奧氏體不銹鋼低溫離子硬化處理設(shè)備研究現(xiàn)狀

  離子化學(xué)熱處理經(jīng)過幾十年的不斷發(fā)展，在熱處理行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，已成為行業(yè)中不可或缺的一個組成部分，隨著離子滲氮工藝實現(xiàn)工業(yè)化，離子滲氮設(shè)備的發(fā)展也主導(dǎo)著離子熱處理設(shè)備的發(fā)展。德國學(xué)者B.Berghous于20世紀(jì)30年代首次發(fā)現(xiàn)了在輝光作用下進行材料表面硬化處理的優(yōu)越性，并以此方法進行了滲氮處理，獲得了離子滲氮發(fā)明專利。該技術(shù)隨后應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，50年代后，原西德科學(xué)家對該技術(shù)進行進一步的研究，于1967年Klockner Ionon公司將該技術(shù)實現(xiàn)了工業(yè)化。奧地利RUBIG公司生產(chǎn)出一種新型的離子滲氮設(shè)備，該設(shè)備帶有熱輔助或?qū)α骷訜嵫b置。由于在爐體內(nèi)部增加了加熱組件，在提高工件加熱的均勻性和加熱速度的同時，還可實現(xiàn)真空加熱和回火等操作。但是該設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造費用高、維修困難，不能對體積較大的工件進行處理。我國在60年代末期開始了離子滲氮的研究，涉及離子滲氮基礎(chǔ)理論、工藝流程、處理設(shè)備等多個領(lǐng)域。1980年，我國已有滲氮爐400余臺，位列世界第一。目前我國在離子化學(xué)處理領(lǐng)域，已位于世界領(lǐng)先水平。

 離子熱處理設(shè)備由爐體（真空反應(yīng)室）、電源（離子發(fā)生器）、供氣系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、測溫裝置及其他組件共同組成，其中電源和真空反應(yīng)室是最為重要的部分。

 一、真空爐體

 離子化學(xué)熱處理設(shè)備的真空爐體有兩大類：一是水冷雙層爐壁，分為鐘罩式、井式和立式等規(guī)格，內(nèi)置1~2層用低碳鋼、不銹鋼或鋁合金制造的隔熱層，功率在10~500kW，有效加工范圍直徑300~1700mm，高400~4000mm。這種結(jié)構(gòu)簡單、造價便宜、組合方便，但耗能大、溫度均勻性不易控制，工件處理后的冷卻速度無法控制，這種爐體主要適用于離子滲氮處理，通過添加隔熱層和采用電阻加熱對爐體晶型改造，也可用于離子滲碳；另一種爐體是帶油淬裝置的雙室離子滲碳爐，這種爐型的爐溫均勻性好、工藝調(diào)節(jié)范圍寬、操作容易，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價較高、較少用于離子滲氮處理。

 隨著真空設(shè)備制造技術(shù)的的發(fā)展，真空熱處理設(shè)備制造廠家又開發(fā)了帶有對流系統(tǒng)的熱壁真空爐體和帶高壓氣淬裝置的離子滲碳爐。前者在原始的冷爐壁上使用硅酸鋁纖維保溫層或炭氈進行保溫、利用熱輻射加熱及循環(huán)風(fēng)扇提高加熱區(qū)的溫度均勻性，大大提高了工藝調(diào)節(jié)范圍，降低了功耗，可以較好地控制工件的升溫及冷卻速度，適合對離子氮碳共滲熱處理后進行快冷操作；后者大部分為單室結(jié)構(gòu)，滲碳結(jié)束后利用高壓氣體進行淬火，避免了油淬對爐膛的污染，形變量小、工件光潔，簡化了設(shè)備結(jié)構(gòu)和操作過程。

二、離子化學(xué)熱處理電源

 目前，應(yīng)用較多的仍是直流電源，電壓在0~100V之間連續(xù)可調(diào)，滅弧系統(tǒng)采用限流電阻加LV振蕩，也可采用電子開關(guān)，但因直流電源的固有性質(zhì)，存在著一些不足：滅弧較慢，容易燒蝕工件；存在空心陰極效應(yīng)，容易造成狹縫和小孔過熱；無功損耗較大；工藝操作不易調(diào)節(jié)。鑒于此，我國科研人員從80年代末開始了對脈沖電源的研究工作。脈沖電源的使用，成為近幾十年離子化學(xué)熱處理發(fā)展的最大亮點。

 我國早起開發(fā)用于等離子表面處理的脈沖電源采用可關(guān)晶閘管，頻率為1kHz，滅弧時間小于60μs；90年代以后開發(fā)的脈沖電源大部分使用了絕緣柵晶體管，性能得到進一步提高?，F(xiàn)在，脈沖電源最大峰值電流可達300A，電壓為0~1500V，脈沖頻率在10~20kHz，導(dǎo)通比在0.15~0.8區(qū)間內(nèi)連續(xù)可調(diào)，滅弧時間＜10μs。脈沖電源為離子化學(xué)熱處理行業(yè)注入了新的活力。此外，人們在直流電源離子化學(xué)處理和脈沖電源離子化學(xué)熱處理的前提下進行了進一步的探索與研究，極大地豐富了離子化學(xué)熱處理的技術(shù)手段。