专利名称：辉光离子氮化、强化处理设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及热处理技术设备、适用于机械制造加工业。
现有国内生产的离子氮化炉是采用辉光离子氮化技术对工件进行离子氮化处理，其结构是由炉体，氮化供电系统，冷却水系统，供气、抽气系统以及压力环节，温度环节构成，但由于氮化是炉内充入少量氨气、通以高压直流电源后，炉内稀薄气体发生电离，工件表面形成一层厚为2～3mm的紫色悦目辉光，在辉光放电过程中，被电离的氮和氢的正离子，在高压电场的作用下，迅速冲向阴极，工件在离子的轰击下，一方面表面温度迅速达到氮化温度，另一方面氮离子在夺取电子后直接渗入工件，引起阴极溅射，被“溅出”的铁原子与氮原子相结合，在工件表面生成氮化铁，同时在高温和离子的轰击作用下又不断地向工件内部扩散，使工件表面获得氮化层。目前这种氮化炉存在着氮化深度不够理想，它的耐磨性和硬度较差，造成的原因是氮化处理工件后不能立即进行强化工艺处理，若要实现强化，必须要另配电阻加热炉或真空电阻炉等设备，这样又存在着氮化炉和电阻炉是分开的，不能实现氮化、强化的直接转换因此，1、耗能大，周期长;2、要求电阻炉要有较大的功率;3、处理中设备投资增加，冷却水耗量大，抽气系统和其他辅助设备增多，导致设备、工件加工成本增加和占用生产场地也相应加大的问题。
本发明的目的是提供一种辉光离子氮化、强化处理设备，应用本处理设备能够在同一炉体中通过氮化、强化供电控制电路，实现既能进行氮化处理，又能进行强化处理工件，並能完成从氮化到强化功能的直接转换，达到提高热处理工件氮化层深度、硬度和耐磨性的目的。
本发明辉光离子氮化、强化处理设备的构思如
图1是由炉体(1)，强化供电系统(2)，氮化供电系统(3)，冷却水系统(4)，供气、抽气系统(5)，压力环节(6)，温度环节(7)组成氮化炉体和电气控制回路。为了实现强化处理功能，一个构思是在氮化炉体中安装了电加热元件;另一个构思是在电气控制回路中设计强化供电系统。本发明为了提高强化加热效率，采用氮化、强化工件在同一炉体中进行，並采用内加热式在同一真空度条件下，构思加热元件，以达到辐射加热的目的。根据氮化工艺要求，强化是在氮化后进行的，同时强化温度一般不高于氮化温度，为此一般要求强化处理的加热元件所产生的热量只要能够大于冷却水带走的热量就可以了，这样可选择占炉体空间尽可能小的各种形状的加热元件，如管状电加热元件，电阻丝绕制的其他形状元件，其材料可以是镍铬合金，石墨、钨丝、钼丝等。
强化处理电气控制回路如图5由供电电源，保护环节(39)，电压调节控制回路，温度环节(7)，气压回路(6)组成电气控制系统。其中强化供电电源可以采用交流供电或直流供电，要求电源电压小于100V，一般为80V，和电源功率大于电加热元件的总功率，以及电源电压应能调节的条件下工作，对电源调节方式来说一是可以采用可控硅桥式整流器，将三相交流电整流成单相可调的直流电电源;二是采用双向可控硅或两支单相可控硅反向並联组成交流调压器电源;三是采用电动调压变压器调压方式提供电源。本发明的供电回路是向炉体提供一个电压可调的直流工作电源，由主变压器，可控硅半控整流器，二极管、滤波电抗器和电压、电流指示以及可控硅触发器组成。
控制回路采用接触器JC1、JC2、JC3和扭钮AN1、AN2、AN3分别用于接通或断开氮化、强化电源，工艺要求氮化处理后再进行强化处理，其设计构思的控制电源回路必须是互锁。
图5中直流稳压电源(36)，触发器(35、37)，打弧封锁电路(38)，保护电路(39)采用公知现有电路结构。
