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我国材料热处理技术的发展史(3)

作者：bearingpower 发表时间：2010-12-12

我国材料热处理技术的发展史(3)关键字：热处理　　中国当代热处理进展　　热处理是机械工业中的一基十分重要的基础工艺，对提高机电产品内在质量和使用寿命，加强产品在国内外市场竞争能力具有举足轻重的作用。但是人们认识到这一点却花了相当长的时间和很大的代价。由于热处理影响的是产品的内在质量，它一般不会改变制品的形状，不会使人直观地感到它的必要性，弄不好还会严重畸变和开裂；破坏制品的表面质量和尺寸精度，致使制造过程前功尽弃。所以在我国的制造业中长期存在着“重冷(冷加工)轻热(热加工)”现象，以致这个行业一直处于落后状态。　　由于工业基础的薄弱和在战争中遭受的破坏，我国的热处理在40年代还仅仅属于一种作坊式的生产，尚未形成实质性的产业。在工科院校中无热处理的专门学科，因而也缺乏高层次的专业技术人才。当时的热处理操作大都是家传技艺，笼罩着神秘气氛，处于十分落后的境地。　　我国的热处理产业起源于50年代初苏联援建的156项企业。其中的机械工厂都设热处理车间和工段。购买了大批苏制热处理设备、包括箱式、井式、盐浴等30、40年代水平的电阻加热炉，并相应建立了第一批按苏联图纸生产这些类型设备的电炉厂。一些高等工科学校经过院系调整后、创建了包括在机械制造工艺系中的热处理专业，于1954～1956年培养出了第一批专科和本科的热处理专业正式毕业生。50年代末和60年代初还有从苏联学习归来一批热处理专业的留学生。陆续建立的一些科研机构和专院校，基本上能按照材料和应用发展的步伐开展热处理基础和应用技术的研究开发，涌现出一系列的科研成果。由此，从人才培养、研究与开发，生产技术的革新和设备制造等方面初步形成了一个较完整的专业体系。　　由于科研和生产应用的脱节，对革新生产设备的忽视以及长期闭关锁国造成的目光短浅，上世纪60、70年代的机械、冶金工厂的热处理生产技术没有出现明显的进步。直到80年代实现了和国际社会的沟通，引进了先进的技术和设备，一些大型骨干企业的生产技术有了明显的改观。　　1热处理行业现状　　据中国热处理行业协会在制订国家热处理行业“十一五”规划时的调查，2003年我国的热处理概括起来有以下几方面的基本情况：　　(1)企业总数　　全国全能企业热处理厂、分厂、车间、股份制、民营热处理企业约15000家。其中全民所有制企业约占80%，有12000家；个体民营和股份制企业占20%，约3000家。由于内地许多地区在进行国营中小企业改制，华东、华南沿海城市民营企业仍在不断涌现，也有不少外资企业准备在沿海城市设热处理加工厂，“十五”后期民营与股份制企业总数仍会继续上升。　　(2)热处理员工总数　　按全国热处理厂点15000家，每家平均员工25人计，全国员工总数约37万人。其中，企业技术人员比例平均为8%，约37万人；管理人员约9%，约3.3万人。　　(3)热处理加热设备总数　　按企业数占全国企业总数的5%计，反算得出的全国热处理加热设备(以75kW为一标准台)约15万台，装机容量11×106kW。　　(4)热处理生产能力　　设每台设备平均生产率为100kw/h，全国平均1.5班工作制，15万台加热设备的年生产能力近45×106t。　　(5)热处理能源消耗　　设热处理加热设备的平均利用率为30%，全国平均1.5班工作制，15万台设备的每年实际热处理生产量为13.5×106t，消耗电总量为9.9×109kW.h。　　(6)热处理年营业额　　在调查中，热处理加工的平均价格为2.30元/kg。按全年实际产量13.5×106t计，全国热处理年营业额约310亿元。