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熱處理行業現狀(一)

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熱處理行業現狀(一)

發布日期:2018-07-24 作者: 點擊:

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2.1 熱處理行業現狀
  據中國熱處理行業協會在制訂國家熱處理行業“十一,五”規劃時的調查,2003年我國的熱處理概括起來有以下幾方面的基本情況:
2.1.1 企業總數
  全國全能企業熱處理廠、分廠、車間、股份制、民營熱處理企業約15000家。其中全民所有制企業約占80%,有12000家;個體民營和股份制企業占20%,約3000家。由于内地許多地區在進行國營中小企業改制,華東、華南沿海城市民營企業仍在不斷湧現,也有不少外資企業準備在沿海城市設熱處理加工廠,“十五”後期民營與股份制企業總數仍會繼續上升。
2.1.2 熱處理員工總數
  按全國熱處理廠點15000家,每家平均員工25人計,全國員工總數約37萬人。其中,企業技術人員比例平均 為8%,約37萬人;管理人員約9%,約3.3萬人。
2.1.3 熱處理加熱設備總數
  按企業數占全國企業總數的5%計,反算得出的全國熱處理加熱設備(以75kW為一标準台)約15萬台,裝機容量11×106kW。
2.1.4熱處理生産能力
  設每台設備平均生産率為100kw/h,全國平均1.5班工作制,15萬台加熱設備的年生産能力近45×106t。
2.1.5熱處理能源消耗
  設熱處理加熱設備的平均利用率為30%,全國平均1.5班工作制,15萬台設備的每年實際熱處理生産量為13.5×106t,消耗電總量為9.9×109kW.h。
2.1.6熱處理年營業額
  在調查中,熱處理加工的平均價格為2.30元/kg。按全年實際産量13.5×106t計,全國熱處理年營業額約310億元。若以平均利潤率10%計年創利潤總計30億元。熱處理行業增值稅率平均達12.5%,每年向國家納稅約39億元。
2.2 科研、開發和新技術應用成果
2.1 物理冶金基礎研究的進展
  結合新工程材料的研究和發揮已有材料的潛力,上海交通大學開發了金屬相變理論和強韌化機理的研究,對馬氏體、貝氏體的組織形态、精細結構、預相變機制,形狀記憶合金與超塑合金中相變機制都進行了深入研究。控制滲碳、滲氮和熱過程溫度、應力場的計算機模拟也是上海交通大學上世紀八十年代以來工作的突出方面。
  西安交通大學為根據機器零件服役條件及失效形式正确評價選擇材料,長期開展關于材料宏觀性能、微觀組織及其相互關系的研究。周惠久教授提出了小能量多次沖擊理論用以修正一些材料評價和選用的準則。結合低碳馬氏體在生産中的應泛應用,取得顯著成效。
  哈爾濱工業大學多年來在雷延權教授領導下堅持了金屬形變強化的理論和實踐的研究,對一定溫度和形變度下的金屬再結晶規律,形變熱處理後不同組織和性能之間叛亂紗有許多重要結論,并在此基礎上引導和開發了一系列變化學熱處理方法。形變熱處理應用的典型例子是汽輪機葉片和柴油機連杆的鍛後餘熱淬火,既可節約電能,又能提高性能。哈爾濱工業大學還在金屬基複合材料、雙相鋼、銅基和鐵基形狀記憶合金和陶瓷韌化以及金屬和合金的離子鍍和離子注入等方面取得了突出成就。
  北京科技大學在低合金高強鋼、微合金鋼的理論和實踐,控制軋制,非晶态材料稀土元素在鋼中作用以及金剛石薄膜沉積等方面開展了系統研究,所得在果在冶金行業獲得實際應用。
  特别應指出的是柯俊教授早期提出的貝氏體無擴散切變機制、和阿隆松的擴散一台階機制在國際上成為分庭抗禮的針鋒相對觀點。徐祖耀、康沫狂、俞德剛等人在貝氏體相變理論和開發貝氏體鋼以及貝氏體等溫處理方面都有突出貢獻。
2.2 熱處理生産技術的進步
2.2.1 滲碳技術的進步