本发明的效果是在现有辉光离子氮化处理设备的基础上，为了提高工件的氮化深度和使用寿命，而设计构思的一种新的辉光离子氮化、强化处理设备，其优点有1、该设备克服了工件在氮化初期，其反应速度很快，随着时间的增长而迅速减慢，从而阻障了氮化速度，本发明采用工件在经过氮化后再进行强化处理效果显著，现对工件45号钢进行强化后检测结果证明(图7)，其氮化层深度增加40%，硬度提高50%，耐磨性能提高1倍以上。2、设备中采用接触器JC1、JC2、JC3控制回路和氮化按钮AN1，强化按钮AN2和工作按钮相互进行自锁，从而使本设备能够完成首先对工件进行氮化处理，然后进行强化工艺处理，並能使工件在同一炉体中进行转换，进而能够节能20～30%，缩短生产周期30%，具有降低设备成本30%，节约设备生产用材料50%和减少氮化处理工件生产场地20%的效果。
图1是本发明辉光离子氮化、强化处理设备的结构方框图。
图2是本发明的炉体结构图。
图3是强化处理中的电加热元件结构图。
图4是图3中电加热元件安装支架展开图。
图5是本发明电气控制柜的主电路图。
图6是电气控制柜结构图。本发明的电气控制柜序号名称分别是图中50为电源指示灯，51为电源开，52为电源关，53为真空泵1指示灯，54为真空泵1开，55为真空泵1关，56为真空泵2指示灯，57为真空泵2开，58为真空泵2关，59为定时指示灯，60为定时开，61为定时关，62为保护指示灯，63为复位，64为事故，65为氮化指示灯，66为氮化，67为强化，68为温度指示，69为电压调节，70为时间。
图7是工件45号钢检测曲线图，图中曲线1为未经强化处理，曲线2经强化处理。
本发明的实施例是1、炉体(1)如图2为真空容器，炉座(11)，炉筒(27)，炉盖(25)用普通钢材制成，炉壳中间为水冷夹层，夹层内的空气由排空阀(22)控制，炉壳上开有观察窗(21、28)。氮化阴极(29)测气压装置(10)，抽气孔(14)和测温装置(12)均装于炉座上，放置工件的阴极盘为(13)，热电偶保护套为(15)，针形阀(34)，进气孔(23)，备孔封杆(24)均装于炉盖上，炉筒内装有用不锈钢制成外隔热屏(17)和内隔热屏(16)，上半部分装有强化辐射加热电阻(20)和强化阴极(19)，阳极(18)以及用螺钉(33)，弹垫(32)，平垫(31)，螺母(30)进行连接。炉座与炉筒之间，炉筒与炉盖之间用密封圈(26)连接。当本氮化、强化处理设备的强化功率为10KW时，则辐射加热电阻总数为10支，每支电阻(20)的结构如图3，采用φ1.4mm的镍铬合金丝，绕在两支串联的φ37×150mm的耐热瓷管骨架(22)上，每支骨架齿数为40齿，安装支架(21)用不锈钢材料制成，且表面加工要求不能出现棱角、尖角、毛刺如图4。构成每支加热电阻的基本参数功率为1KW，电阻为6.4Ω，表面负荷为2.5W/Cm2。
2、电气控制柜回路由图5所示，主电路控制回路分氮化处理主电路控制回路和强化处理主电路控制回路，其中共用部份有熔断器KD1-KD3，用于输入电源短路保护。电流互感器LH1-LH3用于过电流检测，过流信号输入到保护电路(39)，按下AN3按钮，开机工作时，一旦供电回路过流，则接触器动作，常闭触点TOO1断开，线圈JC1失电，JC1接触器触头断开，电源停止供电，形成过流保护控制的作用。
控制回路中AN1为氮化处理按钮，当AN1按下时，线圈JC2通电，接触器JC2闭合，氮化处理回路工作，此时强化处理回路接触器JC3断开，强化供电回路不工作，反之按下强化按钮AN2时，强化处理回路接触器JC3闭合，强化处理供电回路工作，此时氮化处理回路接触器JC2断开，氮化处理回路不工作，从而实现辉光离子氮化、强化处理设备的直接转换。
AN3开机(或工作)按钮，按下AN3时，接触器JC1闭合，三相电源接通，该设备工作;当按下AN4时，接触器JC1断开，三相电源断开，该设备停止工作。
3、氮化处理供电主回路。IRD1～IRD3为熔断器，用于直流短路保护，二极管IZG1-IZG4和可控硅1KG1-1KG3组成三相半控桥式整流器，用于将三相交流电整流为电压可调的直流电，连接PK1滤波电抗器，由电流表A指示电流值，最大氮化电流为50A电压表指示电压值，最大氮化电压调节范围为200～1000V。並用L、C组成LC振荡灭弧环节，由电阻R13、R14，电容C11变压器BM-1和WY组成打弧检测环节，一旦氮化处理工件打弧时，C11放电，在BM-1的输出端形成一个窄脉冲，送入打弧封锁电路(38)，同时由该电路(38)输出一秒钟宽度的封锁信号，进入触发器(37)，强行封锁该触发器输出端1g1、1g2、1g3的触发脉冲，使1KG1-1KG3不触发，氮化整流桥无直流电压输出，起到可靠灭弧的作用。主回路中1C1-1C3，1R1-1R3，2C1-2C3，2R1-2R3为交流过电压保护网路。
