高效節(jié)能氮化熱處理爐關鍵技術的研究.pdf

1、如何經(jīng)濟安全、節(jié)能高效地對工件進行氮化熱處理加工,一直是國內外從事氮化熱處理技術的研究者和使用者長期探討的問題之一。近年來,國內外一些研究者,針對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的熱場不夠均勻等問題,進行了一些卓有成效的研究探索,獲得了一些新方法、新技術。例如,采用感應加熱的方法使溫升更快、熱效率更高；引入自動控制技術以縮短進、出料時間；通過優(yōu)化,減薄真空馬弗罐壁厚來提高加熱效率等。這些新技術方法雖然都有

2、各自特點,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,通常不是運行費用過高,就是安全可靠性差。本課題本著經(jīng)濟、高效、節(jié)能地對工件進行真空氮化熱處理加工的目標,通過研究,提出了一種經(jīng)濟安全、節(jié)能高效的“超聲強化氮化熱處理”新技術,并在此基礎上,對真空氮化熱處理爐的關鍵零部件進行可靠性優(yōu)化設計。主要研究內容如下：
　　 第一章緒論通過調查研究,探討了近年來國內外對熱處理滲氮技術的研究現(xiàn)狀,從工藝以及結構角度上

3、分析了它們的優(yōu)缺點,重點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容。
　　 第二章氮化工藝基礎及新型氮化爐方案設計通過對國內外氮化爐結構的研究和學習,歸納總結了各類真空熱處理氮化爐的優(yōu)缺點。通過分析研究提出了對工件進行超聲強化氮化熱處理的新方案。
　　 第三章超聲強化氮化反應動力學模型的構建首先從真空滲氮的熱化學反應機理著手,并通過對超聲波的工件表面化學熱處理催滲作用的學習研究,認識到超聲作用可以加快氮

4、化反應速率,提高滲氮效率。
　　 通過研究推導出了超聲處理圓頻率ω隨反應容器中氨氣的密度ρ以及反應氣氛中活性N原子的活躍半徑Re之間的關系式,以及當超聲波頻率等于該活性N原子的自然共振頻率時,超聲波與N原子之間才能達到最有效地能量耦合,產生激烈的超聲激勵強化滲氮現(xiàn)象,并在此基礎上研究構建了“超聲強化氮化反應動力學模型”。
　　 第四章超聲氮化反應器結構設計及性能仿真通過對變幅桿設計中相關問題的分析,首先確定強化滲氮變幅桿

5、的形狀,對變幅桿結構進行了設計計算。然后使用ANSYS有限元分析軟件對所設計的復合型變幅桿進行了模態(tài)和諧振響應分析,仿真得出,復合型變幅桿在設計的諧振頻率下,輸出端達到最大振幅,即與設計結果相符合。
　　 第五章氮化爐馬弗罐的結構可靠性優(yōu)化設計本章先后采用了常規(guī)設計、可靠性優(yōu)化設計以及基于ANSYS參數(shù)化語言的OPT模塊優(yōu)化設計三種設計方法對氮化爐的馬弗罐進行了比較設計,再結合工程實踐確定了馬弗罐的設計壁厚為7mm。