设备部件要达到要求的力学性能通常需要进行热处理,设备部件在传统的热处理系统中进行热处理时需要几个小时,大大加重了能源消耗,并提高了成本。较长的热处理时间迫使生产企业远离生产线进行热处理,还要另外添加设备部件的传送、输送设备及设备部件的贮存空间。
流化床热处理工艺能够明显减少热处理时间,提高热处理工艺的稳定性。由Arizotah公司开发的流化床热处理工艺能够使生产企业将热处理在线系统并入铸造和锻件生产流程中。流化床由细小的硬颗粒介质(砂)构成,通过流动气体使部分颗粒介质悬浮。气体从流化床的底部吹动颗粒介质(见图1)。
当气体吹动介质时,颗粒介质能够很容易地依次流动,这种流动类似于液体的流动。流化床流质能够很容易地使设备部件浸没并通过介质输送。
传统热处理的缺点与流化床热处理的优点在图2中进行了比较。流化床热处理的优点在于∶
首先,流化床的传热系数(600w/mz~1200w/mz摄氏度)远高于传统炉的传热系数(80w/mz~90w/mz摄氏度)。高的传热系数使设备部件迅速升至要求的温度,升温速度是空气加热炉的10倍。其次,当流化床温度快速升至固熔处理温度时,设备部件的温度不会超过流化床温度。然而,使用传统加热炉时,设备部件存在着超过固熔处理温度的潜在危险。除此之外,流化床具有良好的温度控制,相对于传统加热炉来说,流化床能够在较高的温度下安全进行固熔热处理,不会出现局部熔化的问题。
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在流化床热处理工艺中,部件快速升温和良好的温度控制为缩短热处理工艺的周期开辟了道路。长期以来,工业界一直认为需要几个小时来进行适当的固熔热处理。几项研究表明,固熔热处理时间能够从几个小时缩短至几十分钟,同时还能够获得良好的力学性能。例如∶A356铸件固熔热处理时,保温仅10分钟就可获得90%的抗拉强度和屈服强度,而传统炉固熔热处理需在6小时之后才能达到这样高的性能。
流化床系统快速的升温速率和良好的温度控制,能够使部件的固熔热处理和时效处理(T6和T7状态)的整个处理周期在60分钟内完成。这种短的处理时间可以使生产企业将热处理工艺并入成型工艺生产线中。为了将热处理工艺并入成型工艺中,Arizotah已经开发了带有传送设备的流化床热处理系统。它由固熔热处理、淬火系统和时效处理组成。位于流化床上部的步进梁特定线路输送部件,并由机器人将部件从一流化床传送至另一相邻的流化床。
带有传送设备的流化床系统与分批进行处理的系统相比,具有两个优势∶
一是输送系统能够使单排列的部件流动,保证了进入系统的每一部件的升温速度、保温时间和淬火条件相同。部件与部件之间工艺参数的稳定性,会使部件的内部性能更加稳定;
二是输送系统能够使生产企业对流化床进行分区加热。例如,将更多的热能放在流化床的载荷区,以提高部件达到固熔热处理温度的加热速率。(火文)