热处理车间设计参考题

第一章1、耐火材料需要考虑的性能指标；耐火度、荷重软化温度、常温耐压强度、密度、热稳定性、高温化学稳定性、重烧线变化（体积稳定性）2、常用的耐火制品；粘土质耐火砖、高铝土、轻质耐火砖、石墨制品、抗渗碳砖、刚玉制品、碳化硅制品3、耐火纤维的特点；耐高温、热导率低（保温性能好）、密度小、蓄热量小、抗热震性能好、绝缘性能好、隔音效果良、化学稳定性好、耐压能力差4、保温材料所具备的性能；导热系数低、体积密度小（强度低）、比热小、使用温度较高、易于施工、价格便宜5、电热材料所具备的性能；耐热性和高温强度、电阻系数、电阻温度系数、热膨胀系数、机械加工性能、抗蚀性6、常用的电阻元件；金属电热材料：镍铬合金、铁铬铝合金、钼、钨；非金属电热材料：碳化硅、硅钼棒、石墨；红外电热材料：金属管（红外涂料）、陶瓷管、石英玻璃7、电热元件中镍铬合金与铁铬铝合金的比较；镍铬合金：标准产品Cr20Ni80、Cr15Ni60、0Cr23Ni13等，形成Cr2O3致密保护膜，耐蚀性好；塑性好，拉拔、绕制容易，焊接性容易；高温加热不易脆化，高温力学性能好；电阻大，电阻温度系数小，功率稳定；最高使用问题1100°C，抗氮气能力强。

铁铬铝合金：标准产品Cr13Al4、0Cr24AlRE、0Cr27Al7Mo2等；形成Al2O3致密保护膜，耐蚀性好；电阻大，电阻温度系数小，功率稳定；最高使用稳定可达1300°C；塑性差，加工性能差，弯曲需加热；高温强度低，元件易于变形、倒塌；高温晶粒粗化，脆性增加，可焊性差，不便返修；高温时不易在氮气中使用，不易在含硫的还原气氛使用；第二章1、常用热处理设备中主要涉及的热量传输过程；加热工件：热源——炉膛——工件热量散失：炉膛——炉墙（炉门）——环境2、传热的基本方式有哪些？并进行比较说明其特点；传导传热：热量从物体的一部分传至另一部分，或由一物体传至与其相接触的另一物体的传热现象；固、液、气态中都能发生；要求物体相互接触；无能量形式变化。

对流传热：液体中不同部分的相对位移是不同部分的质点相互混合，或者在运动质点与一相接触的固体表面之间进行的热交换；只能在流体宏观运动时才能发生；无能量形式的变化；辐射传热：受热物体将热能部分转化成辐射能，以电磁波的形式向外放射，当投射到另一物体时部分被吸收转化成热能。

无需中间介质；既有热量的交换，也有能量形式的转化；不论温度高低任何物质都向四周放射辐射能。

3、炉墙的稳态传热计算；***4、解释什么是层流和紊流，并从其对流传热效果方面如何提高对流传热效果；层流：流体的质点只做彼此平行的直线运动而不互相干扰紊流：流体的质点不仅沿着前进方向流动还向各个方向做很不规则的曲线运动层流流动情况下，对流传热的强度很弱；增加流动速度，会增加紊乱程度，使边界减薄，减少边界层的热阻，强化对流传热；在流体运动途径上设置障碍物，增加紊乱程度，强化传热。

5、什么是角度系数，列举几种角度系数近似为1的情况；角度系数：指从一个面直接投射到第二个面上的热量占第一个面总辐射热的分量（与温度、黑度无关）。

例如：相距较近的大平面、两个同心球的表面或很长的同轴圆柱体表面、一个平面和一个曲面。

第三章1、比较分析周期式炉和连续式炉的优缺点，并列举各自常见的炉型；周期式：特点：结构简单、便于制造，购置费用低、可以完成多种工艺；但劳动条件差、工艺过程不易控制、产品质量不稳定；适用于多品种、小批量生产；炉型：箱式炉、井式炉、台车式炉、罩式炉等。

