一种渗碳设备以及渗碳方法与流程

本发明涉及渗碳技术领域，具体而言，涉及一种渗碳设备以及渗碳方法。

背景技术：

真空渗碳法为现有技术中常用的渗碳方法。针对真空渗碳法，通常需要配置真空渗碳设备，在现有技术中，真空渗碳设备，特别是使用油冷的设备是用隔断板将渗碳室和冷却室隔开，并且，为了保护渗碳室，需要设置气氛隔断(真空密封门)和热隔断门两扇门，大大增加了开启关闭渗碳室的难度。而且，设备由渗碳室和冷却室组成的情况，处理品的搬入搬出是在冷却室进行的。一般由这两个室组成的装置，考虑到节能，渗碳室会在高温下保温。这种情况下进行处理品的搬入搬出的话，由于大气中的氧化成分，渗碳室会产生氧化，影响渗碳室内的加热器材。

有鉴于此，设计制造出一种无需密封隔离加热室与冷却区，无需设置真空密封门，能够简化工件装入程序，同时渗碳室内不会发生氧化，保护渗碳室内的加热器材的渗碳设备显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供了一种渗碳设备，其无需设置真空密封门，能够简化工件装入程序，同时渗碳室内不会发生氧化，保护渗碳室内的加热器材。

本发明是采用以下的技术方案来实现的。

一种渗碳设备，包括容置壳体、加热室、真空处理装置、排空气体通入装置和渗碳气体通入装置，容置壳体具有相互连通的渗碳区和冷却区，加热室设置在渗碳区内，加热室的一端处开设有热密封门，以隔离加热室的内部与冷却区，排空气体通入装置与加热室连接，用于向加热室内通入排空气体，渗碳气体通入装置与加热室连接，用于向加热室内通入渗碳气体，加热室的底部开设有连通渗碳区的流通孔，真空处理装置设置在容置壳体上并与流通孔连接，用于对容置壳体抽真空。

进一步地，加热室远离热密封门的一端设置有对流风扇，对流风扇伸入加热室，用于对加热室内的气体进行搅动。

进一步地，加热室远离热密封门的一端还设置有冷却口，冷却口上设置有冷却盖，用于在打开时降低加热室内的温度。

进一步地，冷却口的外侧还设置有第一热交换器，第一热交换器与冷却盖间隔设置，用于与流出冷却口的气体进行热交换。

进一步地，加热室内设置有用于加热加热室的内部空间的石墨加热器，且石墨加热器与加热室的内部空间相互隔离。

进一步地，石墨加热器外罩设有保护管，保护管嵌设在加热室的内壁上，以使石墨加热器与加热室的内部空间相互隔离。

进一步地，容置壳体上开设有与冷却区连通的送料口，送料口上设置有送料门，送料门用于打开或者关闭送料口。

进一步地，冷却区的下侧设置有油冷池，用于冷却渗碳完成后的工件，冷却区的上侧设置有气体冷却装置，用于冷却油冷池中产生的油烟以及对渗碳后不需要油冷的产品进行气体冷却。

进一步地，气体冷却装置包括冷却风扇和第二热交换器，冷却风扇与容置壳体的内壁连接，第二热交换器与冷却风扇连接，用于与油烟进行热交换以及用于与渗碳后冷却不需要油冷产品的气体进行热交换。

一种渗碳方法，适用于上述的渗碳设备，渗碳方法包括以下步骤：

将工件装入冷却区；

向加热室通入排空气体；

对容置壳体抽真空；

打开热密封门，并将工件装入加热室；

关闭热密封门，对加热室进行加热并保温，此时，选择性地向加热室通入排空气体；

向加热室中通入渗碳气体，对工件进行渗碳处理。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的一种渗碳设备，在抽真空之前，可通过排空气体通入装置向加热室内通入排空气体，避免从外界向冷却区装入工件时空气渗入到加热室中影响加热器件。同时将真空处理装置与容置壳体和加热室连接，可以对容置壳体整体进行抽真空，而加热室与渗碳区连通，使得加热室在抽真空时也能保证真空状态，进而能够在真空状态下打开热密封门并向加热室内装入工件。相较于现有技术，本发明提供的一种渗碳设备，其无需设置真空密封门，能够简化工件装入程序，同时渗碳室内不会发生氧化，保护渗碳室内的加热器材。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明第一实施例提供的渗碳设备的结构示意图；

