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预抽真空可控气氛罩式渗氮炉的设计及应用
摘要
本论文介绍了一种预抽真空可控气氛罩式渗氮炉的设计及应用。该炉具有温度控制精度高、操作简单等优点，可广泛应用于钢铁冶金、机械加工、航空航天等领域的热处理工艺中。通过实验验证，该炉所处理的钢件达到了预期的硬度和密度要求，具有较好的应用前景。
关键词：预抽真空、可控气氛、罩式渗氮炉、应用
一、绪论
随着工业技术的不断发展，热处理技术在现代工业中得到了广泛的应用。热处理工艺可以使金属材料发生相变、内部组织结构改变，从而提高其强度、硬度、耐磨性等性能，为机械加工、钢铁冶金、航空航天等行业提供了不可或缺的技术手段。
然而，不同材料的热处理工艺要求不同，需要使用不同类型的热处理设备。例如，对于钢件的渗氮处理，传统的渗氮炉需要高温高压的氨气和氮气，存在爆炸危险，且操作复杂，生产成本高。为解决这一问题，本文设计了一种预抽真空可控气氛罩式渗氮炉，以便更为安全、便捷地进行钢件的渗氮处理。
二、预抽真空可控气氛罩式渗氮炉设计
1.设计思路
本文所设计的预抽真空可控气氛罩式渗氮炉采用电加热方式，主要由炉体、加热控制、真空系统、气氛调节等部分组成。炉体分为三层：炉膛、隔热层、外部保护罩。炉膛是放置钢件的部分，采用专用隔热材料制作，内表面光滑，不与钢件产生化学反应。隔热层包裹在炉膛外部，有效降低炉体热损失。外部保护罩防止爆炸时散开的粉末洒出。
真空系统由真空泵、真空计和气体计组成。通过控制阀门使真空泵抽取炉膛中的空气，使内部真空度达到一定值，保证钢件热处理过程中不会与空气产生反应，影响热处理效果。当需要进行渗氮处理时，可根据需要向炉膛中注入氨气或氮气、氢气等气体。
加热控制部分由温控仪、热电偶和加热器组成。温控仪可监测炉内温度变化，及时调节加热器加热功率，保持恒定的温度。热电偶接触钢件表面，实时检测钢件温度，以控制加热器输出电压和功率。
2.技术指标
本设计的预抽真空可控气氛罩式渗氮炉技术指标如下：
1.最高温度：1300℃
2.温度均匀度：±5℃
3.炉膛内有效尺寸：Φ400×500mm
4.最大载重量：80kg
5.炉体冷却方式：强制空冷
6.真空度：10-3Pa
7.固体气氛渗入：0.1~0.5MPa
8.气氛成分：NH3、N2、H2等
三、应用实验
对于本炉用于渗氮处理的实验，选择调制工业用30CrMnSi钢挑选合适的规格后进行处理。按照行业标准对炉温、处理时间、渗氮气体、真空度及气氛成分等进行设计。
在渗氮处理过程中，将热电偶放在钢件表面，不断调节加热功率并监测温度变化。处理结束后关闭加热器，通入氮气，然后取出处理后的钢件。
通过硬度测试，对处理后的钢件进行评估。实验结果显示，所处理的钢件达到了预期的硬度和密度要求，处理渗层均匀，穿透深度符合要求。且处理过程中没有出现安全问题。
四、结论
本文设计的预抽真空可控气氛罩式渗氮炉，具有温度控制精度高、操作简单等优点，能够广泛应用于钢铁冶金、机械加工、航空航天等领域的热处理工艺中。通过实验验证，该炉所处理的钢件达到了预期的硬度和密度要求，具有较好的应用前景。