连续式：特点：生产效率高、产品质量稳定、节约能源，生产成本低，容易实现机械化和自动化，但一次性投资大，不易改变工艺；适用于大批量生产；炉型：输送带式炉、网带式炉、推杆式炉、震底式炉、转底式炉、滚筒式炉。

2、列举说明中温箱式电阻炉与高温箱式电阻炉结构上的差异；高温箱式电阻炉其结构与中温箱式炉相似，但电热元件布置在工作室内。

炉墙内侧比中温炉多一层高铝重质耐火砖，炉墙厚、炉门深，炉底多用碳化硅或重质高铝砖制成。

3、示意画出中温井式电阻炉，并注明其主要部件；P484、列举说明台车式电阻炉与普通箱式炉的差异；炉子由固定的加热室和在台车上的活动炉底两大部分组成，与箱式炉相比增加了台车电热元件通电装置、台车与炉体间密封装置及台车行走驱动装置。

5、写出图中所示热处理炉的炉型，标明其主要部件，并说明其工作过程；6、写出实际布料法确定炉膛尺寸的步骤；1、炉膛长度和宽度的确定实际排料法：按照实际布料来确定炉底的有效面积，再根据炉子温度均匀性的情况，确定实际炉底面积：A有效炉底面积=P生产能力/P0单位炉底生产能力长宽比>1 （箱式为2）实际尺寸，L=L效+(0.2-0.3)m B=B效+(0.2-0.3)m A=A有效/(K≈0.8-0.85)2、炉膛高度的确定炉膛高宽比=0.5-0.9一般高于装料上方200-300mm 退火炉、渗碳炉高些，淬火炉、正火炉低些。

7、由电阻炉功率计算列线图求出炉子功率；***过A线对应点与D线对应点，做直线交于E线O点，过O点与C线对应点做直线，延长交于B线于一点，该点即为所求功率。

（AD过E于O；OC过B为所求）8、分别写出周期式热处理炉加热段保温段和热炉状态下装炉料的热量支出；（间隙式）加热段炉子热支出：Q=Q件+Q辅+Q控+Q散+Q辐+Q溢+Q蓄+Q其他保温段炉子热支出：Q=Q控+Q散+Q辐+Q溢+Q其他热炉状态下装炉料的热量支出：Q=Q件+Q辅+Q控+Q散+Q辐+Q溢+Q其他9、各类电热元件计算步骤。

金属电热元件的理论计算：1、元件尺寸及重量；2、元件数量；3、电热元件寿命计算。

SiC电热元件的计算：1、硅碳棒的数目；2、硅碳棒规格的确定。

第四章1、说明燃料炉与电阻炉比较优缺点，以及二者结构上的差异；特点：燃料来源广泛、价格便宜，利于降低生产费用；固体：炉内温度均匀性差、劳动条件差；液体：其燃料和气体量比不易控制；气体：燃烧完全，过程易控制，炉温均匀。

结构上的差异：燃烧装置、预热装置、排烟系统2、由炉底强度指标计算燃料消耗量；***根据实测炉子的最大燃料消耗量，换算成热量消耗量后除以炉底面积，即得炉底强度指标。

热处理炉的平均燃料消耗量约为最大燃料消耗量的70%；用轻质耐火材料砌筑炉燃料消耗比重质耐火砖约减少15%，用耐火纤维炉衬减少约30%，重质耐火砖表面粘贴50mm厚的耐火纤维毯减少约10-15%；当炉子生产率低于100kg/(m2.h)，或者炉底装载量低于1t/m2，燃料消耗量可减少约25%；3、设计一种燃料炉预热装置，并画出其结构示意图；第五章1、什么是热处理浴炉，说明其优缺点和应用；是一种利用熔融液体作为介质进行加热的热处理炉。

优缺点：综合传热系数大，工件加热速度快；工件加热均匀，变形小；浴炉的热容大，温度波动小，易实现恒温加热；盐液保持中性，易实现无氧化无脱碳加热；热损失大、启动较难、劳动条件差、消耗盐碱量大、不易实现连续化生产。

