热处理设备产业国外发展分析

第一节 国外热处理设备产业政策实施

美国能源部工业技术局和金属学会热处理学会以及热处理协会在上世纪末讨论和提出了美国热处理2020年设想和目标，热处理学会又于2004年公布了“2004年热处理技术路线图HTS修订稿”，该路线图提出了2020年美国热处理生产技术发展目标，以及为实现路线图目标和完成众多重点研发项目而采取的措施。体现了美国对作为基础工业领域中的重要组成部分──热处理产业的高度重视。

美国热处理技术发展路线图系美国金属学会热处理学会的紧急需求委员会于1995年在全行业的企划中进行全面调查开始，至2004年公布，历时约10年。该路线图以美国“未来生产技术计划”为研究背景，以“最优异的生产技术实践”达到“节约能源和提高劳动生产率的效果”为战略目标，为2020年美国热处理生产技术定位，其细分目标具体、层次高，研发项目基本涵盖了热处理和热加工的未来，技术支持系统强大高效，技术自主创新性强，其对“未来生产技术计划”的贡献的确是可以预期的。

美国热处理技术发展路线图的行动表明，美国等发达国家一直将热处理技术作为重要的核心技术和市场竞争力要素加以发展和保护，特别是热处理技术领域中以表面强化技术和以数字化为特征的信息化、智能化技术近几年来获得重大进展，因而这些国家的热处理技术总是处于领先地位，热处理产业在这些国家中的产业力量中均占有重要的一席。

第二节 国外重点国家或地区发展现状

一、美国

美国是世界上热处理设备技术较高的国家之一，美国通用GM的DELPHISaginawSteeringSystems热处理车间，是底特律GM公司的第5分厂的热处理车间。主要产品是轿车的传动器和转向器零部件，如半轴、十字轴、转向节、球头销等，年产250万套。其生产设备有美国Holcroft工业炉公司的4排大型连续式气体渗碳自动线l0条，其中6条用天然气加热，4条用辐射管加热。车间与冷加工车间连在一起，整个车间只有8人操作。

二、欧洲

英国Bodycote金属技术集团是世界性的专业金属服务公司，分金属热处理、热等静压、金属涂层和材料测试服务中心4个部门。在英国Birimngham有分部和Aldrige分部从事热处理服务工作。Birimnghaln分部是于1991年建立的较现代化的专业厂。有Ipsen公司1992年制造的全计算机控制的7台多用炉连续生产线，每台装炉量为1000kg，由一台计算机自动控制，日夜连续处理。该分部已获得ISO9002和英国BS5750-2认可，取得欧洲、日本和美国宇航工业、通讯、汽车、精密工程等部门的生产许可证。其员工31人，人均年产值达7．3万英镑(合100万元人民币／人年)。其渗碳件的收费为0．5～0．8英镑／kg(合7～11元人民币／kg)。该分部还有德国Schwing公司的3台流动粒子炉，炉温可达700～1100度，可进行碳氮共渗和淬火处理，自动化程度较高。

三、日本

日本东伸热处理株式会社，位于大阪府八尾市的本社工场，成立于1943年，进行气氛炉渗碳、无氧化淬火、真空和高频感应热处理。该工场实现了柔性生产体制。生产线由6台多用炉、5台回火炉、1台油槽、1台水槽、1台清洗槽、1台脱脂槽、1套备料台、1套料盘滚道、1个料盘旋转台、无人运料小车和1套2列18位4层的主体框架构成。该社工场于1997年7月通过ISO9002认证。

第三节 国外热处理设备产业新技术应用情况

1、保护气氛、控制气氛热处理和化学热处理

控制气氛热处理是热处理生产技术先进的主要标志之一。

1）其设备和控制特点为：(1)目前，热处理加热设备大多采用电能，操作和维护方便，但从能源利用率上看，应用一次热源的燃料炉，采用先进燃烧技术和充分利用余热，综合热效率可达80％，日本这方面应用较好。(2)减少炉子热损失和炉衬蓄热，充分利用余热，保证炉子密封性。(3)采用预抽真空密封多用炉，可取消火帘，节约燃料，缩短炉内排气时间，碳势恢复快，提高生产效率。(4)炉温均匀和气氛均匀性高，产品质量好。(5)采用氧探头和可编程控制器(PLC)碳控仪，可使碳势控制精度在0.05％C范围。氧探头的炭黑污染和气氛渗透会使其产生误差，德国Ipsen公司的Supercarb直生式气氛控制系统中增加氧探头定期清理措施，并采用一种补偿电极和特殊合金电极来克服这一弊病。(6)设备可靠，机械动作、电器元件、仪表、传感器、配套件正确可靠。(7)筑炉材料和工艺材料质量好。(8)具备故障自诊断系统，计算机屏幕显示，普遍采用触模式自诊断系统。(9)有的在采用氧探头控制气氛时应用两个传感器，借助第二个探头或红外CO分析仪监控。

