《热处理设备》复习题

热处理设备复习题第一单元综合训练题答案一、填空题1．常用耐火材料有（粘土砖、高铝砖、耐火混凝土制品及各种耐火纤维），它们的最高使用温度分别为（1350℃、1500℃、600~1460℃、1100~1600℃）。2．荷重软化开始点是指在一定压力条件下，以一定的升温速度加热，测出样品开始变形量为0.6%的温度。a.0.2%b.0.6%c.1.2%3．抗渗碳砖是Fe2O3含量a的耐火材砖。a.＜1%b.＞1%c.＞2%4．常用隔热材料有（硅藻土、蛭石、矿渣棉、石棉以及珍珠岩制品），其中最低使用温度及材料是石棉、500℃。5．传热的基本方式有传导、对流、辐射，综合传热为同时具有两种或两种以上的单一传热。6．电阻丝对炉墙的传热是b，炉墙对车间的传热是b，电阻丝对炉墙对车间的传热包括了e，通过炉墙的传热是a，上述四者中传热量较大或热阻较小（可忽略不计）的是h、热阻较大的是k；燃气对工件的传热是b。a.传导b.对流+辐射c.辐射+传导d.辐射e.辐射+传导+对流g.传导+对流h.电阻丝对炉墙的传热i.炉墙对车间的传热k.通过炉墙的传热7．影响“黑度”的因素有b、d、e、g、f。a.时间b.表面粗糙度c.传热面积d.温度e.物体的材料f.物体的形状g.物体的颜色h.角度系数8．增强传热（含炉温均匀性）有a、s、d、g、h、k、n、o，削弱传热有d、e、f、i、j、l、m、p。a.加大温差b.增加传热面积c.增加风扇d.加大气孔率e.减小热导率f.增加隔板g.增加导风系统h.箱式炉膛改圆形炉膛i.圆形炉膛改箱式炉膛j.炉壳外刷银粉比砖墙或一般金属外壳k.增加黑度（如工件或炉壁表面涂覆高黑度磷化处理层或CO2红外涂料）l.降低黑度m.工件表面不氧化（真空、可控、保护、中性气氛加热）比工件表面氧化n.高速燃气烧嘴比低速燃气烧嘴o.燃气炉比空气炉p.空气炉比燃气炉三、简答题1．比较重质砖、轻质砖以及硅酸铝耐火纤维的主要性能，说明它们在热处理炉中的应用及应注意的问题。试选择电阻丝搁板所用材料，并说明选择的依据。答：重质砖使用温度高于同材质的轻质砖，硅酸铝耐火纤维兼有耐火及保温性能，新型耐火纤维的使用温度高于重质砖。重质砖多在炉底支撑砖，轻质砖多用于炉侧墙或炉顶，硅酸铝耐火纤维使用温度不要过高以防损坏。电阻丝搁板通常选择高铝砖或刚玉材料，并说明选择的依据。2．比较三种基本传热方式的异同。答：三种传热均与温差、传热面积、传热系数、传热时间成正比。不同的材料的传热系数差别很大，对流传热还与流体的流速、温度、黏度有关，辐射传热还与材料的黑度、角度系数、表面粗糙程度有关。3．写出单层稳定态传导传热计算公式。答：φ=或q=4．有一双层炉墙，第一层是重质耐火粘土砖厚113mm，第二层为硅藻土砖厚230mm，炉墙内表面温度为950℃，炉墙平均散热面积为2m2，试求通过炉墙的散热损失。答：根据我国部颁标准，当环境温度为20℃时、工作温度为700～1000℃的电炉，炉壳温升为≤50℃。预先假设炉墙外表面温度为50℃，则t1－t3=900℃且δ1=0.113mδ2=0.230m为计算各层炉衬材料的导热系数，还需假设t2=900℃。则轻质耐火粘土砖的导热系数λ1为：λ1=0.698+0.64×t均1=0.698+0.64×=1.29〔W/(m·℃)〕硅藻土砖的导热系数λ2为：λ2=0.104+0.232×=0.214〔W/(m·℃)〕将求得的λ1和λ2代入公式，就可求得比热流量。q==774.5（W/m2）验算交界面温度t2t2=t1－q=950－774.5=882℃与原假设误差为≈2%误差小于5%，故原假设可用。验算炉墙外表面温度t3略最后就可以求出2m2炉墙的传导热损失量φ=q·S=774.5×2=1549（W）。5．写出黑体及灰体全辐射力公式。答：Eb==Cbφ=ES=εCbSCb黑体的辐射系数，φ灰体或实际物体的辐射力，ε灰体或实际物体的黑度。6．根据被加热工件黑度的不同，比较普通加热炉与真空炉对工件的加热速度（即炉膛对工件的辐射热交换量）。另一种比较，当工件散放的表面积比堆放的表面积增加1倍时，炉膛对工件的辐射热交换量的增减倍数是＞1、＜1、＝1？为什么？答：普通炉加热时工件有氧化，工件表面黑度大，而真空加热工件表面黑度小，加热速度慢于普通炉。当工件散放的表面积比堆放的表面积增加1倍时，炉膛对工件的辐射热交换量的增减倍数是＜1，主要原因参见例1-4，S1虽然增加了一倍，但φ12不是1而是小于1。