若以平均利润率10%计年创利润总计30亿元。热处理行业增值税率平均达12.5%，每年向国家纳税约39亿元。　　2科研、开发和新技术应用成果　　(1)物理冶金基础研究的进展　　结合新工程材料的研究和发挥已有材料的潜力，上海交通大学开发了金属相变理论和强韧化机理的研究，对马氏体、贝氏体的组织形态、精细结构、预相变机制，形状记忆合金与超塑合金中相变机制都进行了深入研究。控制渗碳、渗氮和热过程温度、应力场的计算机模拟也是上海交通大学上世纪八十年代以来工作的突出方面。　　西安交通大学为根据机器零件服役条件及失效形式正确评价选择材料，长期开展关于材料宏观性能、微观组织及其相互关系的研究。周惠久教授提出了小能量多次冲击理论用以修正一些材料评价和选用的准则。结合低碳马氏体在生产中的应泛应用，取得显著成效。　　哈尔滨工业大学多年来在雷延权教授领导下坚持了金属形变强化的理论和实践的研究，对一定温度和形变度下的金属再结晶规律，形变热处理后不同组织和性能之间叛乱纱有许多重要结论，并在此基础上引导和开发了一系列变化学热处理方法。形变热处理应用的典型例子是汽轮机叶片和柴油机连杆的锻后余热淬火，既可节约电能，又能提高性能。哈尔滨工业大学还在金属基复合材料、双相钢、铜基和铁基形状记忆合金和陶瓷韧化以及金属和合金的离子镀和离子注入等方面取得了突出成就。　　北京科技大学在低合金高强钢、微合金钢的理论和实践，控制轧制，非晶态材料稀土元素在钢中作用以及金刚石薄膜沉积等方面开展了系统研究，所得在果在冶金行业获得实际应用。　　特别应指出的是柯俊教授早期提出的贝氏体无扩散切变机制、和阿隆松的扩散一台阶机制在国际上成为分庭抗礼的针锋相对观点。徐祖耀、康沫狂、俞德刚等人在贝氏体相变理论和开发贝氏体钢以及贝氏体等温处理方面都有突出贡献。　　(2)热处理生产技术的进步　　渗碳技术的进步　　渗碳是汽车拖拉机工业应用最广的工艺方法之一。50年代实现了从固体渗碳到井工炉中滴入液体渗剂的气体渗碳的过渡，改善了产品质量，提高了工效。60年代初研制成功LiCl露点仪以后，首先在井式渗碳炉上实现了滴入甲醇和丙酮的可控渗碳。在掌握了吸热式气氛制备方法和研制成功密封渗碳炉以后，用露点仪实现了密封渗碳炉的碳势控制。60年代末期研制成功红外线二氧化碳分析仪。为了提高碳势控制精度，在70年代推广了红外仪，主要用于井式炉的滴注式渗碳。目前用滴甲醇和煤油方式的可控渗碳已达到相当普及的程度。尤其是在70年代末、80年代初大量引进滴注式密封渗碳炉和多种微处理机可编程序控制器碳势控制仪问世以后，在密封多用炉上也广泛应用起来了。　　由于往炉中滴入甲醇和煤油，炉气中的一氧化碳成分不稳定，甲烷含量也达到1%～2%程度，只用二氧化碳红外仪的单因素控制是很达到±0.05%的控制精度。为此，便研究开发出了二氧化碳、一氧化碳和甲烷的多因素碳势控制的仪器和方法。　　因为制备吸热式气的原料天然气和液化石油气供应紧张，而大量使用甲醇，生产成本高，迫使工业生产寻找别的出路。碳分子筛变压吸附制氮(PSA法)技术的出现为解决这个难题创造了条件。80年代初期，研制成功国产碳分子筛制的同。随后用氮基气氛、甲醇和乙酸乙酯(或煤油)的合成氛渗碳法便应运而生。与此同时，引进了气氛微量氧(氧势)测量、控制技术和仪器。目前应用氮基合成气氛和氧探头的炉气控制技术的渗碳、用微处理机控制碳势和渗层深度的方法已在生产中得到广泛应用。个别工厂还引进了Supercarb直生式渗碳法的设备和工艺。目前在汽车、摩托车、工程机械、轴承、齿轮、紧固件行业的可控渗碳、碳氮共渗、氮碳共渗技术已达相当普及程度。

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