真空氮化热处理炉的制作方法

专利名称:真空氮化热处理炉的制作方法
本实用新型是金属的化学热处理用设备。
现有的外热式真空热处理炉具有结构简单，制造容易，操作维修方便，罐内附件少，无真空放电现象，设备投资少。但这种炉型热惯性大，热效率低，主要用作真空退火热处理，不能进行真空氮化和其它化学热处理，因此使用范围窄。
本实用新型对外热式卧式真空热处理炉进行了改进，使能够用于真空氮化热处理和其它真空化学热处理，减小热惯性，提高热效率和提高热处理过程的自动化程度。
图1是本实用新型的纵剖面示意图。
图中1－炉壳2－真空罐盖3－隔热屏4－保温材料5－碳化硅马氟6－真空罐7－气体分配管8－热电偶9－电热元件10－自动控制装置11－磁铁式真空阀12－流量计13－氨气源14－抽气管15－测压管接口16－放气阀17－真空系统图2是横剖示图。
图中5－氮化硅马氟图3是自动控制装置(图1中的10)的电路原理图。
图中SCR－可控硅D－整流二极管wy－稳压二极管BG－晶体三极管R－电阻W－电位器C－电容RLS－熔断器A－交流电流表V－交流电压表XD－信号灯QA－按钮开关TA－按钮开关J－中间继电器SJ－时间继电器K－开关LH－电流互感器DCT－电磁铁ZX－150－电接点真空表XCT－111－温度指示调节仪IC－集成电路板
－真空泵电动机真空罐(6)为圆筒形，卧式，真空罐盖(2)处有隔热屏(3)，真空罐(6)底部有一气体分配管(7)通入，气体分配管(7)上有两排约φ2mm的小孔。孔距约8mm，两小孔的气流喷出方向朝上成90°，都与垂线成45°，使所需氨气能在罐内均匀分布，使渗氮工件渗层均匀。气体分配管(7)的另一端与氨气源(13)相通，在真空罐外的管道上用流量计(12)测定氨气流量，用磁铁式真空阀(11)来控制进入真空罐的氨气，真空罐(6)底部另有一孔与抽气管(14)相连通；抽气管道上有一测压接口(15)与自动控制装置(10)里的电接点真空表(ZX－150)相通，真空罐内的真空度由电接点真空表(ZX－150)显示和控制，废气经抽气管(14)由真空泵抽出，热电偶(8)插入真空罐(6)内测定罐内温度，温度通过与热电偶(8)电连接的自动控制装置(10)来调节，为提高热效率，保温材料(4)采用硅酸铝耐火纤维，由于真空罐两端热损失大，为使温度均匀，放在碳化硅耐火制品马氟(5)内的电热元件(9)在罐的两端分布密，中间稀，这样使两端加热功率大，中间功率小，而使温度均匀。当采用螺旋状电热元件时，在罐的两端螺旋节距大些，中间部分节距小些。碳化硅马氟(5)做成半遮蔽形，使传热效率提高，炉子升温时采用220V交流电源供电，到一定温度后，由自动控制装置(10)里的可控硅交流调压系统进行调节，减少输入功率，恒定电流，使升温速度减缓，以提高控温精度，这样可减少炉体热惯性和蓄、散热损失，炉壳(1)在炉膛有效加热区采用双层炉壳，减少热量外溢，增加炉子保温效果，自动控制装置(10)对真空罐内温度、压力、氨气流量和热处理时间及工艺过程采用自动控制。控制过程如下1.温度控制热电偶(8)通过补偿导线将热电势输送给XCT－111三位式指示调节仪，升温时，按下QA1按钮、中间继电器J1吸合，J1－4闭合，J1自锁，SCR导通，电流满载，电热元件(9)输入额定功率。此时J1－3吸合，指示灯XD1(兰色)亮，炉温上升。当炉温到达给定温度时，中间继电器J2吸合，J2－1断开，J1断开，J1－1吸合，可控硅由单结晶体管BG1。硅三极管BG2进行触发控制。此时J1－3断开，指示灯XD1(兰色)灭。若炉温高于仪表XCT－111下控制点时，中间继电器J2断开，J2－2断开，金属膜电阻R9带入控制电路，改变着可控硅SCR触发电流；当炉温继续上升，超过仪表上控制点时，中间继电器J3吸合，J3－1断开，可控硅SCR失去触发电流，电炉断电，此时J3－2吸合，指示灯XD2(红色)亮，J3－3吸合，音乐讯响系统音乐报警。
2.压力控制实质上是炉内真空度的控制。开始抽真空时，按下按钮开关QA2，中间继电器J6吸合，真空泵启动。当真空罐内真空度高于电接点真空表ZX－150下限控制值时，中间继电器J5吸合，J5－1、J6、J6－2、J6－3、J6－4断开，真空系统(17)停止抽气，当真空罐真空度低于ZX－150上限控制值时，中间继电器J6吸合，真空系统(17)又开始启动真空泵(
)抽气。
3.流量控制气态或液态原料气减压气化后，参与反应的气体进入真空罐(6)内。供气量按炉内真空度要求，决定磁铁式真空阀(DCT)启闭时间的长短。供气时，中间继电器J5、J5－2、J4、J4－1吸合，磁铁式真空阀(DCT)吸合工作，氨气进入真空罐(6)内。停止供气时，中间继电器J4吸合，J5、J4－1断开，磁铁式真空阀DCT断开，气流被截断。此时J4－2吸合，指示灯XD3(黄)亮，由于J4－3吸合，音乐讯响系统()音乐报警。