7．有一浴炉，浴面面积为0.5m2，试比较其在1200℃、540℃时的热损失。答：φ=ES=εCbS=0.89×5.67=118.78(kW)φ=ES=εCbS=0.74×5.67=9.165(kW)8．说明影响对流换热系数的因素，比较铅浴、盐浴、空气的加热速度以及盐浴、水、空气的冷却速度，为什么？答：对流传热与流体的流速、流体性质（层流、紊流）、温度、黏度、密度有关，铅、盐、水、空气的密度有较大差异，密度大者的加热速度以及冷却速度均大于密度小者。第二单元综合训练题答案填空题1．热平衡计算法中热量支出项目有加热工件的有效热、炉衬散失的热、炉墙积蓄的热量、通过炉门和缝隙溢出热气损失的热量、炉门和缝隙辐射出的热量、炉内工夹具、支架等所消耗的热量、加热可控气氛所需的热量、其它热损失。连续加热炉不考虑哪项热量支出炉墙积蓄的热量，炉子热效率表达公式为η=Φ效/Φ总。2．金属电热元件加热的高温电阻炉的最高工作温度一般是1200℃，非金属电热元件加热的高温电阻炉的最高工作温度是1350℃。3．电热元件数目及元件电阻值相同，相电压相同时，∆接法的功率是Y接法的a。a.3倍b.1/3倍c.1倍4．电阻炉低、中、高温度的划分是d、b、a，对应炉型号表示方式为g、h、i。a.＞1000℃b.650℃～1000℃c.≦650℃d.≦550℃e.12f.13g.6h.9i.12或135．电阻炉中常用的电热元件材料有a,b，0Cr25Al5优于Cr20Ni80的原因f,g,I,k,n。a.铁铬铝系b.镍铬系c.石墨d.碳化硅e.二硅化钼f.合金及贵重合金质量分数低g.电阻率高h.电阻率低i.W允高J.W允低k.工作温度高l.工作温度低m.电热元件长方便布置n,电热元件短便于布置6．高温电阻炉使用的电热元件材料有c,d,e,f,g。a.铁铬铝系b.镍铬系c.石墨d.碳化硅e.二硅化钼f.钨或钼g.高温高电阻合金三、简答题1．W允、敞露型、封闭型。答：在计算电热元件尺寸时，表面负荷率应有一个允许的数值，称为允许表面负荷率W允。炉侧墙电热元件为敞露型，炉底、有罐、服饰管电热元件属于封闭型。2．举例说明影响W允的三个主要因素并解释之。W允的确定与元件的材料、工作温度、散热条件等因数有关。如0Cr25Al5

比CR20Ni80高，为防止电热元件烧坏，电热元件表面温度越高，W允不能高了。散热条件好，不易烧坏电热元件，故W允可以取高些。3．说明低温井式电阻炉的结构特点、结构的作用及选用，比较低温井式电阻炉与中温井式电阻炉结构。答：低温井式电阻炉的结构特点有电风扇、料框、导风装，为了增加低温的对流传热。低温退火、低温回火、时效均可以选用低温井式电阻炉。中温井式电阻炉结构无电风扇、料框、导风装置，多用于退火、淬火。4．比较井式气体渗碳炉与低温井式电阻炉结构的异同，比较两者电风扇作用的主次。答：均有电风扇和料框，炉体结构相同。低温炉的炉盖在炉面以上，渗碳炉的炉盖在炉面以下，低温炉料框既有导流作用，又有防止电热元件对工件直接辐射造成工件局部过热的作用，渗碳炉的马弗罐是个密封罐。渗碳炉电风扇主要作用是增加渗碳气氛的流动以使气氛均匀，低温炉电风扇主要作用是增加炉气的对流以使炉温均匀。5．根据热平衡计算法，说明如何提高电阻炉的热效率？试提出改造、维修、提高电阻炉性能的措施。答：1.减少炉衬散失的热，使用低导热系数的筑炉材料。2.减少炉墙积蓄的热量，一是使用低导热系数的筑炉材料，二是采用连续式作业。3.减少炉内工夹具、支架等所消耗的热量，使用耐热钢材料制作工装夹具及支架。4.减少通过炉门和缝隙溢出热气损失的热量、炉门和缝隙辐射出的热量，增加炉体及炉门的密封性。使用耐火纤维替代耐火砖，使用耐火纤维贴在炉墙内侧或炉墙外侧，增加炉体及炉门的密封性，尽量使用电风扇，使用带状电热元件等。6．45kW低温井式电阻炉，选用0Cr25Al5线状电热元件，供电电压为380V，试计算电热元件的尺寸及结构尺寸（绘出炉型及电热元件结构尺寸的布置草图）。选择另一种接线方法进行设计。答：参考例2-1，采用星形接法，相电压为220V，低温炉W允取40-50kw/m2，电阻丝直径4.0mm，总长度约3×27=81m。采用三角形接法，相电压为380V，低温炉W允取40-50kw/m2，电阻丝直径3.0mm，总长度约3×47=141m。7．有一箱式电阻炉，炉膛尺寸为1200×900×850mm，最高工作温度为950℃，试用经验法确定炉子所需要的功率并分别设计两种线状0Cr25Al5、Cr20Ni80电热元件的基本尺寸和在炉膛侧墙的布置（绘出草图）。