图2为图1中加热室的结构示意图；

图3为图2中石墨加热器的连接结构示意图；

图4为图1中气体冷却装置的连接结构示意图；

图5为本发明第二实施例提供的渗碳方法的步骤框图。

图标：100-渗碳设备；110-容置壳体；111-渗碳区；113-冷却区；1131-油冷池；115-送料门；117-送料装置；130-加热室；131-热密封门；133-对流风扇；135-冷却口；137-冷却盖；139-第一热交换器；140-石墨加热器；141-保护管；150-真空处理装置；170-排空气体通入装置；180-渗碳气体通入装置；190-气体冷却装置；191-冷却风扇；193-第二热交换器；195-集烟板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

正如背景技术中所言，现有技术中的真空渗碳设备存在种种缺点，展开来说，为了保护加热室，需要有遮蔽门。一般的门的作用是隔断气氛和热的门，在现有的真空渗碳设备中设置的是气氛隔断(真空密封门)和热隔断门(热密封门)这两扇门。特别是为了不损坏隔断气氛用的门的密封材，快速开门是很难的。因此，从渗碳室到油冷室的移动时间较长。而现有的真空渗碳设备一般采用石墨加热器进行加热，使用石墨加热器的情况，从渗碳室内穿到室外的部分(电极绝缘子)上如果有煤堆积的话，在装入工件时，外部空气进入渗碳设备就会产生火花，因此这个加热器贯通部位需要频繁清扫，十分麻烦。除石墨加热器以外，金属加热器表面的保护管(sus)会慢慢渗碳、变脆。因此，持久性是一个难点，况且使用温度比石墨加热器低。而因为陶瓷系加热器对热冲击较弱，如果有激烈的温度变化的话，有发生断裂的危险，且使用温度比石墨加热器低。真空渗碳最一般的加热是采用辐射加热，且设备内没有对流空气，导致加热速度较慢，如果堆积了大量处理品的话，均热时间会很长。

本发明提供的渗碳设备，能够结合真空渗碳方法和气氛渗碳方法的优点，无需设置真空密封门，能够简化工件装入程序，同时渗碳室内不会发生氧化，保护渗碳室内的加热器材。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例中的特征可以相互组合。

第一实施例

参见图1，本实施例提供了一种渗碳设备100，包括容置壳体110、加热室130、真空处理装置150、排空气体通入装置170和渗碳气体通入装置180，容置壳体110具有相互连通的渗碳区111和冷却区113，加热室130设置在渗碳区111内，加热室130的一端处开设有热密封门131，以隔离加热室130的内部与冷却区113，排空气体通入装置170与加热室130连接，用于向加热室130内通入排空气体，渗碳气体通入装置180与加热室130连接，用于向加热室130内通入渗碳气体，加热室130的底部开设有连通渗碳区111的流通孔，真空处理装置150设置在容置壳体110上并与流通孔连接，用于对容置壳体110抽真空。

冷却区113的下侧设置有油冷池1131，用于冷却渗碳完成后的工件，冷却区113的上侧设置有气体冷却装置190，用于冷却油冷池1131中产生的油烟以及对渗碳后不需要油冷的产品进行气体冷却。具体地，油冷池1131中设置有油搅拌机，且该油搅拌机具有变频功能，通过变频器等实现转速的变化。高旋转时，油的流动性得到提升，结果提高了冷却速度。但是，容易冷却的地方和不容易冷却的地方的差距变大，结果有可能造成硬度不均。低转速则相反。

需要说明的是，油冷池1131内采用冷却油对工件进行冷却，在工件放入时会产生大量高温油烟，高温油烟向上飘逸至气体冷却装置190处进行冷却，冷却后再滴回油冷池1131中，对高温油烟进行了有效处理，避免进入外部空间。

在本实施例中，容置壳体110为耐真空的压力容器，真空处理装置150具有抽真空和排气的双重功能，能够将容置壳体110内的气体抽至负压状态，而由于加热室130与容置壳体110内部互相连通，故也能将加热室130内抽至负压状态。优选地，真空处理装置150至少具有伸入到加热室130内部的抽真空管，能够直接对加热室130进行抽真空处理，同时真空处理装置150还具有伸入到容置壳体110内部的抽真空管，能够对容置壳体110进行抽真空处理，由于加热室130与容置壳体110相互连通，故抽真空的位置并不做具体限定。

