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热处理设备技术的今天和明天 发布时间:2018-04-12访问量:110

        作为砂狮三合一热处理技术的发明者,美国CEC公司一直走在铸造技术的最前沿。砂狮三合一热处理工艺结合热除模、除芯、热处理和砂回收工序于一体,该工艺节省劳力、能源和环保费用,目前已成为世界铸件处理的标准。


        铝铸件生产的现在和将来


        众所周知,降低汽车的总重量能减少燃料的消耗、降低CO2的排放量,同时能提高燃油的 经济效益。因此,汽车制造业需要使用更多的轻金属材料来减少燃油消耗和废气排放,很多铁铸件包括缸体、缸盖、制动器、制动盘和悬架系统等都将被铝铸件所替代。


        据有关部门统计,在2001年生产的新车型中,铝铸件平均占汽车所有铝部件总重量的80%,平均约为118kg。其后几年,这一数字在迅速提升,预计在将来8~10年内将提升更快,同时使用铝制发动机和铝制缸盖的小型汽车的比例将很快达到95%。


        传统铝铸件的生产方法不仅成本昂贵,而且消耗能源巨大。这些铸件的工艺流程由几个独立的步骤组成,每一步都与前面的步骤无关。美国能源部和美国材料协会在一次工业前瞻会议上宣称:“生产操作中热处理工艺步骤的结合能达到节省能源的效果”。


        铸件后续生产热处理工艺的结合


        传统的铸造工艺包括消失模、永久模或精密砂模-组合砂型。传统的铸件后处理工序主要包括快速冷却、去冒口、机械去砂模/砂芯和人工清洁,紧接着加热铸件,再然后进行热处理。


        而这些独立的设备需要更多管理操作,其中运输会对铸件造成损害,额外的设备和操作需要额外的人力、生产空间和能源。


        现在有一种新专利技术,它适用于使用有机粘结剂的半永久模和精密砂模铸造。当铸件凝固后立刻进入热处理炉,不需要上面提到的分步操作。这个技术叫做砂狮三合一热处理工艺,见图2。它将铸造的去芯和去砂、热砂回收、铸件热处理这三步工艺在一个自动化的炉子里同时进行。


        当芯砂和型砂处于高温富氧的炉内环境时,砂中粘结剂的巨大能量就能释放出来。当粘结剂燃烧掉后,芯砂和型砂就变得松散,此时安装于顶部的高速风扇吹过铸件,将砂粒吹至炉底。高速风扇产生的快速气流吹过不规则形状的铸件时会产生压力差。这个压力差在铸件的里外形成湍流,从而带走松动的砂子。


        高速风扇产生的气流使炉内空气分布均匀,而且使温度的控制非常平稳。铸件在热处理结束后就完全没有砂子。这些干净的、完全回收的砂子可以自动排出,再次成为模子与型芯的材料,而不需要额外处理。


        在传统的热处理工艺中,铸件凝固冷却后还需要再加热到热处理温度;而在砂狮技术中,则是铸件直接进入热处理炉,保留了浇注结束后的余热,并将这些余热用于热处理炉内的三步工艺。图3所示为用于汽车铸件的砂狮系统,图4为砂狮三合一热处理的前后工艺。


        在结束T4或T6的整个热处理过程后,铸件冷却到环境温度,直接被运输到下一个工序,如去浇道、冒口、机加工。将铸造工艺和这种热处理工艺相结合,就意味着这个炉子能用来回收砂子(经过处理的砂子)和回收不合格的芯型。从浇注、凝固和芯型车间收集的气体可用作炉内燃气,在这里,有害的气体可以燃烧干净。


        综上所述,几个主要铝铸件工艺的结合可以大大降低生产成本。上述工艺是无污染、有效的铸件生产工艺。对使用砂狮三合一热处理工艺的铸造企业的调查结果表明:这个工艺可平均降低30%以上的生产成本。


        新兴流化床工艺


        CEC公司的一个类似新兴流化床技术,它可同时实现热处理、去热模以及芯砂、热砂的回收利用,适用于半永久模或精密砂模。工作时,铸件浸入到有流动热砂的流化床中。与前面讨论的工艺一样,铸件也是在富氧的高温环境下处理的。当铸件刚刚凝固时,立刻进行这个工艺流程,这样就节省了能源和时间。


        这项技术有前面描述的砂狮三合一技术所有能源和环保方面的优点,它为某些铸件提供了包括热处理在内的非常有效的后处理操作。


        新的淬火技术


        淬火处理和时效处理利用传统的技术,空气淬冷作为三合一热处理技术的补充。CEC公司有很多处理汽车铸件的设备都利用空气淬冷,尤其是对于缸体和缸盖。铝制缸体常常使用铸铁缸盖,因此为了适应铸铁和铝不同的冷却特性,缓慢的空气淬冷是首选工艺。铸件周围空气流动的均匀性很重要,因为变化的热传递速率会形成相应的温度梯度,从而形成应力和变形。


        与水冷相比较,空冷有很多好处。传统水冷会产生应力,而如果应力足够高,铸件会产生变形。在淬火工业中,铸件表面易形成压应力,而铸件内部由于较慢的冷却速度易形成拉应力。对于大型的铸件,如铝制缸体,常常会由于明显的温度不均匀而导致更高的淬火应力。通过缓慢的冷却铸件,温度在整个铸件的分布将比较均匀。


        空气淬冷的效果取决于淬火气流、淬火气流温度、铸件构造和铸件的排列。铸件的布氏硬度在HB 95~105或更高。典型的淬火速率为32.22℃/min,目标温度为240.56℃。为了达到必要的气流分布,淬火炉膛都经过特殊设计来达到高速气体流动时的均匀性。


        CEC公司同时发展了另一种可行的铝铸件处理工艺——气雾淬火。综合我们所知的各种空气淬冷,将水与空气结合成雾状的方式已经在应用。这个工艺不仅比空冷速度快,而且减少了对空气处理设备的要求。


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