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1.1真空热处理炉

真空炉就是在真空状态下对工件进行热处理。在真空中加热可以防止工件的氧化蒸发抽真空时可以达到脱氧、脱脂的作用，但是会引起元素的蒸发，真空度越高，元素就越厉害。

建设工业共有四台真空炉和一台清洗机,其中有两台淬火炉和两台回火炉。最大量可达到500kg,使用温度在200-1300摄氏度之间可调。淬火炉中一台为气淬（3号），另一台为气淬和油淬（1号）均可，但主要用油淬。清洗机由5个槽组成，一个超声波清洗槽、一个热水清洗槽、一个超声漂洗槽、一个热水漂洗槽和一个热风吹干机。四台真空炉的加热方式为对流加热和辐射加热。使用对流加热时，由对流风机吹入氮气，使气体在炉内不断的循环加热。当加热温度在500摄氏度以上可以使用。真空炉系统可以进行光亮油淬或气淬以及光亮退火。可以对碳素钢、高速钢、轴承钢、模具钢、弹簧钢、不锈钢、合金结构钢及钛合金。

淬火炉内有两个室，分别为加热室和冷却室，并在两个室之间有闸板隔开。1号炉的冷却室下方有一个油池，加热完毕的工件在油池中淬火。3号淬火炉的工作过程是：工件加热完成后，打开阀门，由送料机构将工件送入冷却室，阀板立即关闭，并通入保护气体，使室内压力上升到一个大气压，通入冷却气体淬火。冷却气体通常用氢、氦、氩、氮，工厂内基本采用高纯氮。为防止工件和石墨加热组件的挥发，加热室抽成真空后，需通入一定的保护气体，保护气体为纯度.99%的氮气。

为了增加每天的生产量，用于淬火和回火的炉子是分开的。事实上用于淬火的炉子还可以用于回火。

为了安全，真空炉工作时，人不要站在炉门正前方。

进入真空炉处理的工件，（别是零件上有凹槽的零件）在进炉装箱时，需要正确的摆放。如果摆放不正确，在淬火时，淬火油会进入凹槽内而出不来，如此下去，油槽内的油将会迅速减少。

在工厂内，每天需要对设备进行记录，一份为原始记录，另一份为正式记录。记录每天所加工的零件名称及代号、加工数量、以及零件的热处理工艺。除此之外，还需记录每一台设备的运行情况，当设备出现故障时，还需记录下何时出现故障，何时修好。

在工厂内，我看到一些用于真空热处理炉的零件，如枪管，其材料为30SiMnMoVA,热处理工艺为:将工件加热990摄氏度进行保温150分钟后淬火，回火时，将工件加热到420摄氏度，保温120分钟。还有机头体、拉克钩等的热处理工艺。对某些零件在制定热处理工艺时，还要考虑到零件的硬度要求。

图1.1 真空炉 1.2金相检验

零件热处理完成后，需要对其检验，包括组织的检验以及性能的检验（主要是硬度测试，因为一般硬度合格时，组织便是所需要的组织）。金相检测时，首先需要进行制样。样品一般为成品零件中挑选几件，然后切下零件的一部分进行制样。工厂内所用的磨制金相的方法与学校实验室的金相制作有很大不同。首先工厂内只用了两种粗糙度不同的砂纸，其次工厂内将砂纸剪成圆形，放入抛光机内，启动抛光机，只需将样品放入抛光机内，与抛光时一样的操作就可以将样品表面磨平，其他操作与实验室内的一样。

由于一定的组织，对应一定的硬度，所以，在工厂内，首先需要对其进行硬度检测，一般使用洛氏硬度。对每一样品，需要一份记录。对于渗碳件而言，包括心部铁素体、残余奥氏体及表面马氏体的级别。而对于正火件，需要检测是否有带状组织、贝氏体、魏氏组织及晶粒度的检测。对于淬火件，不允许表面渗碳、脱碳。

图1.2贝氏体 图1.3 淬火心部组织

图1.4 内管心部组织上贝氏体 图1.5 渗碳

图1.6 正火 带状组织 图1.7 正火前 锻造组织

带状组织是材料显微组织的两相或相组成物呈方向性的交替分布，常见于亚共析钢。产生的原因有二：一是热轧（再结晶温度以上）时钢内存在的偏析组织或含量较高的非金属夹杂物沿压力加工方向呈带状，再结晶时成为铁素体（F）非均匀形核的核心，形成带状铁素体，形成的珠光体（P）也成带状；二是热轧时停锻温度在两相区，铁素体沿流动方向呈带状结晶，使奥氏体（A）也成带状，所以转变成的珠光体也成带状，因这种原因形成的带状组织可用正火或退火消除。

