[发明专利]一种奥氏体不锈钢细长管的低温离子硬化处理装置

说明书

本发明公开了一种奥氏体不锈钢细长管的低温离子硬化处理装置，欲处理的不锈钢管(10)悬挂在炉内阴极盘(4)上，阴极盘与直流电源(2)的负极相接，直流电源的正极接炉壳，并接地保护。阴极盘上还悬挂一根插有n+1支(n为外辅助加热区的数量)铠装热电偶的不锈钢管(5)，热电偶的输出端接隔离放大器(1)后再与温度控制仪表(8)相接。一支热电偶插在不锈钢管的中部，用于调节直流辉光放电电源的输出功率；其余的n支热电偶插入深度与外辅助加热区的高度相同，这些热电偶与炉壳(6)外的外辅助加热器(7)、外冷风机(9)、温控仪表(8)等构成温度闭环控制系统，通过控制炉壁的温度，使炉内不锈钢管的轴向温度保持一致。

技术领域

本发明属于一种金属材料表面离子化学热处理装置，更具体地说它是一种用于奥氏体不锈钢细长管的低温离子硬化处理装置。

背景技术

奥氏体不锈钢具有良好的耐蚀性，被广泛地应用在石油、化工、医药、食品等工业中。但是，由于奥氏体不锈钢的硬度低(～230HV)、耐磨性差，所以用奥氏体不锈钢制造的机械零件，尤其是在一些需要耐磨的零件就难以满足使用要求，大大地降低了这些机械零件的机械性能和使用寿命。

为了提高奥氏体不锈钢表面的硬度和耐磨性，传统的办法是在～550℃温度下进行离子渗氮，使奥氏体不锈钢表面形成一层含CrN的硬化层，以此来提高奥氏体不锈钢的表面硬度和耐磨性。但是，经过～550℃高温离子渗氮后的不锈钢表面硬化层内，自由Cr的含量低于不锈钢最低含Cr量要大于13％的基本要求，所以奥氏体不锈钢高温离子渗氮后虽然提高了不锈钢表面的硬度，但却降低了不锈钢表面的耐蚀性能。

自上世纪八十年代起，国外研究人员陆续发现奥氏体不锈钢可以在低温下进行渗氮、渗碳和氮碳共渗的表面硬化处理，在某一处理温度范围(渗氮420℃～450℃，渗碳450℃～550℃，氮碳共渗420℃～450℃)，氮或(和)碳原子可以渗入奥氏体不锈钢的内部，在奥氏体不锈钢表面形成一层氮或(和)碳的过饱和固溶体，没有铬的氮化物或(和)碳化物析出，这样就可以实现在不降低不锈钢表面耐蚀性能的前提下，大幅度提高奥氏体不锈钢的表面硬度和耐磨性。

奥氏体不锈钢低温硬化处理最关键的工艺参数是处理温度，如果处理温度高于上限温度，硬化层内就会有氮化铬或碳化铬析出，使不锈钢管表面耐蚀性能下降；如果处理温度偏低，会造成硬化层薄且渗速过慢。

目前奥氏体不锈钢低温硬化处理的方法主要有离子化学热处理法、气体化学热处理法和盐浴化学热处理法三种。其中，离子化学热处理法具有处理速度快、硬化层质量高、无污染等优点。但是，离子化学热处理技术也存在一些较难解决的技术难题，如工件测控温难和炉内工件温度均匀性差等，炉子尺寸越大，温度均匀性越差。

目前我国生产的离子化学热处理设备都是水冷式(冷壁式)炉体结构，工件是靠离子轰击加热到化学热处理温度。受炉体结构和离子轰击加热特点的影响，炉内工件轴向和径向温差较大，无法满足奥氏体不锈钢细长管表面低温离子硬化处理的需要。

发明内容

本发明的目的是要提供一种带有外辅助加热功能的热壁式离子化学热处理装置，用于奥氏体不锈钢细长管表面的低温离子硬化处理，它能有效地解决炉内不锈钢细长管的轴向和径向温度均匀性差的问题，提高不锈钢管表面低温硬化层的质量，并在处理过程中不会对设备和环境造成污染。

本发明的目的是这样实现的：该处理装置是由几个有独立加热和冷却功能的炉外辅助加热器组成，真空炉内顶部固定一个阴极盘，阴极盘与直流电源的负极相接，直流电源的阳极接炉外壳，并接地保护。欲处理的奥氏体不锈钢细长管悬挂在阴极盘上，其中一根管内插有与炉外辅助加热器数量相等的铠装热电偶，铠装热电偶的插入深度与对应的外辅助加热器在同一高度上。