热处理设备产业技术发展分析

第一节 国内热处理设备产业主要技术成果

2008年，全国热处理加工厂、点(企业、分厂、车间、工段)总数约16，000个，目前热处理加工市场现有服役热处理设备约18万台，其中电炉占90％左右，可控气氛、真空炉、感应炉等少无氧化设备占比20％以下，多数企业仍主要采用普通箱式炉、井式炉、台车式炉、盐浴炉生产。2008年全国热处理加工量2400万吨，其中专业热处理加工占全国热处理加工量的20％，专业热处理加工量约为480万吨。按照各种热处理工艺平均热处理价格(每吨工件1800元)计算，专业热处理加工市场收人为86．4亿元。

2008年专业热处理加工的平均设备利用率约为70％，在此情况下，专业热处理加工销售净利润率在15％左右。影响专业热处理加工利润的主要因素有客户类型及对质量要求、加工处理设备的利用率、加工工件的平均价格、加工成本等。2008年，面向航空、高端汽车零部件、精密机械零部件等客户的真空热处理加工业务销售净利润率较高，超过30％，而普通渗碳淬火、调质、退火、正火等普通热处理加工业务销售净利润率在10％附近。加工成本中占比重最大是电力，电力成本占热处理销售收入的30％左右，影响电力成本占比的主要因素是热处理加工设备能耗指标和生产效率，中高档热处理设备的能耗指标低、生产效率高，低档设备的能耗指标高、生产效率低，且对环境污染较大。全国热处理平均能耗约730KW•h／t，专业热处理加工平均能耗约550KW•h／t，与发达国家能耗及劳动生产率指标依然有很大差距。

第二节 国外热处理设备产业主要技术成果

1、全自动热处理生产线

为了使工件在生产线上自如地完成整个所要求的热处理工艺过程，被特定设计的连续炉相互连接沟通。炉膛内可多方位贯通，并可使工件料框90。角转入下道加热区或过渡保温箱，经传送抵达下一工序或进入冷却室冷却。这种炉体结构和传送装置都具有相当高的水平。以可控气氛箱式炉为例，为满足渗碳、碳氮共渗、氮碳共渗、淬火或光亮淬火、等温淬火等热处理工艺的实施，料盘和料架上的工件以冷链驱动的方式自动送入、通过和送出炉膛，在各自的炉子中完成所要求的工艺。箱式炉与相应的计算机辅助测量、控制与调节系统连用，形成各个独立的模块单元，易于相互连接，构成完善、灵活、组合式自动热处理系统。

2、高压气淬密封箱式炉和多室贯通式密封箱式炉

高压气淬密封箱式后室为密封箱式炉结构，前室进行高压气淬。工件在后室保护气氛中无氧化加热或在渗碳气氛中渗碳，在前室进行无氧化光亮淬火。后室炉衬为氧化铝和保温陶瓷纤维，发热元件为卧式并联电热辐射管，顶置炉内热风循环风机，保护气氛可采用甲醇或氮气；前室中部为工件气淬室，下部为进气管道，上部为冷却回风热交换器。前室外侧安装变频调速大功率风机，通过氮气或氦气的快速循环使工件冷却淬火，淬火冷却速度可通过调节风机速度控制。经高压气淬后的工件无氧化、表面呈银灰色，变形小，避免了油淬后所需的清洁等工序。

3、高压气淬推杆炉生产线

在推杆炉出口端，密封连接高压气淬室。工件运行到气淬室时，可采用高压氦气或氮气淬火。为了降低成本，可采用空气高压气淬，由于淬火时间极短，工件不会出现氧化皮，仅表面呈浅黑色。

4、安装有外加热和风冷的离子渗氮炉

炉体为井式钟罩结构，WDS炉衬保温，不锈钢真空罐罩式单层，外壁安装三区三层密闭式发热元件，使炉温上中下均匀一致。炉体分上中下安装3台侧风机，三区独立热风循环送风，工作时挡回风道封闭，热风只能在炉内加热层内循环，达到炉温均匀的目的。工艺完成停炉时，回风道开启，冷风在上中下三区同时送入加热室夹层，使炉体快速冷却，很短时间即可出炉。炉底座为连体式双座，液压升降立柱在二个底座之间可左右旋转，将炉体提升后旋向另一个已装好料的底座，这样一炉双座，可提高生产效率。

第三节 热处理设备产业技术研究热点

上世纪90年代以来，出现了许多新技术，如高压气淬和超高压气淬，真空清洗，高温超高压真空热处理，具有双对流循环系统的真空高压气淬炉，燃气真空炉，流态化真空炉，热壁式真空渗碳炉，连续式真空炉等。预计，未来的金属加工会更依赖于真空技术。据估计，在20世纪末，工业发达国家真空热处理炉约占热处理设备的23％，真空热处理也是近几年各国研究的热点之一。

复合热处理是一个很活跃的技术领域，国外早在上世纪70～80年代就有人研究了。现在主要有表面热处理与化学热处理的复合处理，表面热处理与表面形变强化(如喷丸)的复合，表面镀覆与表面热处理的复合。经过复合处理后，材料获得了兼有两种处理后的独特性能。国内学者应用喷丸使零件表面纳米化然后进行渗氮，可以将渗氮温度降低至约350℃，并获得很好的性能，这一工作得到国外同行的极大重视，这也是一种复合处理的特殊范例。