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热处理设备研究
工业离不开机器，而机器要保证性能就离不开材料的热处理，可以说一个国家热处理技术的发展也在一定程度上标志着这个国家工业的兴衰。热处理是要靠热处理设备来完成的，下面我就将简单研究一下热处理设备。
1. 概述
金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却，通过改变金属材料表面或内部的组织结构来控制其性能的一种工艺。
热处理设备是指用于实施热处理工艺的装备。在热处理车间内还有维持热处理生产所需的燃料、电力、水、气等动力供应设备，起重运输设备和生产安全及环保设备。
2. 热处理及设备发展历程
在远古时期，热处理就已经在中国出现萌芽。古代热处理技术发展的基础是火。火的利用是不能不提的。在旧石器时代，火主要被用于取暖照明烹饪和驱赶野兽。中国古人类在用火方面素有传统。最迟在46万年前的北京猿人时期，我们的祖先已学会了用火。已有的考古资料表明，北京周口店山顶洞人居住的洞穴中发现的灰烬，是世界公认的具有典范的人类用火的最早遗迹之一。中国古代先民将火用于材料热处理是从新石器时代开始的。 在新石器时代早期，古代先民在劳动和生活中，经常与泥土打交道，发现泥土与适量的水混合后，就会有粘性和可塑性，可以用手随意地塑造成各种形状。泥坯凉干变硬，可盛东西，但泥器怕水。过火的泥坯不怕水，这可能是源于一次偶然的发现。从此开始，由于火，由于热处理，使粘土转变为经久、耐火、耐水的陶器。这是人类自觉进行热处理最早事例。根据现有考古资料表明，我国陶器出现在距今7千～1万年以前，它是世界上最早出现的陶器。经测定早期的陶器大都经历750～1000℃温度左右的热处理，这使得泥坯中的石英、云母、长石等粘土矿物发生高温转变。此后，人们对陶器的选料和烧成条件不断实践，使我国早期的陶瓷工艺远远领先于世界其它地区。
工业炉的创造和发展对人类进步起着十分重要的作用。中国在商代出现了较为完善的炼铜炉，炉温达到1200℃，炉子内径达0.8米。在春秋战国时期，人们在熔铜炉的基础上进一步掌握了提高炉温的技术，从而生产出了铸铁。
1794年，世界上出现了熔炼铸铁的直筒形冲天炉。后到1864年，法国人马丁运用英国人西门子的蓄热式炉原理，建造了用气体燃料加热的第一台炼钢平炉。他利用蓄热室对空气和煤气进行高温预热，从而保证了炼钢所需的1600℃以上的温度。1900年前后，电能供应逐渐充足，开始使用各种电阻炉、电弧炉和有芯感应炉。
二十世纪以来，金属物理的发展和其他新技术的移植应用，使金属热处理工艺得到更大发展。一个显著的进展是1901～1925年，在工业生产中应用转筒炉进行气体渗碳 ；30年代出现露点电位差计,使炉内气氛的碳势达到可控，以后又研究出用二氧化碳红外仪、氧探头等进一步控制炉内气氛碳势的方法；60年代，热处理技术运用了等离子场的作用，发展了离子渗氮、渗碳工艺 ；激光、电子束技术的应用，又使金属获得了新的表面热处理和化学热处理方法。
用于锻造加热的炉子最早是手锻炉，其工作空间是一个凹形槽，槽内填入煤炭，燃烧用的空气由槽的下部供入，工件埋在煤炭里加热。这种炉子的热效率很低，加热质量也不好，而且只能加热小型工件，以后发展为用耐火砖砌成的半封闭或全封闭炉膛的室式炉，可以用煤，煤气或油作为燃料，也可用电作为热源，工件放在炉膛里加热。
为便于加热大型工件，又出现了适于加热钢锭和大钢坯的台车式炉，为了加热长形杆件还出现了井式炉。20世纪20年代后又出现了能够提高炉子生产率和改善劳动条件的各种机械化、自动化炉型。
3. 热处理设备的分类
通常把完成热处理工艺操作的设备称为主要设备。把与主要设备配套的和维持生产所需的设备称为辅助设备。
主要设备：热处理炉、加热装置、表面改性装置、表面氧化装置、表面机械强化装置、淬火冷却设备、冷处理设备、工艺参数检测、控制仪表。
辅助设备：清洗清理设备、炉气氛、加热介质、渗剂制备设备、淬火介质循环冷却装置、起重运输设备、质量检测设备、动力输送管路及辅助设备、防火、除尘等生产安全设备、夹具等。
按照处理工艺和热源等，热处理设备还可分为渗碳炉、真空炉、回火炉、淬火炉、退火炉、加热炉、盐浴炉、真空炉、可控气氛炉、电阻炉、等离子渗碳炉等。
4. 用途