带状组织存在的危害是带状组织的存在使钢的成分不均匀，并影响钢材性能，使得钢材形成各向异性，降低钢的塑性、韧性和断面收缩率，造成冷弯不合格、冲击废品率高、热处

理时钢材易变形等后果。

1.3底装多用炉生产线

底装多用炉生产线由2台保护气氛淬火炉、1个油槽、1个等温盐槽、2台氮气保护高温回火炉和2台低温回火炉组成及1台油槽清洗机、一台盐槽清洗机及料车组成。其最大加工量只有80kg，一般用于小件的热处理，如细杆件、薄皮件。使用的最高温度达到1050摄氏度，可对各种材料的工件进行淬火、回火、渗碳、碳氮共渗、正火、退火等。淬火时可以可以是油淬、水淬、气淬、等温淬火机分级淬火，除此之外还可以进行可控气氛的脱碳、发黑处理、后氧化、氢氮话发黑处理工艺。

底装多用炉生产线特别对应于多品种、小数量、多种工艺要求的产品。特别适合需渗碳的零件，其渗碳层可达到0.01-0.05mm。底装多用炉生产线具有灵活性好、自动控制、热处理后零件无氧化、无脱碳、表面光亮、组织均匀性好的优点。

1.4密封多用炉生产线

密封多用炉生产线由一台真空清洗机、一台可控气氛淬火炉、两台氮气保护气氛回火炉组成。其使用温度最高可达950摄氏度，每次最多可加工1000kg,可以对各种材料产品进行气体渗碳、以及可控气氛下的其他热处理。由密封多用炉生产线处理后的零件表面少或无氧化、无脱碳层、光亮性好、无腐蚀和裂纹，零件变形小，组织均匀性好、渗碳层均匀。缺点装料及下料较费人力。密封多用炉在使用中常用气体有氮气、天然气、空气、丙烷、氨气等。排除后的气体需要在炉体上引燃，并且有特定的系统将燃烧后的气体排出厂房内，避免造成厂房内的污染。

1.5网带炉生产线

网带炉生产线由上料机构、前清洗机、1台网带淬火炉、后清洗机和两台网带回火炉组成。其最高使用温度为950摄氏度，生产效率为180kg/h。可对中低碳结构钢、合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、碳素工具钢等材料的零件进行热处理。可进行淬火、回火及渗碳。通过对炉内碳势的控制，使生产的零件具有表面光亮、无脱碳层、五氧化皮、组织均匀号的特点。

网带炉生产线淬火的碳势一般控制在与工件表面含碳量相近。过高会造成渗碳，过低会造成脱碳，如果造成渗碳或脱碳，均为不合格产品。网带炉生产线最大的缺点是变形量大，为了减小变形，对于每一种零件都有固定的排料方式。每一种特定的转炉方式都是通过长期的实验而得到的。

1.6高频感应淬火、退火机床

高频感，应淬火机床及退火机床主要用于小件的局部退火和淬火。对于局部需要高硬度、

高耐磨性的零件采用高频淬火。有的零件在淬火及回火后，局部需要一定的韧性，采用高频退火（退火），如枪上的刺刀，在刀柄处需要良好的塑韧性。大部分零件在淬火或退火时都需要专用的夹具。

1.7工艺

热处理的三个关键过程是加热、保温和冷却。

加热时，零件易发生氧化，特别是在空气中加热时。所以加热时应采取措施防止零件的氧化，对于不同设备，有不同的方法。在加热过程中，除了氧化外，产品还可能产生氢脆。下表为加热过程中产生缺陷的种类和防治措施：