当电阻丝的功率、位置一定时，说明影响电阻丝长度的四个因素及原因。答：1.炉膛体积（，1.2×0.9×0.85=0.92m3）对应炉子功率见图2-14约90KW，0Cr25Al5电热元件的基本尺寸和在炉膛侧墙的布置,参见例2-2。Cr20Ni80，采用星形接法，相电压为220V，W允取8kw/m2，d==≈10.5（mm）每相电热元件长度L和总长度L总：L===116（m）L总=116×3=349（m）电热元件的布置提示，因电阻丝很长，布置时要增加电阻丝的排数方能布置的下。8．设计一台炉膛尺寸为1000×500×400，最高工作温度为1200℃的箱式电阻炉。设计出该炉的功率、炉体结构、电热元件尺寸及电热元件在炉门炉底炉侧墙炉后墙的布置。答：提示，1.注意炉温、电热元件材料、炉底侧墙所对应的W允，2.可以考虑炉底、两炉侧墙、炉门及炉后墙各占总功率的1/4。第三单元综合训练题答案填空题1．盐浴炉对环境污染的形式有盐蒸气，残盐，残盐对工件表面有腐蚀作用，特别是硝盐盐，需对残盐进行清理。2．浴炉中加热速度最快的是铅浴炉、其次是盐浴炉或碱浴炉、最慢的是油浴炉，原因是主要是在对流传热和传导传热时，传热介质的密度越大传热量也越大。3．电极盐浴炉的发热体是f,h，常用电极材料是e,g；外热式浴炉的发热体是b,c，电发热体材料是b,e。a.固态的盐b.合金电阻丝c.燃料d.低碳钢e.不锈钢f.液态的盐g.石墨h.熔盐4．侧埋式电极盐浴炉的电极间距为炉膛尺寸的c；炉膛宽度受限最大的是h，其次是g。a.高b.长c.宽d.外热式电阻加热浴炉e.内热式电阻加热浴炉f.插入式电极盐浴炉g.顶埋式电极盐浴炉h.侧埋式电极盐浴炉5．中、高温顶埋式电极盐浴炉的电极端部的间距一般为d。a.炉膛宽b.炉膛长c.50～100mmd.65～130mme.＞230mm6．高温浴炉用盐主要是b，中温浴炉用盐主要是c，低温浴炉用盐主要是a，三硝、二硝、NaCl、BaCl2、NaOH使用温度（℃）范围分别是e、d、g、f、h。a.硝盐b.钡盐c.钠盐d.150~550e.140~260f.1100~1350g.850~1100h.350~700三、简答题1．热处理浴炉的浴剂有哪几种？最常用的浴剂是哪一种？为什么？应用范围更广的是电极盐浴炉还是电阻加热浴炉？为什么？。答：铅浴、碱浴、盐浴、油浴，最常用的是盐浴，高、中、低温性均好。电极盐浴炉高温性好，电阻加热浴炉主要是低温性好。2．从加热介质、发热体、加热方式、性能（炉温高低、加热速度、温度均匀性等）与应用（适用工艺、工件大小等）方面，比较电极盐浴炉、电阻加热浴炉、箱式电阻炉、井式电阻炉突出的优缺点。答：电极盐浴炉高中低温性均好、加热速度快、炉温均匀性较好、工件氧化脱碳少、除能进行多种加热工艺外还可进行冷却工艺，高温炉只能处理小型工件。3．说明电极盐浴炉的节能措施，如何选择浴剂？答：根据表3-13可以分析出接纳方法及措施。浴剂的选择是炉温不能超出浴剂熔点太多。4．设计一台内热式低温电阻加热浴炉，其生产率为200kg/h。答：P=Vyp0=(G1/τ)g/熔盐密度p0=〔200×7.5/1850〕×0.09=810dm3×0.09=72.9KW。取整，该浴炉的功率为80KW。5．设计一台高温插入式电极盐浴炉，其一次装炉量为50kg。设计出该炉的功率、坩埚尺寸、炉体尺寸、电极尺寸和布置，绘出结构草图。答：1.计算工件尺寸，边长为50/7.8≈6.4dm3185×185×185mm，高温加热按12秒/毫米计算，约需0.5小时。2.计算功率P=Vyp0=(G1/τ)g/熔盐密度p0=〔（50/0.5）×1.5〕/2980×1=50dm3×1=50KW。炉膛尺寸用类比法确定，类比表3-2RYD-45-13340×260×600/45KW=340×炉宽×600/50KW，50KW炉宽为289mm。3.坩埚及保温层尺寸见表3-7，炉体尺寸还要加上炉胆和炉壳尺寸。4.电极尺寸参见表3-8为单相两极，边长为75mm。5.结构草图参见图3-7。6．已知盐浴炉炉膛尺寸为300mm×250mm×550mm(长×宽×深)，最高工作温度为900℃，盐浴成分为78%BaCl2+22%NaCl，求炉子功率及顶埋式电极尺寸。答：炉子功率使用类比法，参见表3-4，RDM-30-8，300×200×700/30KW=300×200×550/炉功率，炉功率计算值23.6KW,取整为25KW。