在本实施例中，加热室130的顶部开设有排空气体通入口，通过排空气体通入装置170在抽真空之前对加热室130进行排空处理，能够避免装入工件时外部空气通过流通孔进入到加热室130内部，避免发生氧化现象。

需要说明的是，本实施例中排空气体为氮气，当然，也可以是其他稀有气体，在此不作具体限定。

在本实施例中，容置壳体110上开设有与冷却区113连通的送料口，送料口上设置有送料门115，送料门115用于打开或者关闭送料口。具体地，送料门115关闭时能够保证密封，使得送料口处不会与外界发生气体交换现象。

值得注意的是，本实施例中容置壳体110内还设置有送料装置117，送料装置117能够自由地在出料口外、冷却区113和加热室130中移动，起到送料作用，能够将工件从外界送入/送出送料口，并将工件再送入/送出加热室130。优选地，送料装置117为送料小车，其行进路径上设置有导轨，其具体结构与现有的送料小车一致，在此不作具体描述。

本实施例提供的渗碳设备100，在进行处理时首先将工件从送料口送入冷却区113，同时利用排空气体通入装置170向加热室130中通入氮气，避免由送料口通入的空气经由流通孔和热密封门131的间隙处大量渗入到渗碳室，在装入工件后，关闭送料门115，并停止通入氮气，再利用真空处理装置150对渗碳室和容置壳体110进行抽真空处理，使得容置壳体110内部形成负压，在真空状态下，将热密封门131打开，将工件送入到渗碳室内，进行渗碳处理。

结合参见图2和图3，加热室130远离热密封门131的一端设置有对流风扇133，对流风扇133伸入加热室130，用于对加热室130内的气体进行搅动。此外，加热室130远离热密封门131的一端还设置有冷却口135，冷却口135上设置有冷却盖137，用于在打开时降低加热室130内的温度。

在本实施例中，冷却口135的外侧还设置有第一热交换器139，第一热交换器139与冷却盖137间隔设置，用于与流出冷却口135的气体进行热交换。

需要说明的是，第一热交换器139为制冷换热器，其与加热室130中通出的高温气体进行热交换，从而能够进一步降低加热室130内的温度，使得缓冷阶段时间变短，使得工件能够进行缓冷，避免处理品温度发生不均匀现象。

在本实施例中，在缓冷阶段，通过打开冷却盖137，使得炉内气体能够通过冷却口135与外部气体进行热交换，同时辅以设置第一热交换器139，能够进一步增强热交换的效果，使得炉内温度降低。

加热室130内设置有用于加热加热室130的内部空间的石墨加热器140，且石墨加热器140与加热室130的内部空间相互隔离，即给石墨加热器140设置成保持密封性的空间，和加热室130内的渗碳空间相隔离。优选地，石墨加热器140外罩设有保护管141，保护管141嵌设在加热室130的内壁上，以使石墨加热器140与加热室130的内部空间相互隔离。

需要说明的是，保护管141采用耐高温材料制成，且具有良好的热传导性能。通过保护管141对加热器进行保护的结构与现有的保护管141结构一致，在此不过多描述。

在本发明其他较佳的实施例中，石墨加热器140的保护方式也可以是马弗式保护，具体地，针对以渗碳气体为主的流动空间，加热器部位用板等来进行隔离。

参见图4，气体冷却装置190包括冷却风扇191和第二热交换器193，冷却风扇191与容置壳体110的内壁连接，第二热交换器193与冷却风扇191连接，用于与油烟进行热交换。具体地，第二热交换器193也为制冷换热器，其能够对飘逸到上方的油烟进行冷却，使得油烟能够重新凝结成冷却油并滴入到油冷池1131。

在本实施例中，冷却风扇191包括冷却风叶、支架和冷却风机，冷却风机设置在容置壳体110上并具有穿入容置壳体110的转动轴，冷却风叶通过转动轴与冷却风机传动连接，支架设置在转轴外并与容置壳体110的内壁固定连接，第二热交换器193设置在支架上并位于冷却风叶的上方，当冷却风叶启动时，油烟向上运动并与第二热交换器193充分接触，实现换热。