表1.1热处理加热过程中产生缺陷的种类和防治措施 缺陷 氧化 加热介质 空气 火焰炉燃烧产物 保护气氛 盐浴 氢脆 高氢保护气氛 防止措施 涂涂料 不锈钢密封加热 埋入硅砂+铸铁屑中 调节燃烧比使略带还原性 燃烧产物净化 惰性气体 调节合理的CO/CO2、H2/H2O比 优质脱氧剂脱氧、除渣 真空 低氢气氛 碳氮和氮碳共渗后入盐浴炉加热 在室温下自然回火 在冷却过程中，由于零件的表面和心部的冷却速度不一致，从而产生了热应力和组织应力。当热应力和组织应力不能完全抵消时，冷却后而存在于材料内成为残余应力。由于残余应力的存在，在淬火后，工件会发生变形或开裂。预防措施：减少或控制淬火应力以及材料的方向、分布、控制原材料等。除了残余应力会造成淬火变形，其本质是由于杂质等的存在，内部存在微裂纹，当这些裂纹被方放大后，便造成开裂。减小淬火开裂倾向的措施有采用双液淬火、等温淬火、亚温、分级淬火、预热等。在工厂内，对于有经验的工人，他们常采用的方法是在工件外抹肥皂、缠石棉等来减小变形、开裂的倾向。如果零件的结构形状已无改善余地，可改用淬透性好的材料，或用缓和的冷却介质。当零件的刚度差，加热或冷却时可设计专用夹具来防止变形，如细长杆件。

零件的表面状态对热处理的工艺性也有影响，特别是对冷却过程的影响。当零件表面粗糙值越低，淬火冷却时的气膜不易附着，冷却均匀，可减小变形。零件表面的刀痕较深部位不合适也可能导致开裂。

在冷却过程中，除变形和开裂外，还有氧化、脱碳、温度控制不当引起的过热、过烧、硬度不足以及原材料的组织大及不均、零件表面被污染引起的软软点等。

淬火时还能出现淬不透。当出现淬不透时，应从以下几点考虑：（1）工艺参数是否合适。(2)淬火油冷却特性是否安全。（3）搅拌速度是否安全（4）原材料的淬透性。（5）淬火转移时间。（5）电机转速是否与实际一致。（6）淬火油冷却能力是否满足要求。（7）装炉量(8)工艺执行情况是否与要求一致。（9）淬火介质是否满足淬透性的标准。（10）零件表面脱碳（11）炉温均匀性。

在回火过程中，可能产生的缺陷有硬度不合格、畸变、回火脆性及网状裂纹等。 工厂内除常用的整体热处理外，还有表面热处理和化学热处理。化学热处理中的渗碳也是较为常用的热处理。用于渗碳的设备有网带炉、多用炉等。下表为渗碳过程中产生的缺陷及防止措施：

表1.2渗碳件常见缺陷及防止措施 缺陷形式 表面粗大块状或网状碳化物 表层大量残余奥氏体 形成原因及防止措施 返修方法 原因：渗碳剂活性太高或渗碳保温时间过1. 降低碳势气氛下延长保温时长 间；重新淬火。 措施：降低渗剂活性，当渗层要求较深时，2. 高温加热扩山后淬火 保温后期适当降低渗剂 活性。 淬火温度过高，渗碳体中碳及合金元素含量较高。 措施：降低渗剂活性；降低直接淬火或重新加热淬火的温度 1. 冷处理 2. 高温回火后，重新加热淬火 3. 采用合金的加热温度，但重新淬火。 表面脱碳 渗碳后期活性过分降低。气体渗碳炉漏气；1. 补渗。 液体渗碳时盐酸含量过高；在冷却途中及2. 喷丸处理（适用于脱碳层小淬火加热时保护不当；出炉时，高温状态于0.02mm） 在空气中停留的时间过长。 原因：渗碳介质中的氧向钢中扩散。淬火后出现黑色网状组织。 措施：控制炉内介质成分，降低氧含量，提高淬火冷却速度；合理选材。 提高淬火温度，适当提高淬火保温时间，使奥氏体均匀化，并使用较快淬火冷却速度。 表面非马组织 反常组织 当钢中含氧量较高（沸腾钢），固体渗碳时，提高淬火温度或适当延长保温渗碳后冷却速度过慢，在渗碳体出现过共时间，使奥氏体均匀化，并使用析网状渗碳体的周围出现铁素体。 加快淬火冷却速度。 淬火温度低或重新加热淬火保温时间不等 按正常工艺重新加热 原因：炉温低，渗剂活性低。炉子漏气或渗碳盐浴成分不正常。 措施：加强炉温校验及炉气成分或盐浴成分的监控。 补渗。 心部铁素体过多 渗层深度不够 深层硬度不均匀 炉温不均匀，炉气循环不良，升温时工件表面氧化，炭黑在工件表面沉积；工件表面本事存在氧化皮，固体渗碳时渗碳箱内温度差大。 原因：渗剂等在工件表面熔化，液体渗碳后工件表面粘有残盐、氧化皮、硼砂等重新加热吹火后引起腐蚀。工件高温出炉不当引起氧化。 措施：仔细控制渗剂盐浴成分，对工件表面及时清理，清洗。 表面碳浓度低或表面脱碳；残余奥氏体过多或表面形成托氏体。 渗碳后慢冷时组织转变下不均匀所致。 报废或降低使用。 表面腐蚀和氧化 报废。 表面硬度低 开裂 1.表面碳浓度者用补渗。 2.残余奥氏体过多者采用高温回火或淬火后补一次冷处理。 报废。 常用的化学热处理，除了渗碳外，还有碳氮共渗。碳氮共渗以渗碳为主，其工艺方法与渗碳基本相同，但由于氮原子的深入，碳氮共渗又有一些不同于渗碳工艺的特点。碳氮共渗的处理温度低，所以工件的畸变量小，而且还可以降低能耗。碳氮共渗的工件具有较好的淬透性和耐回火性、较高的疲劳强度和耐磨性能。

