金屬熱處理加熱

金屬熱處理加熱是金屬熱處理主要工序之一。選用合理的加熱方法可以保證和提高金屬熱處理的質量。按熱源的不同，金屬熱處理加熱方法大致可分為燃料燃燒加熱法、電加熱法和高能量密度能源加熱法3大類。

基本介紹

• 中文名：金屬熱處理加熱
• 外文名：Heat treatment of metal
• 學科：材料工程
• 領域：工程技術

簡介

加熱是金屬熱處理主要工序之一。選用合理的加熱方法可以保證和提高金屬熱處理的質量（見金屬熱處理質量控制）。有些零件在熱處理後出現的缺陷就是由於加熱方法不當造成的。加熱時，應保持溫度適當而均勻以避免或減少金屬表面氧化、脫碳，同時還應控制加熱速度。這些都與恰當地選擇加熱方法有關。早期的加熱是以木炭或煤為燃料，在敞開的灶式爐中進行的。後來改變燃燒室的位置，製成不同形式的反射爐，提高了加熱效率。為了改變因火焰直接接觸工件而引起的表面氧化脫碳，一些中、小型工件常採用間接加熱方法，如將工件埋在熔融鹽液等介質中加熱，即“浴爐”加熱，可以基本上避免氧化，減少脫碳。液體和氣體燃料的採用，電加熱的擴大套用，使金屬熱處理的加熱方法更趨完善，加熱溫度更易於控制，同時避免了環境污染。在第一次世界大戰前後出現專門製造熱處理加熱爐的企業。

簡史

30年代初期，可控氣氛光亮加熱法和機械化連續熱處理設備的出現，使熱處理的加熱方法又前進一步。60年代以後真空熱處理的問世，可控氣氛的擴大套用，新熱源的移植，氧探頭和微處理機的套用等，使熱處理加熱方法有了更新的發展。

燃料燃燒加熱法

所用燃料可以是固體（煤）、液體（油）和氣體（煤氣、天然氣、液化石油氣）。

燃煤加熱

煤的資源豐富，燃煤反射爐在熱處理加熱方法中有過一定的地位。煤的性質和反射爐的結構，決定了煤不易完全燃燒，因而煤爐熱效率低，加熱質量和勞動條件差，煤煙污染環境。這些缺點，使得燃煤加熱法逐漸被其他加熱方法所取代。

液體燃料加熱

主要使用重柴油作燃料，適用於大型加熱爐加熱，也用於外熱式鹽浴爐的加熱，一般在爐子加熱室外牆一側或兩側安裝噴嘴。液體燃料用於加熱外熱式鹽浴爐時，噴嘴則安裝在坩堝外的爐殼上。液體燃料在噴嘴中與空氣混合，並在壓縮空氣的作用下霧化，然後噴出噴嘴，在加熱室中（或在鹽浴爐的坩堝外）燃燒,以加熱工件（或坩堝）。噴嘴的合理設計與布置,對保持爐溫均勻、節省燃料起著關鍵作用。噴嘴噴出的霧化油也可以在爐內的輻射管中燃燒，加熱輻射管以間接加熱工件。燃油比燃煤容易控制加熱溫度，適用於大件整體的加熱和供油量充足的地區。

氣體燃料加熱

在噴嘴中，氣體與一定比例的空氣混合後噴出燃燒。這種方法可直接加熱放在加熱室中的工件，也可以把火焰噴入裝在加熱室中的輻射管，間接加熱工件。用於鹽浴爐時,噴嘴裝在坩堝外的爐殼上,火焰射向坩堝外側以加熱熔鹽。用於加熱的氣體燃料有煤氣、天然氣和液化石油氣等。調節空氣與氣體的比值可以獲得氧化或還原的燃燒氣氛，從而減少工件加熱時的氧化脫碳程度。這種加熱方法適用於大件整體加熱和燃氣供應充足的地區。

另一種方式是用噴嘴的火焰直接加熱工件表面，這時噴嘴和工件作相對移動，所用氣體為氧-乙炔、氧-丙烷、氧-甲烷等。這種加熱方法即火焰淬火，適用於工件的表面淬火。

電加熱法

以電為熱源，通過各種方法使電能轉變為熱能以加熱工件。電加熱時，溫度易於控制，無環境污染，熱效率高。電加熱有多種方法。

電熱元件加熱

利用工頻（50～60赫）交變電流通過電熱元件時產生的電阻熱加熱工件。電熱元件常布置在加熱室內四周或兩側，以保證加熱室內溫度均勻；也有把元件裝在輻射管內對工件間接加熱的。對於外熱鹽浴爐或金屬浴爐，則把電熱元件布置在坩堝外、殼體內的空間。這種加熱方法也可用於氧化鋁粒子的浮動粒子爐。它適用於工件整體加熱和電能充足的地區。

工件電阻加熱

降壓後的交變電流直接通過工件，由工件本身電阻產生熱量使工件溫度提高。這種方法適用於對截面均勻的工件進行整體加熱。還有一種方式是利用滾動銅輪壓在金屬工件上，通以低電壓大電流的交變電流，利用銅輪與工件間的接觸電阻產生熱量而加熱工件表面。

工件感應加熱

把工件放在一個螺旋線圈內，線圈中通以一定頻率（一般高於工頻）的交流電，使放線上圈中的工件產生渦流電流，利用工件本身的電阻產生熱量而被加熱。這種加熱的深度可隨電流頻率提高而變淺，稱為感應加熱熱處理。感應加熱主要用於加熱工件表面，但採用較低頻率而工件直徑又小時，也可以進行整體加熱。這種加熱方法效率高，耗電少，多用於中、小零件的加熱淬火。

加熱介質電阻加熱

將工業頻率的低壓交變電流導入埋在介質中的電極，利用電流流過介質時產生的電阻熱使介質本身達到高溫。工件放在這種高溫介質中進行加熱，可以減少或避免氧化脫碳。這種介質都是導電體，如鹽、石墨粒子等。加熱爐的爐型有內熱式鹽浴爐和石墨浮動粒子爐。這種加熱方法主要用於中、小零件的加熱淬火。

高能量密度能源加熱

以很大的功率密度加熱工件表面，加熱時間以毫秒計,功率密度可達10(～10(瓦/厘米(，採用的熱源有太陽能、雷射束和電子束等。

太陽能加熱

以聚光式太陽能加熱器加熱工件。

雷射束加熱

利用CO₂連續雷射發生器產生的雷射，經過聚焦產生高溫射束照射工件，使工件局部表面薄層瞬時達到淬火溫度或熔化溫度。照射停止後，表面熱量迅速傳入基底材料而使表面淬硬或迅速凝固。利用雷射束加熱的工藝有相變硬化-淬硬、表面“上光”-快速凝固、表面合金化等。使反射鏡可以改變光束的方向，所以這種方法最適用於內壁（如汽缸套）加熱，但熱效率較低。

電子束加熱

利用高速運動的電子轟擊工件表面，使很高的動能迅速轉變為熱能，將工件表面溫度迅速提高到淬火溫度或熔化溫度。照射停止後，表面熱量在瞬時間即可傳入冷態的基底材料而淬硬或迅速凝固。與雷射加熱一樣,電子束加熱的工藝也有相變硬化表面“上光”和表面合金化等由於加熱需要在真空室內進行，工件批量受到一定限制，但熱效率較高。