电极尺寸参见RDM-30-8，注意：当炉膛尺寸或炉子功率与类比表中差别大时，电极尺寸用P66页（2）埋入式电极盐浴炉参数的经验数据法确定。7．设计一台单相侧埋式电极盐浴炉，最高工作温度850℃，盐浴成分28%NaCl+72%CaCl2，料筐尺寸为150×200×300mm，试确定炉膛尺寸、炉子功率、炉子生产率、电极尺寸，并选择变压器。答：1.炉膛尺寸为料筐尺寸每边加50mm左右，高度方向多加一些，长宽方向少加一些，粗部确定炉膛尺寸为210×260×450mm。2.炉子功率按表3-3，DM-50-8类比确定，300×350×600/50KW=230×280×460/炉子功率，炉子功率23.5KW，取整为25KW。3.炉子生产率可以按照料筐装填工件重量/工件加热时间。4.电极尺寸参考DM-50-8。8．根据上题计算结果，确定坩埚尺寸及炉体结构，确定启动电阻体的形状和尺寸。答：坩埚及炉体尺寸的确定同上面第5题，启动电阻体的形状和尺寸参见图3-15.第四单元综合训练题答案填空题1．高频感应加热装置常用频率为d，装置种类有f、h；中频感应加热装置常用频率为a,b，装置种类有e、g。a.2500Hzb.8000Hzc.30~40kHzd.200~300kHze.机械式f.电子管式g.晶闸管式h.晶体管式2．感应加热的效应有集肤效应、环流效应、尖角效应、邻近效应。3．零件表面过热度由大到小是a，原因是f。a.高频感应加热、中频感应加热、火焰加热b.火焰加热、高频感应加热、中频感应加热c.火焰加热不是传导加热d.火焰加热是传导加热，比透热式加热的速度慢易过热e.透热式加热速度快不易过热f.高频集肤效应大于中频易过热g.中频集肤效应大于高频易过热4．中频感应器最高输出电压为d，高频淬火变压器电压降到a。a.1000伏左右b.10000伏左右c.15~100伏d.650伏5．100kW8kHz中频电源同时加热淬火的最大面积为c。a.50cm2b.100cm2c.125cm26．感应连续加热比功率a同时加热比功率，连续感应加热淬火常用于e。a.大于b.小于c.长型工件d.小型工件e.设备容量小，工件大f.设备容量大，工件小三、简答题1．冷透入深度，热透入深度，透热式加热，传导式加热，深层加热，导磁体。答：1.导磁率μ值在低温时很大，在居里点以下的透入深度称为冷透入深度，以Δ冷表示，Δ冷≈40/。2.在居里点以上时，其失磁层μ值降低为1，在居里点以上的透入深度，称为热透入深度，以Δ热表示，Δ热≈500/。3.透热式加热，即淬硬层深度δ≤Δ。4.传导式加热，即δ＞Δ。5.低频率易实现深层加热。6.感应加热内孔表面以及感应加热平面，需要导磁体的驱流作用。2．有一直径为40mm的钢制零件，要求表面淬火深度为2mm，若进行连续淬火，感应圈高度为lcm，问应选用何种类型设备为宜？设计并绘制出感应器结构图。答：1.采用高频设备，P总＝PbS=比功率3×3.14×(4+间隙0.3)×1=40.5KW。2.感应器结构参见图4-10，表4-10序号19f。3．晶闸管中频与机式中频相比有哪些主要优点？目前尚存在那些问题？答：1.产品设计简单，制造方便，不需大量的加工设备，生产周期较短。体积小、重量轻，节省硅钢片、铜材和钢材。电效率高，感应加热用的晶闸管中频电源装置效率一般在90%以上。由于晶闸管中频电源没有旋转部分，故运行可靠，维护简单，运行中噪声和振动较小。晶闸管中频电源在运行中，能根据负载变化自动调整频率，无需频繁切换补偿电容器,使设备在工作过程中功率因数基本上保持不变。系统的输出功率一直保持在额定值上，从而能在较短时间内完成对工件的感应加热。易于实现自动控制，适用于加热过程自动化。安装简单，不需特殊的基础，运输移动方便。2．晶闸管中频电源与发电机组相比，也存在一定的缺点，主要是由于受晶闸管元件过流和过压能力的限制，晶闸管中频电源的过载能力较差，因此整个设备的保护系统较复杂。4．有一直径为40mm的轴，要求淬硬深度为4～6mm，采用连续加热淬火工艺，感应圈高度为100mm，问电源输出功率应为多少（比功率取2.6kW/cm2）？选何种型号的感应加热设备为宜？设计并绘制出感应器结构图。答：1.P总＝PbS=比功率2.6×3.14×(4+间隙0.3)×10=351KW，选择晶闸管中频装置KGP350。2.感应器结构参见图4-11，表4-11序号3e。