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广东优胜UG模具设计与CNC数控编程培训学校 > 学习园地 > > 材料热处理技术发展史 (2)

材料热处理技术发展史 (2)

2.1.2 热处理员工总数 

按全国热处理厂点15000家,每家平均员工25人计,全国员工总数约37万人。其中,企业技术人员比例平均 为8%,约37万人;管理人员约9%,约3.3万人。 

2.1.3 热处理加热设备总数 

按企业数占全国企业总数的5%计,反算得出的全国热处理加热设备(以75kW为一标准台)约15万台,装机容量11×106kW。 

2.1.4热处理生产能力 

设每台设备平均生产率为100kw/h,全国平均1.5班工作制,15万台加热设备的年生产能力近45×106t。 

2.1.5热处理能源消耗 

设热处理加热设备的平均利用率为30%,全国平均1.5班工作制,15万台设备的每年实际热处理生产量为13.5×106t,消耗电总量为9.9×109kW.h。 

2.1.6热处理年营业额 

在调查中,热处理加工的平均价格为2.30元/kg。按全年实际产量13.5×106t计,全国热处理年营业额约310亿元。若以平均利润率10%计年创利润总计30亿元。热处理行业增值税率平均达12.5%,每年向国家纳税约39亿元。 

2.2 科研、开发和新技术应用成果 

2.1 物理冶金基础研究的进展 

结合新工程材料的研究和发挥已有材料的潜力,上海交通大学开发了金属相变理论和强韧化机理的研究,对马氏体、贝氏体的组织形态、精细结构、预相变机制,形状记忆合金与超塑合金中相变机制都进行了深入研究。控制渗碳、渗氮和热过程温度、应力场的计算机模拟也是上海交通大学上世纪八十年代以来工作的突出方面。 

西安交通大学为根据机器零件服役条件及失效形式正确评价选择材料,长期开展关于材料宏观性能、微观组织及其相互关系的研究。周惠久教授提出了小能量多次冲击理论用以修正一些材料评价和选用的准则。结合低碳马氏体在生产中的应泛应用,取得显著成效。 

哈尔滨工业大学多年来在雷延权教授领导下坚持了金属形变强化的理论和实践的研究,对一定温度和形变度下的金属再结晶规律,形变热处理后不同组织和性能之间叛乱纱有许多重要结论,并在此基础上引导和开发了一系列变化学热处理方法。形变热处理应用的典型例子是汽轮机叶片和柴油机连杆的锻后余热淬火,既可节约电能,又能提高性能。哈尔滨工业大学还在金属基复合材料、双相钢、铜基和铁基形状记忆合金和陶瓷韧化以及金属和合金的离子镀和离子注入等方面取得了突出成就。 
北京科技大学在低合金高强钢、微合金钢的理论和实践,控制轧制,非晶态材料稀土元素在钢中作用以及金刚石薄膜沉积等方面开展了系统研究,所得在果在冶金行业获得实际应用。 

特别应指出的是柯俊教授早期提出的贝氏体无扩散切变机制、和阿隆松的扩散一台阶机制在国际上成为分庭抗礼的针锋相对观点。徐祖耀、康沫狂、俞德刚等人在贝氏体相变理论和开发贝氏体钢以及贝氏体等温处理方面都有突出贡献。 

2.2 热处理生产技术的进步 

2.2.1 渗碳技术的进步 

渗碳是汽车拖拉机工业应用最广的工艺方法之一。50年代实现了从固体渗碳到井工炉中滴入液体渗剂的气体渗碳的过渡,改善了产品质量,提高了工效。60年代初研制成功LiCl露点仪以后,首先在井式渗碳炉上实现了滴入甲醇和丙酮的可控渗碳。在掌握了吸热式气氛制备方法和研制成功密封渗碳炉以后,用露点仪实现了密封渗碳炉的碳势控制。60年代末期研制成功红外线二氧化碳分析仪。为了提高碳势控制精度,在70年代推广了红外仪,主要用于井式炉的滴注式渗碳。目前用滴甲醇和煤油方式的可控渗碳已达到相当普及的程度。尤其是在70年代末、80年代初大量引进滴注式密封渗碳炉和多种微处理机可编程序控制器碳势控制仪问世以后,在密封多用炉上也广泛应用起来了。 

由于往炉中滴入甲醇和煤油,炉气中的一氧化碳成分不稳定,甲烷含量也达到1%~2%程度,只用二氧化碳红外仪的单因素控制是很达到±0.05%的控制精度。为此,便研究开发出了二氧化碳、一氧化碳和甲烷的多因素碳势控制的仪器和方法。 