4、强化处理供电主回路。强化处理主电路结构与氮化处理主电路基本相同。根据强化处理工艺要求，主回路必须是低电压(最大电压调节范围为10-80V)大电流125A供电;並使压力环节装置控制在13.3-66.7Pa的真空度条件下进行;和炉体上安装有供氨针形阀(34)，在抽气管道上安装有碟阀，以及两台真空泵组成手动恒压或自动恒压装置。
强化温度一般控制在600℃以下，当调节温度环节(7)内电位器给定值(对应温度)或炉体内强化温度发生变化时，则触发器(35)的触发脉冲产生移相，由该触发器的2g1、2g2、2g3端输出脉冲去控制强化整流桥2KG1-2KG3触发极，以达到调节强化处理直流电压的目的。
5、本氮化、强化处理设备的操作使用过程如图6.(1)、将符合要求的工件装于炉内托盘上、关上炉盖，连接冷却水管和阳极电缆。(2)、关闭放水阀、打开排空阀，让冷却水进入炉体並开始循环。(3)、按下电源开(51)、真空泵开(54)，慢慢打开碟阀，让炉内抽空真。(4)、按下氮化工作(65)进行氮化打弧，慢慢调节氮化输出电压，使炉内起辉。(5)、氮化处理工件。(6)、强化处理工件。(7)、切断电源，关闭各阀门，待炉内工件冷却后开炉。
权利要求
1.一种辉光离子氮化、强化处理设备，由炉体，氮化供电系统，冷却水系统，供气，抽气系统和压力环节，温度环节组成，其特征是在氮化炉体中安装了电加热元件，如管状或用电阻丝绕制的其他形状的加热元件，其材料可用镍铬合金，石墨，钨丝，钼丝制成，同时还存电气控制回路中设计安装了强化电气控制回路、该回路由主变压器，可控硅半控整流器、滤波器、电压、电流表以及可控硅触发器组成提供一个电压可调的直流工作电源，在控制回路中，按下AN1按钮，接触器C2闭合，氮化处理回路工作，强化处理回路不工作，仅之按下AN2按钮接触器JC3闭合，强化处理回路工作，氮化处理回路不工作的设备。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征是电加热元件采用φ1.4mm的镍铬合金丝，绕在两支串联的每支骨架有40齿的φ37×150mm的耐热瓷管骨架上，並用不锈钢片作支架，安装在氮化炉体内的上半部分。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征是氮化炉体由炉盖、炉座、炉筒组成，在炉筒内安装有内、外隔热屏，上半部分装有电加热元件(20)，和强化阴板(19)，强化阳极(18)的装置。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征是在强化处理回路中，当调节温度环节内电位器给定值，或炉体内强化温度发生变化时，由触发器(35)的触发脉冲产生移相，由2g1、2g2、2g3输出脉冲去控制强化整流桥2KG1-2KG3的触发极，构成输出可调直流电源的电路。
全文摘要
一种辉光离子氮化、强化处理设备，由炉体，氮化供电系统，强化供电系统，冷却水系统，供气、抽气系统以及压力环节，温度环节构成。适用于对工件在同一炉体中既能进行氮化处理，又能进行强化处理，并能完成从氮化到强化功能的直接转换，经过强化处理后可使氮化层深度增加40％，硬度提高50％，耐磨性能提高1倍以上，具有缩短工件生产周期和降低设备成本，及其结构简单，使用安装方便的优点。
文档编号C23C8/36GK1054274SQ9010589
公开日1991年9月4日 申请日期1990年9月26日 优先权日1990年9月26日
发明者张宜君, 邹世友, 舒正国, 刘炳权, 周上祺, 严金淮, 胡振纪 申请人:自贡市低压电器厂, 重庆大学