第五单元综合训练题答案一、填空题1．仪表的指示值与被测量的真值之差称为d,e，绝对误差的最大允许值与仪表测量范围（即量程）的百分比称为b，仪表的基本误差限去掉“%”的绝对值称为仪表的f。a.基本误差b.基本误差限c.指示误差d.误差e.绝对误差f.精确度g.灵敏度2．常用热电偶WRP、WRN、WRE的名称铂铑10-铂、镍铬-镍硅、镍铬-铜镍，它们对应的测温范围是0~1600℃、-200~1000℃、-200~800℃，高温炉、中温炉、低温炉对应热电偶为铂铑10-铂、镍铬-镍硅、镍铬-铜镍。3．碳势测量精度由高到低的方法分别为氧探头、CO2红外仪、露点仪，其反应速度由快到慢分别是氧探头、CO2红外仪、露点仪，其中氧探头是直接测量，所以误差小、反应速度也快。4．P、I、D的名称c、b、d，P、I、D、PID、PID调节作用的特点分别是f、g、h、i、j。a.位式调节b.积分调节c.比例调节d.微分调节e.位式调节器具有结构简单、使用方便等优点f.比例调节的特点是偏差大时，粗调作用明显，反应快，当偏差出现时，调节作用立即见效，它但不能消除静差g.积分调节能消除静差，但调节作用缓慢，有滞后现象h.微分调节是一有偏差，即产生大幅度的校正信号，调节作用变化最快，但不能消除静差。i..比例调节是对大偏差的粗调作用快、对小偏差作用慢、其静差可结合积分调节加以消除，能根据偏差大小，按比例输出信号使偏差较快地得到校正，而积分调节最终能消除静差，微分调节对炉温的突然变化有作用则实现了所谓的“超前”调节作用（能快速产生大幅度校正信号，调节速度和幅度远大于比例调节）、微分调节+积分调节有克服积分调节速度慢滞后的作用、微分调节+比例调节有克服单纯比例调节对小偏差调节速度慢的作用大大缩短了调节时间。J.调节精度高，死区小。K.调节精度低，死区大。三、简答题1．二位式控制，连续控制，炉温均匀性，炉温稳定性。答：1.只有通、断两种控制状态。2.PID属于连续控制。3.炉膛不同位置温度的差异，为炉温达均匀性。4.炉膛同一位置温度随时间的变化而出现的不同值，为炉温的稳定性。2．有一测量范围为0~1100℃的测温仪表，最大允许误差在500℃测温点上，其指示值为505℃，试求：①该温度点的绝对误差；②仪表的精确度。答：1.△x=x—A=505—500=5℃2.k=（5/1100）×100=0.453．用铂铑一铂热电偶测量炉温，冷端温度t0=25℃，用直流电位差计测得热电势E(t、t0)=10.723mV，求炉内实际温度。答：E(t、0℃)＝E(t、25℃)+E(25℃、0℃)＝10.723mV＋0.143mV＝10.866mV，查附录可知炉温t为1112℃。4．说明热电偶保护管的尺寸及材料、热电偶的安装位置及深度、控温仪表精确度对炉温波动及测温精度的影响，将上述情况确定，说明减小炉温波动的主要方法及理由。答：1.热电偶保护管尺寸大、材料的传热慢的瓷管、安装太靠近电热元件、安装深度不够时，炉温波动大、测温精度低。2.炉子功率过大（升温快）、保温性好（升温快）、工件装炉量过大（热惯性大）、二位式控制（保温阶段功率过大）、炉膛内未加电风扇或导风装置不良（炉内热气流不均）等情况均增加了炉温的波动，反之则炉温波动减少。5．用WRP热电偶测量实际炉温为1000℃的炉温时，热电偶接线盒处的温度为40℃，若不用补偿导线而用铜导线与测温仪表连接，连接处的温度为20℃，仪表指示温度为多少？若用补偿导线，仪表指示温度又为多少？若补偿导线极性接反，仪表指示温度应为多少？（以上三种情况均不计仪表本身误差，仪表按有冷端温度自动补偿与无冷端温度自动补偿两种情况分别进行计算）。答：当仪表有冷端温度自动补偿时1.E(t、0℃)＝E(1000℃、40℃)+E(20℃、0℃)＝9.098mV＋0.113mV＝9.211mV，查附录可知仪表指示温度为970℃（未接补偿导线）。2.E(t、0℃)＝E(1000℃、20℃)+E(20℃、0℃)=9.326mv+0.113mV=9.439mV，查附录可知仪表指示温度为990℃（接补偿导线）。当仪表无冷端温度自动补偿时1.E(t、0℃)＝E(1000℃、40℃)＝9.098mV，查附录可知仪表指示温度为960℃。2.E(t、0℃)＝E(1000℃、20℃)＝9.326mV，查附录可知仪表指示温度为980℃。