应用：低温：等温淬火、分级淬火和低温回火；中高温：加热和液态化学热处理2、内热式电极盐浴炉的启动方法和步骤；启动电阻法：将电阻置于坩埚底部，加入一定数量的盐，将启动电阻覆盖，逐渐加盐，当熔盐升高接触电极后，再将启动电阻取出。

当生产结束停炉前，再将启动电阻重置于坩埚，备下次启动用。

注意不要靠近电极，不能过高。

碳棒接通两极直接启动：对插入式盐浴炉；有高电压击穿法、副电极快速启动法、加入“654”碳粉直接启动法、小熔池法、导流器法等。

启动方式：单层、双层启动；波纹体启动；星行、三角形启动。

第六章1、进行淬火加热的推杆式炉，炉内翻转式出料口设计。

并画出结构示意图；P63 翻料口处不设料盘的支撑导轨，而在两侧另设两条料盘转轴的支撑导轨翻料口的尺寸以料盘能顺利翻转为原则2、示意说明震底式炉的工件前进原理；P67第七章1、真空热处理炉的优缺点；优点：工件无氧化、脱碳、可保持表面光洁度；对零件还有脱气、脱脂的作用；可提高材料的机械性能，尤其是疲劳强度和耐磨性。

缺点：炉内传热主要依靠辐射进行，加热速度慢，温度均匀性差；设备复杂、投资高。

2、内热式真空热处理炉的结构特点；炉体结构基本与普通箱式炉类似，发热体、辐射隔热屏和热处理工件全部密封在水冷炉壁的真空室内，也称冷壁真空炉。

真空热处理炉：炉体大多为圆筒形，焊缝少，强度和稳定性好，一般水平或垂直方向放置、炉壳内壁温度<150℃保证焊缝的气密性和强度，尽量少开孔或者不开孔，减少泄露机会、一般选择隔热屏隔热、电热元件不能选择硅碳棒和硅钼棒，一般用石墨（<2400℃）做发热体。

普通箱式炉：一般炉壳外壁温度<50℃、一般用炉衬隔热。

第八章1、什么是碳势？简要说明可控气氛炉中碳势控制的基本原理；P135碳势是表征含碳气氛在一定温度下与工件表面处于平衡时，工件表面达到的含碳量。

2、什么是吸热式气氛和放热式气氛，说明其优缺点；吸热式气氛：原料气体与空气混合，经高温及催化剂作用下，经不完全燃烧反应而生成的气氛，放出热量不足以维持反应的继续进行，需另外供热。

放热式气氛：原料气体的不完全燃烧制得的气氛，燃烧反应放热足以维持反应的进行，无需另外供热。

第九章1、感应加热设备的应用领域及其优缺点；满足外硬内韧的性能要求的表面热处理工艺。

优点：加热速度快、易控制、生产率高、氧化脱碳少、淬火工件畸变小，易于实现机械自动化控制、产品质量稳定等。

缺点：设备比较复杂，一次投入的成本相对较高，感应部件（感应圈）互换性和适应性差，不宜在一些形状复杂的工件上应用等。

第十章1、淬火槽的温度控制及着火预防措施；硝烟或淬火油的加热装置，淬火介质的冷却、搅拌等。

合理选用淬火油，其闪点应高于使用温度50°C以上；配置冷却系统，控制油温在合理范围（不能偏高或偏低）；设置功能强大的搅拌和循环系统，经常性排除油中存在的水分；淬火吊车应配有备用电源，长轴工件选用能快速下降的吊车；配备足量的消防器材（二氧化碳、泡沫、干粉灭火、不可以水灭火）第十一章1、简述热处理节能的基本策略；处理时间最小化（局部、表面）；能源转化过程最短化（直接、高能）；能源利用率最佳化（高效、控制）；预热利用最大化（废气预热、工件预热）。

第十二章1、设计一条汽车齿轮（或40Cr机床主轴，螺旋弹簧）的热处理生产线试，完成如下工作：1、分析该钢的性能要求，说明其热处理工艺2、选择所需的设备，并说明原因3、画出设备在车间的平面布置图；。