  滲碳是汽車拖拉機工業應用最廣的工藝方法之一。50年代實現了從固體滲碳到井工爐中滴入液體滲劑的氣體滲碳的過渡,改善了産品質量,提高了工效。60年代初研制成功LiCl露點儀以後,首先在井式滲碳爐上實現了滴入甲醇和丙酮的可控滲碳。在掌握了吸熱式氣氛制備方法和研制成功密封滲碳爐以後,用露點儀實現了密封滲碳爐的碳勢控制。60年代末期研制成功紅外線二氧化碳分析儀。為了提高碳勢控制精度,在70年代推廣了紅外儀,主要用于井式爐的滴注式滲碳。目前用滴甲醇和煤油方式的可控滲碳已達到相當普及的程度。尤其是在70年代末、80年代初大量引進滴注式密封滲碳爐和多種微處理機可編程序控制器碳勢控制儀問世以後,在密封多用爐上也廣泛應用起來了。
  由于往爐中滴入甲醇和煤油,爐氣中的一氧化碳成分不穩定,甲烷含量也達到1%~2%程度,隻用二氧化碳紅外儀的單因��控制是很達到±0.05%的控制精度。為此,便研究開發出了二氧化碳、一氧化碳和甲烷的多因素碳勢控制的儀器和方法。
  因為制備吸熱式氣的原料——天然氣和液化石油氣供應緊張,而大量使用甲醇,生産成本高,迫使工業生産尋找别的出路。碳分子篩變壓吸附制氮(PSA法)技術的出現為解決這個難題創造了條件。80年代初期,研制成功國産碳分子篩制的同。随後用氮基氣氛、甲醇和乙酸乙酯(或煤油)的合成氛滲碳法便應運而生。與此同時,引進了氣氛微量氧(氧勢)測量、控制技術和儀器。目前應用氮基合成氣氛和氧探頭的爐氣控制技術的滲碳、用微處理機控制碳勢和滲層深度的方法已在生産中得到廣泛應用。個别工廠還引進了Supercarb直生式滲碳法的設備和工藝。目前在汽車、摩托車、工程機械、軸承、齒輪、緊固件行業的可控滲碳、碳氮共滲、氮碳共滲技術已達相當普及程度。
  上世紀80年代以來,本土設備制造企業已能成系列生産密封多用爐、推杆連續爐滲碳、淬火、清洗、回火生産線和網帶爐生産線。應運而生的尚有與之相配套的碳勢和工藝過程自動控制系統的商品生産供應。1990年代以來,國際知名設備制造企業相繼在國内建立合資,獨資生産廠,為熱處理企業提供了可靠性高,價格可以接受的先進設備。為此,也刺激,提高了本土設備制造廠的制造水平,為近十年大量湧現的民營,股份制專營熱處理加工企業和國營大廠的熱處理技術改造和設備更新創造了好的條件。
2.2.2 真空熱處理技術的普及
  1970年代開始研制油、氣淬火冷卻的冷壁式真空熱處理爐,1980年代成系列地批量生産。目前本土制造企業已能成系列地提供真空加熱、油氣淬火爐、低壓滲碳爐、1MPa(10bar)高壓氣淬爐、真空燒結爐、和釺焊爐。真空淬火、高壓氣淬爐的最高溫度可達1350℃,真空燒結爐最高可達1800℃。各種爐種和爐型的産量在200台以上。近幾年航空工業和模具工業的發展對真空熱處理爐、真空釺焊爐,特别是真空加熱高壓氣淬爐有大量需求,推動了真空設備制造業的興旺。低壓滲碳和高壓氣淬技術的結合,為車輛齒輪的延壽、減畸(變)和降噪提出了新的途徑,而體現此先進技術的半連續式生産線的開發為大批量生産的汽車齒輪熱處理的技術改造提供了可能。在新世紀之初、國内已有數家汽車、柴油機齒輪制造廠引進了此類設備和生産線。
  由于模具對表面質量和畸變的高要求,真空高壓氣淬已幾乎成為模具熱處理不可替代的技術。目前在華南和華東沿海,稍具規模的民營熱處理加工企業都擁有至少一台0.4MPa(最多的有6台)的真空加熱高壓氣淬爐。在切削刀具行業,數控和加工中心的廣泛應用,強烈要求刀具具有高的質量和長的壽命、城市的環保也對熱處理提出更嚴格要求,真空加熱高壓氣淬也因此成為高速鋼刀具熱處理替代鹽浴加熱淬火的首選工藝。
2.2.3 感應加熱的廣泛應用
   感應加熱技術在汽車、拖拉機、發動機工業中得到廣泛應用。在汽車制造中有200多種,近50%重量的零件采用感應加熱淬火,例如曲軸、半軸、凸輪軸、刹車凸輪、轉向節、變速導塊槽口、氣門調整螺栓,進排氣閥端頭、球頭肖等。其中東風汽車公司半軸的橫向磁場加熱淬火是最具代表性的先進技術。利用橫向磁場的矩形感應器實現了半軸表面和圓角的一次加熱淬火,使生産效率提高數倍、半軸的抗彎扭疲勞強度提高10倍。具有故障報警、診斷功能、由計算機自動控制的半軸感應淬火自動生産線已多年穩定投入生産。我國汽車工業的感應熱處理已達到國際先進水平。
  我國的感應電源制造企業自1990年代引進SIT(靜電感應晶體管)、1GBT(絕緣栅雙極晶體管)和MOSFET(金屬氧化物半導體場效應晶體管)全固态晶體管電源以來,老式的電子管高頻電源和機式中頻發電機組已逐步被晶體管電源代替,本土企業生産的新式電源已能基本滿足用戶企業在功率和頻率上的要求。感應淬火機床朝柔性化、自動化、智能化方向發展具有識别零件,控制功率、自動調節工藝參數、故障顯示、報警、診斷的感應淬火裝置,在汽車工業生産中也逐步推廣應用。