当补偿导线极性接反时（有冷端温度自动补偿）E(t、0℃)＝E(1000℃、40℃)—E(40、20℃)+E(20℃、0℃)=9.098mv—0.113mV+0.113mV=9.098mV，查附录可知仪表指示温度为960℃第六单元综合训练题答案一、填空题1．可控气氛种类主要有吸热式、放热式、滴注式、氨分解、氢气、氮基式、直生式、净化放热式、高效渗碳。2．以下气体的性质及作用O2a,d、H2b,d、COb,c、CO2a,d、H2Oa,d、CH4c、N2e。a.氧化性b.还原性c.增碳性d.脱碳性e.中性f.保护性g.对Cr、Mn、Si有氧化性h.氢脆3．H2虽然有脱碳作用，但在高温时脱碳作用并不强烈；当其含量较多时，还可以抑制炭黑的产生，又可保护钢表面不被氧化。4．利用分子筛除去a可控气氛中的g所得到的气氛为净化放热式气氛。a.放热型b.吸热型c.氮基型d.O2e.H2f.COg.CO2h.H2Oi.N25．CO是渗碳能力较弱的气体，CH4是渗碳能力强的气体，若甲烷在900℃裂解，使钢表面碳质量分数达到1.0%时，CH4只需要1.5%，而弱渗碳剂CO需达c。a.70%b.85%c.95%6．渗碳气体中甲烷分解的不饱和碳氢化合物量少，只有c，因而是优良的渗碳气体。a.3%～5%b.5%～7%c.8%～9%d.＞9%7．4%氧气+氨气，对40Cr在520℃渗氮时，渗氮速度可以提高b倍。a.1倍b.1.5倍c.2.5倍8．气氛露点越低，其碳势b；气氛中CO2越多，其碳势a；气氛中O2越多，其氧势（mV）a、碳势a。a.越低b.越高c.不变9．炉气氛中可控制的单参数有a,b,c,d,e,h,I,j,k；选取一个影响较大的参数进行控制（将其它次要参数视为常量）叫n控制技术；三参数控制是控制a,c或d,h；参数控制越多，控制精度o，成本越大。a.O2b.H2c.COd.CO2e.H2Of.CH4g.N2h.温度i.压力J.时间k.流量l.单参数m.三参数n.多参数o.越高p.越低q.变化不大10．LiCl露点仪精度可达±1℃，结构简单，但露点仪对管路要求严格，不得含有水分和测量含有c的碳氮共渗气氛。a.氧气b.氢气c.氨气d.空气11．采用高压将空气液化，液化温度b，然后利用氧、氮沸点不同分馏制氮。a.＜﹣150℃b.＜﹣196℃c.＜﹣200℃12．在动态控制技术中，工艺方案根据每一炉生产过程的具体进展情况，由计算机不断修正，使整个工艺过程都保持最优化状态。传统的控制技术着眼于消除实际值与控制值之间的偏差，而动态控制则可以消除偏差所造成的后果，从而保证了工艺结果的重现性，适合于渗碳和渗氮等具有滞后特性的工艺过程的控制。三、简答题1．载体气，稀释气（稀释剂），保护气，富化气，天然气，液化石油气，煤气，中性气，强渗碳剂，渗碳剂，弱渗碳剂，脱碳剂。答：载体气又称稀释气，载体气的流量比富化气大得多；非化学热处理时，载体气可单独使用又称为保护气；富化气又称碳源气（提供渗碳时所需的活性碳原子和调节气氛的碳势）。（如天然气/载体气约3~15%、丙烷/载体气约1~5%），其作用一是排除炉内废气并保持炉膛正压，防止空气渗入，二是用来稀释富化气，使之分布均匀；以甲烷为主要成分的气氛是天然气；液化石油气主要成分是丙烷、丁烷；煤气有城市煤气、焦炉煤气、水煤气等；氮气为中性气；甲烷、丙烷、丁烷、丙酮、煤油为强渗碳剂：乙醇为渗碳剂；甲醇为稀释剂；乙酸为脱碳剂。2．说明钢的无氧化、无脱碳加热原理。答：根据图6-1不同温度下各种基本气体反应平衡值所在范围，决定钢的无氧化、无脱碳加热。3．简要说明各种可控气氛的化学成分特点和这些气氛的应用情况？答：参见表6-2、表6-3、表6-4所示。4．如何净化放热型可控气氛？答：常用的分子筛是一种硅酸盐，内部形成许多微孔，这些微孔具有物理吸附和化学吸附的作用，比微孔小的分子如CO2和H2O易被微孔吸附。气体分子在低温高压时易被吸附；而在高温、低压时则被解吸，因此可用加热和真空方法使分子筛再生。5．说明氮基气氛的应用。答：一是参见表6-3所示。二是氮－甲醇（N2－CH3OH）混合气，甲醇裂化气碳势可在较大的范围变化，这种气氛的应用较广泛，既可用于各种碳钢及低合金结构钢的可控气氛热处理，又可作为渗碳的载体气。为了提高其碳势可在强渗期采用几乎100%的甲醇、或加入少量的液化石油气（丙烷、丁烷）、天然气、丙酮或异丙醇等，丙烷加入量约占载体气的1%~5%。6．说明分子筛的作用。答：一是大规模生产净化放热式气氛，二是大规模生产氧气、同时生产出来氮气的副产品。7．如何防止炭黑的产生？