一般来说每种设备均对应一种用途（一些大型设备可以多种工艺结合工作），如淬火、正火、回火、退火、渗碳、调质等。而如可控气氛炉、等离子加热炉、真空气淬炉这样的设备则是利用先进技术通过改变工作环境、加热原理、冷却方式等来进行特殊要求的热处理。
5. 几种加热技术
感应加热：当电流流向被绕制成环状或其它形状的加热线圈(通常是用紫铜管制作)。由此在线圈内产生极性瞬间变化的强磁束,将金属等被加热物体放置在线圈内,磁束就会贯通整个被加热物体,在被加热物体的内部与加热电流相反的方向,便会产生相对应的很大涡电流。由于被加热物体内存在着电阻,所以会产生很多的焦耳热,使物体自身的温度迅速上升。达到对所有金属材料加热的目的。
电阻加热：通过电流流过电热元件产生热量将电能转化为热能。
等离子束加热：利用温度为10000K数量级的等离子射流束直接扫描金属表面进行热处理。
电子束加热：电子束加热是在真空条件下，利用电流加热阴极发射电子束，带负电荷的电子束高速飞向阳极，途中经加速极加速，并通过电磁透镜聚集，使能量密度集中，可把几千瓦功率集中到5-10um斑点上。
6. 先进热处理设备
等离子热处理炉：炉内渗碳气氛低于一个大气压，利用工件(阴极)和阳极之间产生的辉光放电进行离子渗碳。优点是渗层组织和相组成可以控制，通过调整工艺参数，可获得纯扩散层、单相化合物层等；渗速较快，渗层脆性小、质量好；可进行低温（400～500℃）离子渗氮，以及对奥氏体不锈钢无需预处理便可进行离子渗氮。
真空高压气淬炉：炉内真空、高压，对工件进行气淬。优点是工件表面质量好、淬火时温度均匀，工件畸变小、淬火强度可控性好、可避免油气污染，环保，简化工序。
精密可控渗碳炉：配合计算机系统可对工件进行精密渗碳，气氛均匀达到渗碳层偏差<=0.05-0.1mm。
7. 相关学科
机械设计与制造、材料科学与技术、电气工程、力学、物理学等。
8. 典型设备-箱式电阻炉
箱式炉主要适用于碳钢、合金钢等工件淬火、正火、退火、调质、加热用，适用于各种小型零件、弹簧、模具热处理。箱式炉可分为高温箱式炉、中温箱式炉、低温箱式炉三种类型。
结构：主要由炉壳、炉衬、炉门、传动机构、电热元件及电气控制装置组成。
炉壳：由钢板及型钢焊接而成
炉衬：一般由轻质高铝砖、轻质黏土砖、耐火纤维、保温砖以及填料组成
炉门机构：箱式炉炉门通过多级铰链固定于电炉面板上，炉门关闭是利用炉门手把的自重通过杠杆原理将炉门与炉口紧闭，开启时只需将手把锁往上提出，胶钩往外拉开，将炉门置于左侧即可。另外炉口下端有与炉门连锁安全开关，当炉门开启时，电炉电源自动切断，以保证安全操作。
电热元件：多为铁铬铝、镍铬合金丝绕成的螺旋体，分别安装在炉膛侧壁搁砖和炉底上。大型箱式炉还在炉膛后壁和炉门上安装电热元件，使炉膛温度保持均匀。高中温炉底部电热元件用耐热钢炉底板覆盖，工件置于炉底板上进行加热。
电气控制装置:炉内装有热电偶，与炉外控温电路相连。控温电路通过热电偶产生的热电动势信号控制温度。
工作机理：电阻炉以电为热源，通过电热元件将电能转化为热能，在炉内对金属进行加热。配有控温装置装置，可确保稳定的加热温度。电阻炉和火焰比，热效率高，可达50－80℅，热工制度容易控制，劳动条件好，炉体寿命长，适用于要求较严的工件的加热，但耗电费用高。
9. 设计方法及关键制造及技术
先进热处理设备的设计要求对热处理全过程进行工艺参数的全面控制，并正在向自动化，集成化，柔性化和智能化的方向发展，努力做到生产过程少无污染，少无畸变，少无分散，少无浪费，少无氧化，少无脱碳，少无废品和少无人工。
我国目前的热处理设备制造技术远远落后于国外发达国家，其中的关键技术包括大锻件热处理设备制造、精密真空热处理设备制造、高温高压热处理设备制造、精密可控渗碳设备制造、等离子热处理设备制造、智能化热处理设备制造以及降低能耗、减少污染、提高效率、精品生产和新材料的研制等。
10. 热处理设备发展趋势
随着工业的发展，人们对材料的要求越来越高，热处理技术也就变得尤为重要，这一领域也会逐渐向尖端科学发展。伴随着能源枯竭和人类环保意识的增强，热处理设备也正在向低能耗、低损耗、无污染、高效率、高品质和精确化、智能化的方向发展。作为一个工业大国，我们国家的热处理设备制造还有很多不足，目前的很多先进热处理设备还都依赖进口，有的甚至被垄断。因此我们亟需创造自己的知识产权，打破国外的垄断，发展自己。所以说热处理装备这一领域是很有前途的。