高效節(jié)能氮化熱處理爐關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、如何經(jīng)濟(jì)安全、節(jié)能高效地對(duì)工件進(jìn)行氮化熱處理加工,一直是國內(nèi)外從事氮化熱處理技術(shù)的研究者和使用者長期探討的問題之一。近年來,國內(nèi)外一些研究者,針對(duì)氮化工藝過程中熱效率過低、滲氮層表面不夠理想、以及真空滲氮爐罐內(nèi)的熱場不夠均勻等問題,進(jìn)行了一些卓有成效的研究探索,獲得了一些新方法、新技術(shù)。例如,采用感應(yīng)加熱的方法使溫升更快、熱效率更高；引入自動(dòng)控制技術(shù)以縮短進(jìn)、出料時(shí)間；通過優(yōu)化,減薄真空馬弗罐壁厚來提高加熱效率等。這些新技術(shù)方法雖然都有

2、各自特點(diǎn),并在一定程度上提高了真空熱處理氮化效率,但是也存在著這樣那樣的問題,通常不是運(yùn)行費(fèi)用過高,就是安全可靠性差。本課題本著經(jīng)濟(jì)、高效、節(jié)能地對(duì)工件進(jìn)行真空氮化熱處理加工的目標(biāo),通過研究,提出了一種經(jīng)濟(jì)安全、節(jié)能高效的“超聲強(qiáng)化氮化熱處理”新技術(shù),并在此基礎(chǔ)上,對(duì)真空氮化熱處理爐的關(guān)鍵零部件進(jìn)行可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)。主要研究內(nèi)容如下：
　　 第一章緒論通過調(diào)查研究,探討了近年來國內(nèi)外對(duì)熱處理滲氮技術(shù)的研究現(xiàn)狀,從工藝以及結(jié)構(gòu)角度上

3、分析了它們的優(yōu)缺點(diǎn),重點(diǎn)探討了如何提高滲氮效率方面的問題,并提出了本課題主要研究內(nèi)容。
　　 第二章氮化工藝基礎(chǔ)及新型氮化爐方案設(shè)計(jì)通過對(duì)國內(nèi)外氮化爐結(jié)構(gòu)的研究和學(xué)習(xí),歸納總結(jié)了各類真空熱處理氮化爐的優(yōu)缺點(diǎn)。通過分析研究提出了對(duì)工件進(jìn)行超聲強(qiáng)化氮化熱處理的新方案。
　　 第三章超聲強(qiáng)化氮化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型的構(gòu)建首先從真空滲氮的熱化學(xué)反應(yīng)機(jī)理著手,并通過對(duì)超聲波的工件表面化學(xué)熱處理催滲作用的學(xué)習(xí)研究,認(rèn)識(shí)到超聲作用可以加快氮

4、化反應(yīng)速率,提高滲氮效率。
　　 通過研究推導(dǎo)出了超聲處理圓頻率ω隨反應(yīng)容器中氨氣的密度ρ以及反應(yīng)氣氛中活性N原子的活躍半徑Re之間的關(guān)系式,以及當(dāng)超聲波頻率等于該活性N原子的自然共振頻率時(shí),超聲波與N原子之間才能達(dá)到最有效地能量耦合,產(chǎn)生激烈的超聲激勵(lì)強(qiáng)化滲氮現(xiàn)象,并在此基礎(chǔ)上研究構(gòu)建了“超聲強(qiáng)化氮化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型”。
　　 第四章超聲氮化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及性能仿真通過對(duì)變幅桿設(shè)計(jì)中相關(guān)問題的分析,首先確定強(qiáng)化滲氮變幅桿

5、的形狀,對(duì)變幅桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。然后使用ANSYS有限元分析軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的復(fù)合型變幅桿進(jìn)行了模態(tài)和諧振響應(yīng)分析,仿真得出,復(fù)合型變幅桿在設(shè)計(jì)的諧振頻率下,輸出端達(dá)到最大振幅,即與設(shè)計(jì)結(jié)果相符合。
　　 第五章氮化爐馬弗罐的結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)本章先后采用了常規(guī)設(shè)計(jì)、可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)以及基于ANSYS參數(shù)化語言的OPT模塊優(yōu)化設(shè)計(jì)三種設(shè)計(jì)方法對(duì)氮化爐的馬弗罐進(jìn)行了比較設(shè)計(jì),再結(jié)合工程實(shí)踐確定了馬弗罐的設(shè)計(jì)壁厚為7mm。