碳氮共渗的初期具有较快的深入速度，共渗层控制在0.2-0.75mm,表面含碳量大于0.6%，含碳量约为0.1-0.4%。

碳氮共渗所用材料和渗碳类似，但由于碳氮共渗温度较低，深层较薄，所以碳氮共渗用钢的含碳量更高。当渗层深度小于0.3mm时，钢的含碳量可达到0.5%。常见的碳氮共渗用钢有40CrMn/40Cr/40CrNiMo/40CrMnMo等。除了渗碳可能出现的质量缺陷外，碳氮共渗还可能出现大量氮化合物、黑色组织等质量缺陷。

2.表处理

简单的说，表处理是指改变对象的表面，从而使表面具有新的性质。表面处理的作用和目的有三个：一是提高零件的耐蚀性，使其表面与腐蚀介质隔开；二是达到防护装饰的效果；三是修复已经受损的表面。除此之外，经过表面处理的零件后，还可以有其他的效果，如增加零件的耐磨性、反光性、导电性、焊接性等。

在建设工业，有枪管镀铬工艺、小件镀铬工艺、钢件氧化工艺、阳极氧化工艺、黑色磷化工艺、灰色磷化工艺、补黑色磷化工艺、补氧化工艺等表面处理工艺。表面处理工艺的基本流程是：上架 前处理 表面处理 后处理 下架。

前处理的目的时使材料露出真实的表面和消除内应力及其他特殊目的。前处理主要有抛光、刷光、喷砂等几种。前处理的主要操作是去除工件表面的油脂、氧化物、内应力等。

除油分为溶剂除油和化学除油。小件镀铬化学去油前的除油和喷漆前的除油等是溶剂除油。公司原先采用汽油除油，因其对工件表面厚重的油污去除能力强，所以过去应用较多，但因为汽油为易燃易爆物品而存在较大的安全隐患，所以现在多采用FD-510-2。化学除油主要是借助于皂化、乳化、分散、溶解等作用来去除存在于工件表面的动植物油和矿物油，可采用各种牌号的无磷脱脂剂除油，但需要将游离碱度控制在13-25点。因为盐酸、硫酸和硝酸等具有很强的溶解金属氧化物的能力，它们可以用来除去工件表面的锈层、氧化皮以及一些其他的腐蚀产物。非镀铬钢件的镀铬前的除油用盐酸；镀铬钢件的镀铬前的除油用硫酸；而铝件一般用硝酸酸洗。

2.1小件镀铬

小件镀铬的工艺流程：质检 分组 前处理 上架 清洗 活化 清洗 镀铬 回收 清洗 中和 清洗 烫干 下架 自检 去氢回火 后处理 检验。

镀铬时，先将零件放到镀铬槽中预热1-3分钟，然后反镀0.5-3分钟，反镀时的电流密度应与正镀时保持一致。反镀转向正镀时，需要电冲1-3分钟，然后再将电流缓慢降致规定的电流。（电冲电流是正镀电流的1-2倍，DK值是理论计算值，在操作时，因注意电流与电流密度的关系。）

若镀铬过程中停电，不同的情况有不同的处理方法。当镀铬时间以超过正镀时间的二分之一时，进行补镀；光洁镀合格的零件尺寸偏小的也可进行补镀。补镀时，应在5-10分钟内将电流密度由15A/dm2缓慢升至规定的电流密度。需要注意的是，补镀时间应从电流密度达到规定的正常电流算起。另外，当镀铬时间没有达到正镀时间的二分之一时，应退铬后重镀。

