[发明专利]离子氮化炉

说明书

技术领域

本发明涉及一种渗氮设备，具体涉及一种离子氮化炉，属于热处理技术领域。

背景技术

曲轴是内燃发动机中的关键零件之一，其在工作过程中，会不断承受很大的弯曲应力﹑扭转应力且受力情况异常复杂，所以对曲轴的抗拉强度﹑硬度﹑耐磨性﹑耐疲劳性以及冲击韧性等都有着严格要求。发动机曲轴材料主要有球墨铸铁和锻钢两类，球墨铸铁曲轴以其成本低（成本只有调质钢曲轴成本的1／3左右）、加工和热处理性能好在国内外得到了广泛应用。

渗氮是提高球墨铸铁曲轴硬度﹑耐磨性等性能的关键工艺之一，渗氮分为普通渗氮和离子渗氮。离子渗氮是在充以含氮气体的低真空炉体内把金属工件作为阴极，炉体为阳极，通电后介质中的氮氢原子在高压直流电场下被电离，在阴阳极之间形成等离子区。在等离子区强电场作用下，氮和氢的正离子以高速向工件表面轰击。离子的高动能转变为热能，加热工件表面至所需温度。由于离子的轰击，工件表面产生原子溅射，因而得到净化，同时由于吸附和扩散作用，氮遂渗入工件表面。与普通渗氮相比，离子渗氮可缩短渗氮周期，节约能源。而现有离子氮化炉存在的问题在于：氮化炉内温差大，曲轴整体氮化效果不均匀，两端氮化质量低于中间，外圈氮化质量低于里圈，氮化质量相差很大，由于曲轴是高精度产品，氮化不均匀大大降低了曲轴的使用寿命。为解决这一问题，过去大多是提高保温温度来补偿的，但结果并不理想，且易出现变形、膨胀。

专利号CN1789477A公开了一种节能离子氮化炉，炉体设有保温屏和外冷却罩，保温屏为双层不锈钢密封绝热保温层，炉底盘上设有炉底隔热屏，渗氮气体进入管道沿保温屏外侧，由保温屏顶部进入炉体内的气体分散环。专利号CN202265601U公开了一种真空氮化炉，由炉体、底座和阴极盘构成，炉体活动安装在底座上，底座的中心部位装有阴极盘，阴极盘下方的底座上设置有抽真空装置，炉体内设置有隔热屏，炉体底部分别设置有氨气进口和冷却循环水出口，炉体下端设置有冷却循环水进口。上述专利在一定程度上提高了保温效果，增强了保温温度的补偿效果，但并未从根本上解决氮化炉氮化温差大、氮化效果不均的问题。

发明内容

根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种离子氮化炉，使氮化工作区温度均匀，径向和轴向温差大大减小。

本发明所述的离子氮化炉包括炉体、炉底盘、冷却装置和进气抽气系统，炉体与炉底盘扣合形成炉腔，炉腔内设置阴极盘，阴极盘通过底盘支柱连接炉底盘，阴极盘上设置阴极工装、阴极支柱，阴极盘上方设置阴极盖板，阴极盖板通过阴极支柱支撑。

曲轴与阴极盘直接接触时，接触位置往往是辉光薄弱区，辉光温度低，通过设置阴极工装使曲轴底端与阴极盘产生加工间距，避免产生辉光死角，有利于曲轴底部氮化温度的提升。在曲轴上端温度相应薄弱处设置阴极盖板，扩充了氮化空间整体覆盖的有效等温区，消除辉光薄弱处，使曲轴整体氮化均匀，提高氮化质量。炉体顶部设置吊环，便于将炉体吊装到炉底盘上或提起，炉体与炉底盘之间设置密封装置，有利于保温。

所述的冷却装置包括夹层水胆，夹层水胆设置在炉体、炉底盘夹层内，炉体、炉底盘上分别设置进水口、出水口与夹层水胆相连，进水口设置强、中、弱三路进水。三路进水在升、保、降温中根据工艺阶段通过加大或减少其流量易于辅助性温控，冷却过程中产生的热水经处理后可供暖及用于职工洗浴，热量散失后的水再得到冷却循环利用，形成高温水到供暖散热再到高温水的低碳环保经济循环模式。

所述的进气抽气系统包括进气口、抽气管，抽气管一端连接炉底盘中部，另一端深入炉腔内且端部管口高于阴极盖板上表面，进气口设置在炉底盘上。

所述的进气抽气系统包括进气口、抽气口，进气口设置在炉体上部，抽气口设置在炉底盘中间部位。

所述的炉底盘与阴极盘之间设置气体分流屏，气体分流屏为中间开孔的圆盘。

氮化炉的炉腔内需保持一定的真空度，氮化前通过抽气管或抽气口连接的真空泵对炉腔内进行抽真空，再通过进气口通入离子氮化的气源即氨气和二氧化碳混合气，而氮化过程中产生的废气也需要经抽气管或抽气口抽出。以往进气口多设置在炉体上部，混合气进入工作区后尚未经充分反应就迅速沿中心的抽气口被抽出，造成能源的浪费，且抽出的气体含有大量氨气，对车间造成很大污染，严重影响职工身体健康。通过设置气体分流屏，大大延缓了混合气由进气口到出气口的速度，使混合气在工作区内充分反应，大大降低了废弃排出量，既节能又环保。