完成了航空“十一五”预研课题有关第二代先进航空齿轮轴承钢（M50NiL）精密气体渗氮工艺技术研究内容。2）该设备目前承担着航空“十二五”预研课题有关第三代先进航空不锈齿轮轴承钢（CSS-42L）精密气体渗氮工艺技术研究内容。已经取得初步的工艺研究成果。3）应用该设备完成了航空不锈钢制件的精密气体渗氮工艺技术研究。对于部分马氏体和奥氏体不锈钢制件可以不必使用酸洗、吹砂和使用氯化物等方法或措施即可在该设备上有效地实现表面渗氮，这对于不锈钢气体渗氮工艺是个技术突破。2、军品工艺攻关和批量生产

应用该设备完成了多个航空新产品中钢及不锈钢重要零件的渗氮工艺技术攻关，并承担了重要产品零件的批量化渗氮生产。特别是，其中某航空新产品拦阻钩头是产品的关键零件，该零件渗氮工艺攻关成功和批量生产，为该航空新产品的研制和试飞成功做出了重要的贡献。该设备使用至今，性能稳定、控制精密、工作可靠，为航空科研课题的顺利完成和航空新产品的工艺研发与批量生产起到了重要的作用，取得了显著的经济效益和社会效益。


主要技术指标1.控温精度：≤±1℃；2.最高使用温度：700℃；3.有效工作区炉温均匀性：≤±5℃；（按HB 5425规定检测）；4.炉气分解率控制精度：±1.0%；5.渗氮均匀性：满足HB5354-94要求；6.极限真空度：≤5Pa（实测）。

主要功能1.具有低压真空脉冲渗氮功能。2.流量、炉气压力和氮势等精密控制,实现精密可控渗氮。3.工艺过程全自动控制，具有工艺参数实时记录储存和打印功能，具有工艺数据的可追溯、调用、转储等功能。4.配有尾气裂解炉，环保排放。

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在石油钻井装备生产中，零件种类繁多，工作条件各不相同，技术要求不尽一致。另一方面，由于石油钻井装备产品的多样性，决定了热处理零件生产批量不大，品种较多，工艺多样，要求热处理设备适应复杂多变的热处理工艺。

宝鸡石油机械有限公司为了满足石油钻井装备产品的质量提升，保证产品具有良好的综合力学性能，购买了一条底装料立式多用炉生产线。

生产线主要由2台加热炉（中温炉和高温炉）、3个淬火槽（油、盐水和有机淬火介质）、2台回火炉（中温炉和高温炉）、1台自动清洗机以及电脑集成控制系统和全自动装卸料小车等部分组成。采用底装料立式多用炉生产线后，通过工艺改进，提高了生产效率和质量，降低了生产成本。


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F泥浆泵齿轮使用普通井式炉或箱式多用炉进行渗碳后先缓冷，待渗层检验合格后再进行二次淬火的工艺。现在底装料立式多用炉生产线上将这类零件渗碳后降温至淬火温度保温，然后直接淬火，从而使零件的热处理质量和生产效率都得到明显提高。

图11 F泥浆泵齿轮热处理工艺曲线

6.1 渗碳直接淬火代替渗碳+多用炉二次淬火的工艺



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特殊耐磨铸铁的热处理是钻井装备热处理关键产品，淬火温度高，硬度要求高，热处理畸变要求严。

在盐浴炉工艺要二次预热，工艺复杂，设备数量多，劳动条件差，质量不稳定。采用底装料立式多用炉生产线生产，取消两次预热，采用控制升温速度工艺，

接近奥氏体化温度以小于50℃/h的速度加热到温，保温后淬油冷却至常温，回火工艺参数不变。全部生产过程在底装料立式多用炉生产线上自动化完成。提高了热处理质量，改善了生产环境，提高了生产效率。

6.2 特殊耐磨铸铁淬火采取控制升温速率工艺，减少热处理畸变

炉型工艺硬度

（HRC)

变形量生产量

（单班）

盐浴炉需要两次预热

60 0.20 16

底装料炉

控制升温速度

65 0.15 20

表17 特殊耐磨铸铁管热处理质量检测结果


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高强度螺栓过去釆用盐浴炉加热淬油工艺，工人劳动强度很大，作业环境较差，不能连续测温控温，热处理质量一致性不好。淬火后釆用井式炉回火，工序转接繁琐。

在底装料立式多用炉生产线上，高强度螺栓保护气氛淬回火实现了自动化连续生产，热处理质量和效率明显提高。

6.3 高强度螺栓保护气氛淬回火自动化连续生产


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6.4 底装料立式多用炉有机淬火介质水溶液淬火，避免盐液污染淬火液

