热处理设备/技术的今天和明天

作者：美国联合工程设备有限公司

欢迎访问e展厅 展厅 3 热处理设备展厅 退火炉, 渗碳炉, 盐浴炉, 真空炉, 淬火炉, ... 作为砂狮三合一热处理技术的发明者，美国CEC公司一直走在铸造技术的最前沿。砂狮三合一热处理工艺结合热除模、除芯、热处理和砂回收工序于一体，该工艺节省劳力、能源和环保费用，目前已成为世界铸件处理的标准。 铝铸件生产的现在和将来 众所周知，降低汽车的总重量能减少燃料的消耗、降低CO2的排放量，同时能提高燃油的 经济效益。因此，汽车制造业需要使用更多的轻金属材料来减少燃油消耗和废气排放，很多铁铸件包括缸体、缸盖、制动器、制动盘和悬架系统等都将被铝铸件所替代。 据有关部门统计，在2001年生产的新车型中，铝铸件平均占汽车所有铝部件总重量的80％，平均约为118kg。其后几年，这一数字在迅速提升，预计在将来8～10年内将提升更快，同时使用铝制发动机和铝制缸盖的小型汽车的比例将很快达到95％。 传统铝铸件的生产方法不仅成本昂贵，而且消耗能源巨大。这些铸件的工艺流程由几个独立的步骤组成，每一步都与前面的步骤无关。美国能源部和美国材料协会在一次工业前瞻会议上宣称：“生产操作中热处理工艺步骤的结合能达到节省能源的效果”。 铸件后续生产热处理工艺的结合 传统的铸造工艺包括消失模、永久模或精密砂模-组合砂型。传统的铸件后处理工序主要包括快速冷却、去冒口、机械去砂模/砂芯和人工清洁，紧接着加热铸件，再然后进行热处理。 而这些独立的设备需要更多管理操作，其中运输会对铸件造成损害，额外的设备和操作需要额外的人力、生产空间和能源。 现在有一种新专利技术，它适用于使用有机粘结剂的半永久模和精密砂模铸造。当铸件凝固后立刻进入热处理炉，不需要上面提到的分步操作。这个技术叫做砂狮三合一热处理工艺，见图2。它将铸造的去芯和去砂、热砂回收、铸件热处理这三步工艺在一个自动化的炉子里同时进行。 当芯砂和型砂处于高温富氧的炉内环境时，砂中粘结剂的巨大能量就能释放出来。当粘结剂燃烧掉后，芯砂和型砂就变得松散，此时安装于顶部的高速风扇吹过铸件，将砂粒吹至炉底。高速风扇产生的快速气流吹过不规则形状的铸件时会产生压力差。这个压力差在铸件的里外形成湍流，从而带走松动的砂子。 高速风扇产生的气流使炉内空气分布均匀，而且使温度的控制非常平稳。铸件在热处理结束后就完全没有砂子。这些干净的、完全回收的砂子可以自动排出，再次成为模子与型芯的材料，而不需要额外处理。 在传统的热处理工艺中，铸件凝固冷却后还需要再加热到热处理温度；而在砂狮技术中，则是铸件直接进入热处理炉，保留了浇注结束后的余热，并将这些余热用于热处理炉内的三步工艺。图3所示为用于汽车铸件的砂狮系统，图4为砂狮三合一热处理的前后工艺。 在结束T4或T6的整个热处理过程后，铸件冷却到环境温度，直接被运输到下一个工序，如去浇道、冒口、机加工。将铸造工艺和这种热处理工艺相结合，就意味着这个炉子能用来回收砂子（经过处理的砂子）和回收不合格的芯型。从浇注、凝固和芯型车间收集的气体可用作炉内燃气，在这里，有害的气体可以燃烧干净。 综上所述，几个主要铝铸件工艺的结合可以大大降低生产成本。上述工艺是无污染、有效的铸件生产工艺。对使用砂狮三合一热处理工艺的铸造企业的调查结果表明：这个工艺可平均降低30％以上的生产成本。 新兴流化床工艺 CEC公司的一个类似新兴流化床技术，它可同时实现热处理、去热模以及芯砂、热砂的回收利用，适用于半永久模或精密砂模。工作时，铸件浸入到有流动热砂的流化床中。与前面讨论的工艺一样，铸件也是在富氧的高温环境下处理的。当铸件刚刚凝固时，立刻进行这个工艺流程，这样就节省了能源和时间。 这项技术有前面描述的砂狮三合一技术所有能源和环保方面的优点，它为某些铸件提供了包括热处理在内的非常有效的后处理操作。 新的淬火技术 淬火处理和时效处理利用传统的技术，空气淬冷作为三合一热处理技术的补充。CEC公司有很多处理汽车铸件的设备都利用空气淬冷，尤其是对于缸体和缸盖。铝制缸体常常使用铸铁缸盖，因此为了适应铸铁和铝不同的冷却特性，缓慢的空气淬冷是首选工艺。铸件周围空气流动的均匀性很重要，因为变化的热传递速率会形成相应的温度梯度，从而形成应力和变形。 与水冷相比较，空冷有很多好处。传统水冷会产生应力，而如果应力足够高，铸件会产生变形。在淬火工业中，铸件表面易形成压应力，而铸件内部由于较慢的冷却速度易形成拉应力。对于大型的铸件，如铝制缸体，常常会由于明显的温度不均匀而导致更高的淬火应力。通过缓慢的冷却铸件，温度在整个铸件的分布将比较均匀。 空气淬冷的效果取决于淬火气流、淬火气流温度、铸件构造和铸件的排列。铸件的布氏硬度在HB 95～105或更高。典型的淬火速率为32.22℃/min，目标温度为240.56℃。为了达到必要的气流分布，淬火炉膛都经过特殊设计来达到高速气体流动时的均匀性。 CEC公司同时发展了另一种可行的铝铸件处理工艺——气雾淬火。综合我们所知的各种空气淬冷，将水与空气结合成雾状的方式已经在应用。这个工艺不仅比空冷速度快，而且减少了对空气处理设备的要求。 企业简介 美国联合工程设备有限公司（CEC）是一家在全球范围内为铸造业设计制造热处理设备和热处理车间的专业公司。经过45年的发展，CEC公司在制造热处理炉方面积累了丰富的经验，经营范围从小型分批式的热处理炉发展到完全自动化的大型连续式炉。CEC公司成功发明了铝铸件处理的新专利，这项技术主要应用于汽车制造业，同时对其他行业也大有益处。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (2/17/2005)