答：一是在进气管、排气管、滴液管上加装水冷套，二是使用计算机对炉气氛碳势进行控制，控制低于炭黑出现的极限。8．说明碳势测量的方法，比较这些方法的效果。答：氧探头、C0或CO2红外测量仪、露点仪、电阻碳势测量仪，效果排列是氧探头、C0或CO2红外测量仪、电阻碳势测量仪、露点仪。9．说明影响炉气氛碳势的主要因数。答：炉温，但以气氛成分，产生可控气氛的原料，工件碳质量分数、合金元素、装炉量。10．非化学热处理以及渗碳时可控气氛碳势如何设定？答：非化学热处理时可控气氛碳势应与工件碳质量分数相当。渗碳时气氛碳势，一是手动确定，可控气氛碳势为工件表面碳势提高20%`40%，二是有计算机根据基本资料自动完成。11．动态碳势控制技术中的碳势值，是否是预先设定的？为什么？。答：动态控制技术中控制的给定值不是预先设定的，而是由计算机对整个工艺过程进行连续的监测和数学模型的在线运算，准确地求出当前的浓度分布，并由计算机调动CAD软件，计算出由当前状态向设计要求的最终状态发展的最佳工艺方案，然后由计算机自动执行。也就是说，在动态控制技术中，工艺方案根据每一炉生产过程的具体进展情况，由计算机不断修正，使整个工艺过程都保持最优化的状态。另一方面热处理生产过程的模拟、仿真控制是把热处理的最初始的资料，如零件、材质、技术要求（层深、钢种）等及工艺过程的基本规律输入计算机，计算机将智能化地模拟热处理工艺过程，自动地确定和修正热处理工艺，使生产过程始终处在最优的工作状态。12．说明氮势的控制方法。答：一是测氨的分解率，更主要的是测量氢气的分压。氢气的分压可以自动连续测量。第七单元综合训练题答案填空题1．与煤气炉相比，天然气炉具有清洁、发热值高、效率高、成本低等优点。2．与其它热处理设备比较，燃气炉的热效率b，主要原因是f。a.高b.低c.相同d.燃烧不完全e.燃烧较完全f.废气带走余热g.发热值低h.加热速度快3．中高温炉加热速度由快到慢的热处理设备是d，理由是电极盐浴炉加热介质密度大且对流加热，燃气炉加热介质虽然低但是对流加热，真空炉工件不能到温入炉再加上工件表面未氧化黑度低受热慢。a.真空炉、燃气炉、电阻炉、电极盐浴炉b.燃气炉、电阻炉、电极盐浴炉、真空炉c.电极盐浴炉、燃气炉、电阻炉、外热式真空炉d.电极盐浴炉、或燃气炉、电阻炉、内热式真空炉外热式真空炉4．真空热处理炉根据加热方式的不同，分内热式和外热式两大类，性能优良的是内热式。5．外热式真空炉结构简单，易达到较高真空。缺点是工件是间接加热，因此加热速度慢、热效率低，炉罐易变形、寿命短，不适合处理大尺寸的工件，生产批量较内热式真空炉不宜高温度加热。6．连续热处理作业炉热处理质量的重现性好，生产率高，适用于产品品种单一、生产批量大的工件的生产。三、名词解释、简答题1．低真空系统、中真空系统，真空淬火油，离子氮化炉，极限真空度，工作真空度。答：低真空系统用机械泵一级抽真空使之达到真空度，炉内真空度在1.33×103～13.3Pa之间。中真空系统是由机械泵—滑阀泵或机械泵—液压增压泵两级真空泵组成，炉内极限真空度可达到13.3～1.33×10-2Pa。真空淬火油因润滑油经馏分、真空蒸馏、真空脱气等处理后而具有低的饱和蒸汽压以及低的蒸发量，并加有催冷剂、光亮剂、抗氧化剂的特制淬火油，工件淬火的光亮度和淬硬性较好。离子渗氮工艺，是在一真空容器（低真空度）中通入一定浓度的氨气，并使之电离，利用带正电的氮离子轰击阴极的工件，完成渗氮的过程。空炉时所能达到的最高真空度称为极限真空度，炉子的极限真空度除与泵的极限真空度和抽速有关外，还与炉内总放气量与漏气量有关，炉子极限真空度只能规定一个在某个抽气时间内达到的相对值。真空容器在工作时需要保持的真空度称为工作真空度。为简化真空系统、降低炉子造价、防止处理工件合金元素挥发（如Cr、Ni、Mn等），应尽量选择较低的工作真空度。2．试说明燃气炉的节能措施。答：燃气炉的热效率为15%-50%，天燃气炉为上限、煤气炉为下限。节能余地最大的是废气的余热利用，废气温度越高其带走的热量也越多（高温废气带走总热量一半以上）。节能主要措施一是利用废气余热预热空气、也有预热燃料的，预热空气每提高100-150℃，节约燃料约5%，连续作业蓄热式可节约燃料50%以上。二是调节闸门使炉膛气压为零时，既无热气冒出浪费热能、也没有炉膛吸入冷空气的热损失。3．比较电阻炉、盐浴炉、燃气炉的特点及选用。答：电阻炉结构简单，控温性好，适用多种工艺，但高温性受限。