热处理生产在高温下进行, 必须使用各种辅助的工装, 完成工件的装载和进出炉、淬火、工件转移等动作。各种辅助的工装是确保热处理生产顺利进行, 确保工件热处理质量,确保热处理操作安全的重要工具。为此, 人们根据不同炉型、不同工件结构和不同的工艺要求, 设计制作出多种工装。同时, 对于少量、零星工件的热处理, 常需要热处理工艺人员或热处理工人凭借生产经验和实际情况, 临时制作简易工装。

一、热处理常用工装种类

1 . 热处理常用工装

      热处理生产中使用的工装包括各种各样的料盘、料板、料架、料筐、料桶、吊篮、吊钩、感应器、校正用的各种垫铁、定型用的专用夹具、简易捆绑用具以及手工操作工具如钩、棒、叉等, 分为炉内使用( 高温下工作) 和炉外使用两种。

      以密封箱型炉、连续式炉( 推杆炉、滚底炉、转底炉等) 为例, 有炉底板、料盘、料架等, 工件以水平方式搁置在其上, 工装移动承载工件完成热处理工艺过程。

      以井式炉为例, 有料筐、料桶、吊篮等, 工件装载于其中以相对静止状态完成热处理工艺过程。

      以各种感应加热设备为例, 有依工件结构形状和工件特定淬火部位设计制作的感应器,通过感应器实现电—磁—电的能量转换。

工件进出炉的操作需要热处理工人动手完成, 需借助于若干不同规格的手工工具, 如拉钩、推杆、棒、叉等。

      对轴类工件弯曲畸变进行校直, 需使用各种垫铁; 薄盘、片状工件淬火发生了畸变, 在回火过程中需使用夹具定型。

工件淬火也需要使用吊筐、网篮、吊架等。

      此外, 对于结构复杂、数量少的工件, 往往需要热处理工人现场制作工装, 完成工件的热处理任务。

2 . 热处理用工装的基本要求

(1 ) 较好的耐热性能

      凡在高温下承载工件的工装, 都要求具有较好的耐热性能和一定的耐蚀性, 可以防止严重的氧化, 有的要求抗渗碳等。为了满足这些要求, 一般从材料的选择上予以考虑, 因此材料的成本较高。

(2 ) 一定的高温强度

      高温强度指装载工件的工装在高温下长时间加热, 能承载被加热工件的重量, 而且工装不发生严重变形甚至散架。工装的高温强度靠材料和工装结构保证, 但如果结构太强, 则重量大, 吸收的热能多, 使工件的单位能源消耗增加, 加热时间延长, 导致生产成本上升。

(3 ) 较低的材料与制作成本

      热处理工装是一种易损件, 主要的失效形式是高温氧化减薄, 强度严重下降。制作热处理工装常用焊接、铸造的方法。控制工装材料与工装制作成本, 是控制热处理生产成本的重要方面。

二、热处理工装的材料选择

1 . 耐热钢

      连续式热处理淬火炉常用的料盘, 加热时间长, 可循环使用。一般常用铬锰氮钢铸造,如Cr19Mn12Si2N 钢(使用温度为900～950℃) 、Cr20Mn9Ni2Si2N 钢(使用温度为900～1 000℃) , 均为节镍型耐热钢, 具有良好的焊接性能和铸造性能, 一定的抗急冷急热性能,后者还具有抗渗碳性能。

2 . 耐热铸铁

      连续式热处理淬火炉常用的料盘可以用耐热铸铁铸造而成。一般有含铬耐热铸铁, 基体组织为珠光体或珠光体+ 渗碳体; 高硅耐热铸铁或高硅球墨铸铁, 基体组织为铁素体或铁素体+珠光体。一定厚度的耐热铸铁料盘不接触淬火介质, 使用寿命也较长, 成本比耐热钢低。

3 . 低碳钢渗铝

      低碳钢制作的炉用工装经表面渗铝, 能显著地提高耐蚀性和抗氧化性, 并可以代替不锈钢和耐热钢。渗铝的方法有固体渗铝、喷镀渗铝和液体渗铝。炉用工装宜用液体渗铝, 渗铝后可以取消扩散退火, 其在加热炉中的使用过程相当于不断进行扩散退火, 形成铝铁化合物和固溶体结晶组织的表面。一般认为, 只要渗铝层表面有不低于7% (质量分数) 的含铝量, 就能保护基体金属。液体渗铝的表面覆盖了一层铝, 含铝量较高。以RJX—96—9 台车式炉为例, 一般在六块炉底搁板上铺一整块低碳钢钢板, 用于防止氧化皮落入炉底的电阻丝槽内造成短路。钢板经渗铝, 使用寿命比未经渗铝的提高了五倍以上。

4 . 低碳钢

      各种热处理手工操作用的钩、叉等, 必须用低碳钢制作。

三、热处理工装的制作

1 . 热处理工装的设计

      对于大批量工件的热处理, 应根据工件的技术要求和结构特点设计制作热处理工装。一般应考虑到以下问题:

(1 ) 对工件的结构和技术要求做具体分析, 最大限度地满足技术要求。

(2 ) 保证工装能安全可靠地承载工件完成热处理工艺过程, 并具有较长的使用寿命。

(3 ) 保证工件装载在工装上均匀地被加热, 被渗碳、碳氮共渗, 被均匀冷却。

(4 ) 尽可能多地装载工件, 以提高热处理生产效率, 降低能源消耗。

(5 ) 尽可能地兼顾工装的通用性, 减少工装种类, 简化工装管理。

(6 ) 尽可能地降低工装用材料和制造成本。

2 . 热处理工装的结构

      不同的热处理炉型、不同的热处理工艺、不同的热处理操作, 需使用不同的热处理工装。因此, 热处理工装的结构应该根据热处理炉型、工件结构、工件热处理性能要求、热处理工艺特点、热处理操作方法等决定。各个企业都有各自的热处理工装, 在此不作赘述。

3 . 热处理工装的制造

热处理工装的制造涉及若干的制造加工技术与装备, 如铸造、锻造、切削加工、焊接、钳装等, 一般委托专门部门按工装设计图样进行制造。对于零星工件或机修备配件、工模具等, 因数量少、规格和结构变化大, 生产现场有时也需要临时自制简易工装或改制部分工装, 要求有一定技术等级的员工掌握捆扎、吊装、钳工、焊接技术。