石油钻井装备中大量采用中碳碳钢和低合金钢制造重要受力件，热处理工艺是调质处理，一般采用有机淬火介质水溶液淬火，提高淬火硬度和淬透深度。

盘根引套热处理过去釆用盐炉加热，6% KR7280淬火液淬火，由于盐炉加热后工件淬火时不可避免的将部分盐液带入淬火液中，污染淬火液，影响热处理质量稳定性，增加了淬火液检查和控制难度，釆用底装料立式多用炉生产解决了盐液污染淬火液的难题。





6.5 底装料立式多用炉工艺适用性强，特别适合热处理零件品种多，工艺多样的热处理工艺。同时维护维修极为方便和节约时间。


根据宝鸡石油机械有限公司近年使用经验表明，由于底装料立式多用炉独特的结构设计，使得一台主炉就可灵活自如的应对多种复杂的热处理工艺，这也正适应了宝鸡石油机械有限公司的产品多、批量不大，工艺复杂且要求高等特点，这是其它多用炉所不具备的。

由于底装料立式多用炉热效率高和升降温速度快等特点，为设备的维护维修提供了便利和节约了大量停炉时间。发生故障时其它多用炉需要5至6天降温，底装料炉只需2至3天即可进入炉膛维修。由于炉子的结构特点，马弗罐和加热元件等炉子的多数零部件均可在较舒适的环境下进行快速维修和更换。




节能、环保、清洁热处理

盐浴炉和铅浴炉加热由于具有防止加热时氧化脱碳、加热速度快，生产效率高，可以选择油、水、硝盐等多种淬火介质，在热处理中应用普遍；但盐浴或铅浴对环境污染严重，能源浪费大，已被列为淘汰落后工艺和设备。底装料立式多用炉可以完全代替盐浴炉和铅浴炉，实现盐浴炉和铅浴炉的全部工艺，其质量还有提高，被工信部作为节能减排机电设备向社会推荐。底装料立式多用炉具有良好的环保措施：淬火时由于吹氮保护和迅速封闭淬火槽，减少了油烟排放。油淬火件清洗机有双塔溢流式废油收集装置，收集后集中处理和回收。盐浴淬火件清洗机有专有的废盐回收装置，经蒸发后返回使用。底装料立式多用炉生产线罩顶采用清洁型热处理油烟集排系统，实现无油烟排放。

底装料立式多用炉炉衬采用真空固化一次成型的耐火高的硅酸铝陶瓷纤维模块，一次加工成型，接缝少，砌筑方便。质量优良的金属炉罐倒置形式并与浇注炉塞密封良好，使炉气不接触炉衬和加热元件，炉罐内气氛变化小，转换快。所以该炉型表面温升小，空炉升温时间短，气体消耗少（比箱式炉少1/3~1/2)，节能效果明显。

对P500炉型，测试了空载状态下从室温升到950℃的升温速度，还测试了满载500kg状态下的升温速度。测试结果表明，P500空载状态下从室温升到950℃时间≤2h；满载500kg状态下后，950℃装炉炉温恢复到950℃的时间只要58min，充分显示底装料立式多用炉具有升温和炉温恢复速度快的特点。

对P500炉型进行了表面温升测试，测试结果如表18所示，从表18可以看出，炉子的表面温升最大为32.2℃,优于技术指标≤50℃。

工作温度/℃

热电偶位置测试温度/℃

室温/℃表面温升

/℃

950 炉顶（8） 51.4 21 30.4

950 炉壁（7） 32.2 21 11.2

950 炉壁（6） 36.7 21 15.7

950 炉壁（5） 53.2 21 32.2

表18 表面温升测试结果




可处理3米的长杆件

PTG炉

杆件在加热和淬火时零件始终处在垂直吊挂状态，最大限度地减少热处理变形。保护加热完成后能自动通过气体保护罩转移淬火，避免了氧化脱碳。

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PTG炉生产线示意图

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底装料立式多用炉生产线具有精密热处理设备的性能，可完全符合AMS2750D和GB/T 308252014

标准的要求，在薄层渗碳、少畸变热处理、提高强韧性综合性能热处理、精密渗氮、代替盐浴炉铅浴

炉和节能减排等方面具有明显的优越性。底装料立式多用炉生产线由于采用模块化生产组合，可实现

柔性化生产，用户可以灵活选择配置，适应各种不同生产规模和批量，适应多种精密热处理工艺的组

合。该设备具有完善的环保设施，可完全替代盐浴炉和铅浴炉，符合清洁节能精密热处理的要求。

CHINA联系人：常玉敏 13923267070E-mail：[email protected]

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8、结论




谢谢!Thank You!



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SOLO Swiss Furnace Profitherm - Chinese