因为制备吸热式气的原料——天然气和液化石油气供应紧张,而大量使用甲醇,生产成本高,迫使工业生产寻找别的出路。碳分子筛变压吸附制氮(PSA法)技术的出现为解决这个难题创造了条件。80年代初期,研制成功国产碳分子筛制的同。随后用氮基气氛、甲醇和乙酸乙酯(或煤油)的合成氛渗碳法便应运而生。与此同时,引进了气氛微量氧(氧势)测量、控制技术和仪器。目前应用氮基合成气氛和氧探头的炉气控制技术的渗碳、用微处理机控制碳势和渗层深度的方法已在生产中得到广泛应用。个别工厂还引进了Supercarb直生式渗碳法的设备和工艺。目前在汽车、摩托车、工程机械、轴承、齿轮、紧固件行业的可控渗碳、碳氮共渗、氮碳共渗技术已达相当普及程度。 

上世纪80年代以来,本土设备制造企业已能成系列生产密封多用炉、推杆连续炉渗碳、淬火、清洗、回火生产线和网带炉生产线。应运而生的尚有与之相配套的碳势和工艺过程自动控制系统的商品生产供应。1990年代以来,国际知名设备制造企业相继在国内建立合资,独资生产厂,为热处理企业提供了可靠性高,价格可以接受的先进设备。为此,也刺激,提高了本土设备制造厂的制造水平,为近十年大量涌现的民营,股份制专营热处理加工企业和国营大厂的热处理技术改造和设备更新创造了好的条件。
2.2.2 真空热处理技术的普及 

1970年代开始研制油、气淬火冷却的冷壁式真空热处理炉,1980年代成系列地批量生产。目前本土制造企业已能成系列地提供真空加热、油气淬火炉、低压渗碳炉、1MPa(10bar)高压气淬炉、真空烧结炉、和钎焊炉。真空淬火、高压气淬炉的最高温度可达1350℃,真空烧结炉最高可达1800℃。各种炉种和炉型的产量在200台以上。近几年航空工业和模具工业的发展对真空热处理炉、真空钎焊炉,特别是真空加热高压气淬炉有大量需求,推动了真空设备制造业的兴旺。低压渗碳和高压气淬技术的结合,为车辆齿轮的延寿、减畸(变)和降噪提出了新的途径,而体现此先进技术的半连续式生产线的开发为大批量生产的汽车齿轮热处理的技术改造提供了可能。在新世纪之初、国内已有数家汽车、柴油机齿轮制造厂引进了此类设备和生产线。 

由于模具对表面质量和畸变的高要求,真空高压气淬已几乎成为模具热处理不可替代的技术。目前在华南和华东沿海,稍具规模的民营热处理加工企业都拥有至少一台0.4MPa(最多的有6台)的真空加热高压气淬炉。在切削刀具行业,数控和加工中心的广泛应用,强烈要求刀具具有高的质量和长的寿命、城市的环保也对热处理提出更严格要求,真空加热高压气淬也因此成为高速钢刀具热处理替代盐浴加热淬火的首选工艺。 

2.2.3 感应加热的广泛应用 

感应加热技术在汽车、拖拉机、发动机工业中得到广泛应用。在汽车制造中有200多种,近50%重量的零件采用感应加热淬火,例如曲轴、半轴、凸轮轴、刹车凸轮、转向节、变速导块槽口、气门调整螺栓,进排气阀端头、球头肖等。其中东风汽车公司半轴的横向磁场加热淬火是最具代表性的先进技术。利用横向磁场的矩形感应器实现了半轴表面和圆角的一次加热淬火,使生产效率提高数倍、半轴的抗弯扭疲劳强度提高10倍。具有故障报警、诊断功能、由计算机自动控制的半轴感应淬火自动生产线已多年稳定投入生产。我国汽车工业的感应热处理已达到国际先进水平。 

我国的感应电源制造企业自1990年代引进SIT(静电感应晶体管)、1GBT(绝缘栅双极晶体管)和MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)全固态晶体管电源以来,老式的电子管高频电源和机式中频发电机组已逐步被晶体管电源代替,本土企业生产的新式电源已能基本满足用户企业在功率和频率上的要求。感应淬火机床朝柔性化、自动化、智能化方向发展具有识别零件,控制功率、自动调节工艺参数、故障显示、报警、诊断的感应淬火装置,在汽车工业生产中也逐步推广应用。

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