2.2.4 化學熱處理的潛力得到發揮
  除滲碳、碳氮共滲以外的化學熱處理,尤其是鋼在鐵素體狀态下的化學熱處理,其特點是工件畸變小,對提高機器零件耐磨減摩性能,提高抗疲勞、抗腐蝕性能和抗咬合能力以及節能降耗有明顯效果。自上世紀60年代機械部機械科學研究院研制成功鹽浴氮碳其滲(軟氮化)和無毒原料氮碳共滲,并在生産上應用以來,又陸續開發出碳氮硼三元共滲、氨+吸熱型氣氛、氨+空氣、氨+二氧化碳的氣體氮碳共滲和氮氧共滲以及低氰鹽浴滲氮、抛光、氧化的QPQ技術和LT鹽浴氮碳共滲在汽車、摩托車、輕紡機,機床,工模具、緊固件、儀器儀表、兵器等行業獲得廣泛應用。由于效果好、成本低,工藝過程簡單、毒性很小,特别受到上列行業外資企業和外銷産品企業的青睐。
  氣體滲氮雖然工藝周期長,但因滲層硬度高,提高零件耐磨性效果好,且工件畸變小,在機床精密零件中廣泛應用。上海交通大學潘健生教授在1980年代即對控制滲氮技術開展了系統研究。通過對氨分解率(H2)的精确控制,可以獲得預想的鋼件滲層含氮量和理想的組織結構,在生産中得到推廣應用。山東工業大學(現為山東大學材料工程學院)和江蘇機械研究所(現為鑄鍛熱處理研究所)在1970年代研發出可得到脆性小的單相Fe2B層的固體滲硼法和粒狀滲硼劑商品。武漢材料保護研究所亦于同期開發出硼砂鹽浴滲金屬技術(類似日本的T.D法)。二者在提高冶金、礦山機器零件和模具壽命上充分發揮出了化學熱處理的潛力。
2.2.5 離子熱處理的盛行
  早在1970年代初北京機床研究所就研成功國内第一台10A離子滲氮試驗裝置。此後,離子滲氮技術的研究在全國各地如雨後春筍船開展起來。對工藝參數、滲層組織和性能之間的關系進行了系統研究,探索了鋼中含碳量和合金元素以及原始組織、溫度、時間、壓力、氣體介質成分對滲層組織的影響。判明了形成γ、ε相,γ’+ε或ε+Fe3C複合相化合物層以及無化合物層的條件,測定了鋼件在多種服役條件下最适宜的組織形态。這些結論對離子滲氮的擴大應用打下了良好的基礎。到1980年末全國已有上千台離子滲氮設備、數十家離子滲氮設備制造廠、興起了一場推廣離子滲氮技術的高潮。
  除離子滲氮外,許多科研單位、大專院校還開展了離子滲碳、碳氮共滲、離子軟氮化、硫氮和碳氮硫共滲、離子滲硼等技術的研究開發,但由于技術複雜、生産成本高、環保和安全衛生等因素,未得到廣泛應用,生産應用最廣的還是離子滲氮。
  離子鍍滲技術的研究和應用也是我國熱處理技術進步的範例。太原工業大學,北京聯合大學和電子部第一研究所對離子鍍滲機理、工藝參數的優選、鍍層質量和工藝的關系進行了深入研究,開發出了多層輝光離子滲金屬和多弧離子鍍技術,不僅可以在金屬制品表面獲得緻密的TiN沉積層,得到W、Mo、Cr、Ni等單元素鍍滲層,而且還可以使W、Cr、Mo、V等元素按不同組合和比例同時滲入普通鋼材,使其表面得到相當厚的類似高速鋼成分的鍍滲層,從而代替昂貴的高速鋼。
2.2.6 激光和電子束熱處理
  激光熱處理的試驗研究起始于1979年。最初是在250W的小功率激光器上用小試樣驗證了鋼表面相變硬化的效果。目前二氧化碳激光器已能做到10kW的功率,激光器、導光聚焦系統和5坐标工作台都能自行制造。
  開展了激光和電子表面相變硬化、熔化凝固、表面塗複和表面合金化的試驗研究。激光相變硬化在汽車發動機氣缸套、彈性聯軸節主簧片、紡織機錠杆、量具塊規、鑿岩機氣缸等機器零件上獲得應用。一汽、二汽、北京内燃機總廠、西安内燃機配件廠都已建立起缸套的激光硬化生産線。
  十幾年來,從國外引進的大功率二氧化碳激光器有十數台之多。目前國産設備已基本取代進口。
  大功率激光器的研制和生産單位有華中理工大學、上海光機所、沈陽機電設計院、中科院北京自動化所等。承擔國家863科研項目、在激光熱處理應用上有貢獻的單位有沈陽金屬所、北京機床所、北京市機電研究院、原機械部北京機電所、長春機械研究所等。原機械部北京機電研究所和中科院自動化所合作研制了15KW的電子束熱處理裝置。

相關标簽:湖南熱處理,長沙熱處理,熱處理

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