由于镀铬液对设备的腐蚀性很大，需要每天对阳极进行清洗。清洗方法是：将阳极放入沸腾的含10-15%的氢氧化钠溶液中，侵煮10-20分钟，然后在流动的自来水中清楚干净。镀铬后需要立即进行去氢回火，时间不得超过4小时。

图2.1 活塞杆镀铬后

镀铬后需要进行外100%的观检测。镀铬部分铬层为均匀的、完整的银白色铬层。当出现颗粒、烧焦、脱皮等时为不合格产品。对于非镀铬部位，（特别是需要装配的部位，镀铬后会影响尺寸的精度，影响装配。）应使用胶布等进行保护。镀铬后，应由机加提供的量具进行测量检测。

2.2铝及其合金的氧化

通过电化学作用使铝及其合金的表面形成致密的氧化膜，从而达到保护基体的作用，称为阳极氧化或阳极化。主要工艺方法有：铬酸阳极氧化、硫酸阳极氧化和草酸阳极氧化。建设工 业的阳极氧化生产线主要采用硫酸、低温的硬质阳极氧化和普通的阳极氧化工艺，可以做本色和黑色两种外观色。加工后零件具有耐蚀性好、硬度高、耐磨、光候性强等优点。

阳极氧化的工艺流程：上架 去油 清洗 弱腐蚀 清洗 出光 清洗 阳极氧化 清洗 带水检验 清洗 染色 清洗 封闭 清洗 烫干 烘干 下架 质检 浸油 煮油 检验。

阳极氧化的工艺流程中需要注意以下几点：

（1） 装架前，选用专用夹具并打磨其导电面。装架时，应保证零件与夹具接触紧密，以满足导电要求。

（2） 进行硬质阳极氧化时，应严格控制氧化的电流密度：初始电流密度为0.5A/dm2，每隔5分钟调整一次，在25分钟内缓慢升至3A/dm2。在操作过中，应

注意电流的变化，当电流出现突变时，应立即关闭电源，检查槽中零件，排出故障后，再进行氧化。

（3） 进入去油、弱腐蚀、出光槽后，都要将盲孔内的倒净后并且清洗并且清洗干净。压缩空气搅拌前，要将油水分离器阀打开，放掉油污和水分，以免油污污染阳极氧化槽，影响氧化层的质量。

（4） 阳极氧化槽中悬挂的阴极板与零件表面积之比不小于1.5:1，工件阳极氧化出槽后，应在干净的流动的自来水漂洗1-3分钟再染色。阳极氧化及染色、封闭后的清洗槽应专用。

2.3钢铁零件的磷化

钢铁件在含锌、猛、钙、铁等活泼碱金属的临时盐溶液中化学处理，使其表面生成一层不容于水的磷酸盐薄膜的过程，称为磷化处理。常用的灰色磷化和黑色磷化，其中灰色磷化的防腐性能差，一般用于减摩润滑或作为涂漆底层。

黑色磷化的工艺流程：上架 去油 清洗 酸洗 清洗 表调 黑色磷化 清洗 煮肥皂 烘干 煮油 沥油 下架 检验。

黑色磷化需要注意以下两点：

（1） 不合格磷化件允许返修二次，返修件在除膜、酸洗过程中，在规定的时间内，反复除膜酸洗次数不能超过三次。

（2） 对基体尺寸要求特别严格的零件，外观不合格的只返修一次，第二次返修浸酸15秒后重新磷化；对基体尺寸有要求的零件，要对来件尺寸抽验；弹簧进行黑色磷化时不酸洗、不退膜；原则上，枪身补磷化不浸酸，要避免铝件空心销入槽变色。

2.4钢铁零件的氧化（发蓝）

钢铁零件的发蓝是指将钢铁浸入含亚硝酸钠的浓氢氧化钠溶液中，在100摄氏度的高温下发蓝处理，发蓝膜的成分主要是磁性氧化铁（Fe3O4）。

钢件氧化工艺流程：上架 去油 清洗 预氧化 清洗 酸洗 清洗 氧化（1） 清洗 氧化（2） 清洗 氧化（3） 清洗 烘干 煮油 沥油 下架 检验。

外观检验：氧化膜的色泽：碳素钢应为黑色或微带蓝色黑色；合金钢允许带紫红色至黑褐色；铸件允许灰黑色；非外露部位的表面，允许有黑暗色（不得有红绿色）；孔、槽深处允许色泽稍浅。不同的加工方法、不同的光洁度表面以及焊接、局部淬火、不同的热处理表面（渗碳、渗氮、抛光、不抛光、脱碳）、深孔等部位的氧化膜色泽允许有差别。