4.时间控制，时间继电器(SJ)控制着真空系统里真空泵启动前的延时时间，其工作过程是当中间继电器J6断开，J6－5吸合，时间继电器(SJ)工作，经过延时，SJ1吸合，J6吸合，真空系统(17)的真空泵电动机(
)启动抽真空。
本实用新型的一个具体实施例的主要技术参数是额定功率6KW保温功率约1KW单相交流电50HZ最高使用温度650℃控温精度±5℃空炉升温时间约60℃真空度1乇真空罐有效尺寸φ200×250mm装炉量约10公斤其系列产品，功率大小按需要确定。
本实用新型真空氮化工艺过程如下将需要真空氮化热处理的工件清洗去油后，在氮化温度如570℃下热装炉，也可冷装炉，开炉时220V满功率升温，到氮化温度后，可控硅自动调压，减小功率，调压范围为60V－220V，以降低升温速度。若超过氮化温度，控温电路会自动断电并报警。这样温度控制系统使真空罐(6)内控温精度在±5℃，避免了温度过高的现象，热惯性也因之减少。抽真空时，按下真空泵启动开关QA2，开始抽真空，当抽真空至1－10乇时即达到电接点真空表(ZX－150)的下限控制值时，中间接触器J5、J5－2吸合，使磁铁式真空阀DCT吸合，氨气经气体分配管(7)进入真空罐(6)内。氨气受热后，部分氨气发生分解，分解出的〔N〕活性原子部分被钢表面吸收，一部分迅速结合成分子氮N2，N2和H2以及未分解的NH3成为废气被真空系统(17)定期自动抽出排空或入水。当真空罐内充入的气体压力高于电接点真空表上限控制值时即真空表显示的数值为300－350乇时，中间继电器J4吸合，J4－1断开，磁铁式真空阀因DCT释放而断开，截断气流。同时，中间继电器J6断开，J6－2吸合，时间继电器(SJ)延时一段时间后，SJ1吸合、J6吸合、真空泵(
)启动抽真空。从充入氨气开始至抽真空结束，每一脉冲过程约5分钟，其中供氨气0.5分钟，保持压力4－3.5分钟，抽气0.5－1分钟，这一过程反复循环，由压力控制电路、流量控制电路、时间控制电路共同完成这一循环过程。此外氮化过程也可采用微调供气、抽气方式向真空罐(6)内连续供、抽气。工件真空氮化时间视技术要求而定，一般在2－4小时，氮化过程完成后，切断电源，拧开小型放气阀(15)，放入空气，使炉内压力回填至760mmHg，然后打开炉门，取出工件冷却。
本实用新型适用于各种钢制工具、模具及小批量金属制品，特别是有着小孔、盲孔的工件表面要求耐磨损、抗咬合的零件进行真空氮化、真空回火，以及650℃以下其它化学热处理和常规热处理用。本实用新型由于结构紧凑，易于获得热处理所需真空度，原料气消耗少，氮化热处理反应速度快，偏重小型系列，高效实用，成本低，耗电少，热效率高，噪音少，工作环境条件好，占地面积小，尤其适合中小企业、科研单位、学校作为生产、科研、教学实验三用设备。
权利要求
1.一种金属材料热处理炉，包括真空罐(6)，炉壳(1)，热电偶(8)，加热元件(9)，隔热屏(3)，抽气管(14)，其特征在于真空罐(6)底部有与氨气源(13)相通的气体分配管(7)，真空罐(6)外部的放有电热元件(9)的碳化硅马氟(5)为半遮蔽形状，电热元件(9)的分布为罐的两端密、中间稀，炉壳(1)在有效加热区域为双层结构，有与热电偶(8)，电磁铁真空阀(11)电连接，与真空管接口(15)相连通的温度、压力、氨气流量、时间和超温超压时音乐报警的自动控制装置(10)。
2.按照权利要求
1所规定的设备，其特征在于气体分配管(7)上有两排小孔。
3.按照权利要求
2所规定的设备，其特征在于气体分配管(7)上的两排小孔的气流喷出向成90°。
4.按照权利要求
1所规定的设备，其特征在于自动控制装(10)中具有控制炉温的可控硅交流调压电路。
5.按照权利要求
1所规定的设备，其特征在于自动控制装置(10)里具有电接点真空表(ZX－150)、中间继电器(J5、J6)组成的真空度自动控制电路。
6.按照权利要求
1所规定的设备，其特征在于自动控制装置(10)中具有磁铁式真空阀(DCT)，中间继电器(J4、J5)组成的氨气流量自动控制电路。
7.按照权利要求
1所规定的设备，其特征在于自动控制装置(10)具有时间继电器(SJ)，中间继电器(J6)组成的真空罐(6)内定时抽气，供气的时间控制电路。
8.按照权利要求
1所规定的设备，其特征在于自动控制装置(10)具有与电接点真空表(ZX－150)电连接的中间继电器(J4、J5)，与炉温指示调节仪(XCT－111)电连接的中间继电器(J1、J2、J3)，音乐讯响系统所组成的超温超压时的音乐报警电路。
专利摘要
本实用新型是真空氮化热处理设备。主要是在外热式卧式真空热处理炉上增加气体分配管，合理布置加热元件和采取有效的保温结构，具有温度、压力、流量、时间、报警自动控制装置。适用于真空氮化、真空回火以及650℃以下其它化学热处理和常规热处理。
文档编号C23C8/24GK86201813SQ86201813
公开日1986年12月3日 申请日期1986年3月27日
发明者施开中, 易文质, 吴朝铨 申请人:望城县湘东真空电炉厂