需要说明的是，本实施例中支架的下方还设置有集烟板195，集烟板195呈喇叭状并围设在冷却风机外，将油烟收集至冷风机处并经由冷却风机向上排出与第二热交换器193接触。

在本实施例中，渗碳过程包括加热阶段、保温阶段和渗碳阶段，在加热阶段，可以选择性地过排空气体通入装置170向加热室130中通入氮气，并启动对流风扇133，对加热室130内的氮气进行搅动并进行对流加热，由于具有对流气体，使得加热过程相较于真空状态更加迅速，能够迅速地将炉内温度升高。当然，此处也可以直接在真空状态下进行加热，能够节约氮气资源。也就是说，本实施例提供加热室130，可以有节能运转情况和短时运转的情况，在节能运转的情况，加热阶段在真空下进行加热，短时运转的情况，将氮气通入加热室130进行对流加热。此时，炉内压力控制在80kpa作用。且由于受热的气体因为热膨胀，炉压会上升，为了保证密封性，炉内压力不得超过101kpa以上，此时可通过间隔通入氮气来对炉内压力进行调节。

还需要说明的是，在保温阶段和加热阶段一样，具有节能运转情况和短时运转情况，具体参见上述过程。此外，在加热阶段之前还需进行预热阶段，在预热阶段下，在真空状态下进行加热，该目的是为了将附着在工件上的水分蒸发掉。

在渗碳阶段，也为选择制，通过渗碳气体通入装置180向真空炉内通入渗碳气体，具体地，渗碳气体为乙炔。具体地，在短时运转情况下，在接近大气压的情况下(这也是在减压一侧控制，例如80kpa左右)通过对流风扇133来进行搅拌；在节能运转情况下，保温阶段结束后，使炉内为真空状态。之后，通过渗碳气体通入装置180通入渗碳气体。使用乙炔气体的情况下，控制压力在从真空的粘性流领域切换到中间领域的压力以下(200pa以下)。气体分子流的特性即使稍微发挥一点作用的话，处理品之间会产生缝隙，因此可以自由出入，从而可以减少渗碳不匀的产生。

在渗碳过程之后需要进行扩散，在扩散阶段和加热阶段一样，具有节能运转情况和短时运转情况，具体参见上述过程，氮气气氛和真空气氛皆可。

在扩散阶段之后进入缓冷阶段，利用加热室130上的冷却盖137，降低渗碳室内部的气体温度，具体地，一直开着冷却盖137直到达到降温温度也可。如果直接将工件取出并投入油冷池1131，一下子急速降温的话，处理品有可能会发生不均匀，因此开闭在一定间隔内反复操作也可。期间，启动对流风扇133，这样的话，可缩短降温时间。

在缓冷阶段完成后淬火前需要进行再次保温，此时也可通过对流风扇133实现缩短时间。最后将工件从加热室130中取出并投入到油冷池1131，启动气体冷却装置190对油烟进行冷却。

综上所述，本实施例提供的一种渗碳设备100，通过将加热室130放置在真空密封的容置壳体110内，并且能够对容置壳体110整体抽真空，打破了加热室130必须与冷却区113相互气性隔离的常规设置，避免了在加热室130上额外设置气密封门，降低了加热室130的出入口的开闭难度，提高了送料效率。同时采用石墨加热器140，并且在石墨加热器140外设置保护管141，能够有效地对石墨加热器140进行保护，提高加热室130的使用寿命。并且利用气体冷却装置190对油烟进行冷却，避免油烟排出到外界，以及对渗碳不需油冷的产品进行气体冷却，满足渗碳后的不同工艺要求。此外，通过设置排空气体通入装置170，能够在加热室130内形成氮气气氛，达到普通的真空渗碳炉所无法达到的效果。同时，在加热、保温和扩散阶段，可选择地利用真空气氛或者氮气气氛，可根据实际情况和需求进行选择，使得加热室130功能更加多样化，能够满足多种需求。