盐浴炉高温性好，工件不易氧化，但高温炉的炉膛尺寸小，只能处理小型工件，处理后的工件需清洗。燃气炉高温性好，能处理大型工件，可进行多种工艺，多处理大型毛坯件，工件氧化比较严重。4．比较外热式与内热式真空热处理炉的结构、性能特点及应用情况。答：外热式真空炉有密封炉胆，结构似井式气体渗碳炉，加热为外热式。受炉胆影响，工作温度不宜高，但真空度可高些，不宜处理大型工件，冷却性能低于内热式真空炉，非最高性能要求可选此炉；内热式真空炉无密封炉胆，外壳是内通冷却水圆形，加热为内热式，耐火及绝热材料是多层隔板。可进行高温加热，可处理大型中型工件，性能优于外热式真空炉。5．与电阻炉及外热式真空炉比较，说明内热式真空炉的构造、结构及、冷却装置特点。答：结构同上，略。冷却装置一是气冷，冷却气体可用氢、氦、氩、氮等。二是气冷和油冷结合的炉型。工件加热后移至冷却室，然后用升降机构侵入油槽中冷却，也可以充气冷却。三是使用真空淬火油，真空淬火油因润滑油经馏分、真空蒸馏、真空脱气等处理后而具有低的饱和蒸汽压以及低的蒸发量，并加有催冷剂、光亮剂、抗氧化剂的特制淬火油，工件淬火的光亮度和淬硬性较好。6．与普通电阻炉比较，说明内热式真空热处理炉加热元件材料特点及应用情况。答：真空炉电热元件多选用石墨布、石墨带、石墨棒。当炉温不超过1200℃，真空度不高于0.6Pa的炉子，无特殊要求，可采用镍铬合金或铁铬铝合金作电热元件。当工件表面不允许增碳（如某些航空零件）时，应选用钼丝或钨丝作为电热元件。第八单元综合训练题答案一、填空题1．单纯冷却设备包括缓冷设备、急冷设备、浴炉、冷处理设备，其中主要冷却设备是淬火槽。2．常用淬火介质（除水外）冷却方法有自然冷却、大油槽冷却、水套冷却、换热器冷却（或置换冷却），冷却效果最好的是换热器冷却（或置换冷却）其次是大油槽冷却、再其次是水套冷却、自然冷却。3．冷却器种类有单管式冷却器、套管式冷却器、塔式冷却器、板式冷却器、淋浴式冷却器。4．影响冷却器换热系数的因素有a,b,c,d,e。a.换热面积b.冷却介质温度c.冷却器材料的热导率d.热介质的流动与否e.冷却介质的流速f.换热时间5．热介质流动时，冷却器的换热系数a；热介质静止时，冷却器换热系数b；塔式、板式冷却器换热系数d蛇形管、水套冷却换热系数。a.较大b.较小c.影响不大d.大于e.小于f.相等三、简答题2．设计一硝盐分级淬火、等温淬火槽，一批淬火工件质量为250kg。答：计算方法一（按加热硝盐计算）1.100Kg工件的边长为100/7.8≈12.82dm3≈230×230×230mm，实际工件边长是100Kg整块的一半或更小，计算中暂按110mm计算，中低温加热按24秒/毫米计算，约需0.73小时。2.低温炉g为5-10，按7.5计算，功率P=Vyp0=(G1/τ)g/熔盐密度p0=〔（100/0.73）×7.5〕/1850×0.1≈555dm3×0.1=55.5KW,取整为60KW。计算方法二（按冷却计算），V介=≈=597dm3参见P62页,功率P=Vyp0=597×0.1=59.7KW，取整为60KW。炉膛尺寸可以根据597dm3来安排长宽高，或圆形。保温层尺寸参见表3-7，电极尺寸参见表3-8。注意；因炉膛尺寸较大，所以不能使用埋入式电极盐浴炉，只能使用插入式电极盐浴炉或电阻加热浴炉。3．设计一圆形淬火水槽，其一批处理工件质量为150kg。答：V介=≈=882.8dm3实际淬火水槽容积取整到1000dm3,若槽直径为1m，则槽深h=1/3.14×0.5×0.5≈1.3m。溢流槽、供入管、排水管尺寸略。4．设计一长方形淬火油槽，其一批处理工件质量为200kg。答：1.淬火油槽容积确定，V介=≈=1600dm3考虑余量取到1700dm3=1.7m3。参见表8-3，类比RX-15-9该淬火油槽尺寸为1.0×1.0×1.0/1.0=槽长取1.3×槽宽1.1×槽深h/1.7，类比计算出槽深为1.19m,取整为1.2m。2.确定溢流槽尺寸，V溢=V工+△V介=200/7.8+〔（0.9—0.87）/0.9〕×1.7≈82dm3溢流槽的横截面积，溢流槽设在两侧时S溢=2ab溢=2×1.1×取0.15=0.33m2h溢==≈25dm3.淬火介质置换量（两次淬火间隔时间取1小时）V置===1.7m3/h4.淬火介质供入管截面积S=1.7/流速取1×3600=0.0004722m2。其直径d==≈25mm。5.淬火介质溢流槽之一排出管截面积S=1.