2）直生式气氛渗碳技术将碳氢化合物和空气直接通人炉膛制取碳势可控气氛，目前是一条解决气源问题的重要途径。

3）可控高一氧化碳气体渗碳

这种方法于1999年由日本开发，可使渗碳时间缩短10％～40％，在一定条件下与真空渗碳相当，已愈来愈引起人们的重视，国内尚未见报道。

4）活性屏离子渗氮技术(ActiveScreenPlasmaNitridingTechnology)和低温气体渗氮和渗碳技术

活性屏离子渗氮技术是在真空室内放置钢制的网状圆筒，与直流高压负极相连接；工件置于网状圆筒内，真空室在通入渗氮气氛下发生辉光放电，对圆筒进行溅射轰击，产生高活性的和均匀分布的纳米粒子对工件进行渗氮处理。这种技术使工件得到均匀的辐射加热，避免正极与工件之间发生直接的辉光放电，从而避免工件边角处的过热和打弧。

据报道，法国Nitruvid公司的离子渗氮炉最大直径2500mm，高达7700mm，最大装炉量达7t，可处理7m的细长杆件。

2、感应加热处理

近25年来，感应加热的工业应用日益广泛，除感应熔炼、感应焊接和一些特殊应用外，主要有感应热处理和透热(包括半固态成形中料坯加热)。感应热处理有淬火、回火、去应力处理、退火、正火、球化和烧结等，据最新报道，还有液体介质感应渗碳。国外淬火设备重要的是满足了高效、自动化、重现性好的工艺要求，正在向成套、紧凑、在线、数控、柔性的方向发展。

3、真空热处理

世界上生产真空炉的厂家很多，美国、日本、英国、法国等都有产品在我国投入使用。德国Schmetz公司不断改进双室高压气淬真空炉，在结构上分开安置加热室和冷却室，提高了热效率，节能节时和减少污染。其他特点：(1)冷却和加热都采用双鼓风机(风扇)结构；(2)具有可自动控制的换气翼板；(3)具有密封隔热的热闸伐结构；(4)有自动控制的工件传送小车机构，运动于加热室和冷却室。该公司的双室高压气淬真空炉解决了高压气淬时的高压强气流循环冷却、加热室热流循环均热和加热冷却室之间的真空密封及隔热，产品的性能和功能优良，是近代优化设计的真空热处理炉的较好范例之一。

4、激光热处理

激光热处理分激光相变硬化、激光熔融、激光表面合金化、激光表面熔覆和激光冲击硬化等。

激光相变硬化的主要特点：(1)极快的加热和冷却速度(2)局部热处理，实现自激淬冷，不需要冷却介质，热影响区小，一般工件处理后畸变较小；(3)工件经处理后硬度比常规淬火的高，耐磨性好，尤其对铸铁，如工件表面发生熔融，可以获得极细密的莱氏体组织，耐磨性可提高3～4倍；(4)处理表面具有很高的残余压应力，可改善零件的抗疲劳强度；(5)处理过程易于自动化和计算机控制；(6)可以在大气中处理，工艺操作简单。工业上常用的激光源是CO2连续气体激光器，激光波长为10．6um，现在国内已有生产。激光束模式为多模。进行激光相变硬化的主要工艺参数是激光输出功率P，激光束斑直径D和激光的扫描速度。其他激光源还有准分子激光器和固体激光器，一般均以脉冲形式工作。此外，近十多年来半导体激光器得到了发展和应用，现在已有市售的4～6kW高功率半导体激光器件，水平与材料加工上的其他高功率激光器相持衡，其前景广阔。此外，近年来又出现了光纤激光器(fiberlaser)和蝶片激光器(disklaser)。

国外的激光器生产质量高，工作稳定，但一般用于激光切割、激光打孔更为适合。国际上，美国、法国和13本应用半导体激光器进行材料加工已相当普遍，国内的工作尚少有报道。

5、表面改性与复合处理

广义上讲表面改性是改变钢铁材料表面性能的处理，分改变表面组织和改变表面化学成分的工艺方法，所以渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗金属等属后者，感应加热、火焰加热、激光相变硬化、电阻加热等属于前者。不过一般讲的表面改性主要指表面涂层技术，应用气相沉积技术制取。

第四节 国外热处理设备产业发展预测

近30年来，国外热处理先进技术大量涌现。主要的表现和发展趋势为：

1、少无氧化和少无脱碳方面的热处理技术愈益普及和日趋完善；

2、低压渗碳、可控渗氮、表面改性等新技术不断涌现；

3、真空热处理和高压气淬应用日益扩大，清洁生产发展大大改善环境；

4、节能热处理技术获得发展；

5、热处理产品质量、精确生产愈益严格；

6、重视可持续发展、环保和治理；

7、计算机应用和控制技术进步；

8、热处理作业的自动化水平不断提高。