第二实施例

参见图5，本实施例提供了一种渗碳方法，适用于如第一实施例所提供的渗碳设备100。

本实施例提供的渗碳方法包括以下步骤：

s1:将工件装入冷却区113。

具体而言，打开容置壳体110上的送料门115，利用送料装置117将工件送入送料口，并停留在冷却区113。

s2：向加热室130通入排空气体。

具体而言，通过排空气体通入装置170向加热室130中通入氮气，使得加热室130中充满氮气，避免从送料口进入冷却区113的空气再通过流通孔进入到加热室130中。在实际装料时，加热室130内部因为是高温，热密封门131关闭。向该加热室130内部通入氮气。因为不是完全密封，从加热室130内部通过缝隙和流通孔流到加热室130外。气体通过开放了的送料门115排出。流通的空气当然会从开放了的送料门115流到加热室130内，但是由于炉内充满氮气，加热室130内呈正压，可以减少空气的流入量。

s3：对容置壳体110抽真空。

具体而言，通过真空处理装置150对容置壳体110整体抽真空，在抽真空直到达到规定值一定时间后，关闭真空处理装置150。此时确认真空度的变化。目的是为了检查真空是否漏。如果在规定时间内没有发现规定的真空度有恶化现象的话，进行下一步。如果有恶化现象的话，发出警报，进行点检。

s4：打开热密封门131，并将工件装入加热室130。

具体而言，利用送料装置117将工件从冷却区113送入到加热室130。

s5：关闭热密封门131，对加热室130进行加热并保温，此时，选择性地向加热室130通入排空气体。

具体而言，对加热室130进行加热分为预热阶段和加热阶段，预热阶段时，在真空状态下对加热室130进行加热，该目的是为了将附着在处理品上的水分蒸发掉。在加热阶段时，可以选择性地过排空气体通入装置170向加热室130中通入氮气，并启动对流风扇133，对加热室130内的氮气进行搅动并进行对流加热，由于具有对流气体，使得加热过程相较于真空状态更加迅速，能够迅速地将炉内温度升高。当然，此处也可以直接在真空状态下进行加热，能够节约氮气资源。也就是说，本实施例提供加热室130，在加热阶段可以有节能运转情况和短时运转的情况，在节能运转的情况，加热阶段在真空下进行加热，短时运转的情况，将氮气通入加热室130进行对流加热。此时，炉内压力控制在80kpa作用。且由于受热的气体因为热膨胀，炉压会上升，为了保证密封性，炉内压力不得超过101kpa以上，此时可通过间隔通入氮气来对炉内压力进行调节。

在保温阶段，和加热阶段一样，具有节能运转情况和短时运转情况，具体参见上述过程。

s6：向加热室130中通入渗碳气体，对工件进行渗碳处理。

具体而言，渗碳过程也为选择制，通过渗碳气体通入装置180向真空炉内通入渗碳气体，渗碳气体为乙炔。具体地，在短时运转情况下，在接近大气压的情况下(这也是在减压一侧控制，例如80kpa左右)通过对流风扇133来进行搅拌。在节能运转情况下，保温阶段结束后，使炉内为真空状态。之后，通过渗碳气体通入装置180通入渗碳气体。使用乙炔气体的情况下，控制压力在从真空的粘性流领域切换到中间领域的压力以下(200pa以下)。气体分子流的特性即使稍微发挥一点作用的话，处理品之间会产生缝隙，因此可以自由出入，从而可以减少渗碳不匀的产生。

在渗碳过程之后需要进行扩散，在扩散阶段和加热阶段一样，具有节能运转情况和短时运转情况，具体参见上述过程，氮气气氛和真空气氛皆可。

在扩散阶段之后进入缓冷阶段，利用加热室130上的冷却盖137，降低渗碳室内部的气体温度，具体地，一直开着冷却盖137直到达到降温温度也可。如果直接将工件取出并投入油冷池1131，一下子急速降温的话，处理品有可能会发生不均匀，因此开闭在一定间隔内反复操作也可。期间，启动对流风扇133，这样的话，可缩短降温时间。

在缓冷阶段完成后淬火前需要进行再次保温，此时也可通过对流风扇133实现缩短时间。最后将工件从加热室130中取出并投入到油冷池1131，启动气体冷却装置190对油烟进行冷却。

具体而言，冷却工艺结束后，将处理品从油中取出，会再次产生油烟。此时，为了减少炉内积蓄的油烟，继续启动气体冷却装置190。最终，抽出处理品，首先将炉内复压至大气压(复压气体一般利用氮气)，再将工件从送料口中取出。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，例如本发明也可用于一般真空热处理，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。