工業(yè)箱式臺(tái)車爐的燒結(jié)流程是怎樣的

工業(yè)箱式臺(tái)車爐的燒結(jié)流程在完成裝爐和預(yù)熱階段后，便進(jìn)入核心的升溫?zé)Y(jié)環(huán)節(jié)。此時(shí)爐內(nèi)溫度以程序化控制方式勻速上升，通常設(shè)定為5-10℃/分鐘的梯度，確保坯體內(nèi)部水分和有機(jī)添加劑逐步排出。當(dāng)溫度達(dá)到800℃臨界點(diǎn)時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換為階梯式升溫模式，這是為了避免坯體因熱應(yīng)力驟增而產(chǎn)生裂紋。

在1200-1600℃的高溫區(qū)間，爐內(nèi)發(fā)生著微觀層面的質(zhì)變。坯體顆粒間開始形成頸部連接，通過表面擴(kuò)散和體積擴(kuò)散機(jī)制，材料孔隙率逐漸降低。這個(gè)階段需要精確控制氧分壓，特別是處理易氧化金屬時(shí)，需通入氮?dú)浠旌蠚怏w作為保護(hù)氣氛。臺(tái)車爐的分區(qū)加熱設(shè)計(jì)在此顯現(xiàn)優(yōu)勢，通過三溫區(qū)獨(dú)立控溫，能有效補(bǔ)償爐門區(qū)域的溫度損失，使工件受熱均勻性誤差控制在±5℃以內(nèi)。

當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)的最高燒結(jié)溫度后，系統(tǒng)進(jìn)入保溫階段。這段時(shí)間持續(xù)2-4小時(shí)不等，具體取決于工件厚度和材料特性。保溫期間晶粒會(huì)完成再結(jié)晶過程，爐內(nèi)紅外測溫儀實(shí)時(shí)監(jiān)測工件表面溫度，數(shù)據(jù)反饋至PLC系統(tǒng)形成閉環(huán)控制。值得關(guān)注的是，現(xiàn)代臺(tái)車爐已引入模糊PID算法，能夠根據(jù)熱慣性自動(dòng)調(diào)整加熱功率，將溫度波動(dòng)范圍壓縮到±1.5℃的精密級(jí)別。

一、燒結(jié)前準(zhǔn)備

1. 工藝參數(shù)設(shè)定

• 溫度曲線：根據(jù)材料特性（如金屬粉末的熔點(diǎn)、陶瓷的燒結(jié)溫度）設(shè)定多段升溫、保溫、降溫程序。
  ? 示例：升溫速率 5℃/min→保溫溫度 1200℃（保溫 2 小時(shí)）→隨爐冷卻至室溫。

• 氣氛控制（如需）：

• 真空環(huán)境：提前啟動(dòng)真空泵，將爐膛真空度抽至目標(biāo)值（如 10?2Pa）。

• 保護(hù)氣氛：通入氮?dú)猓∟?）、氬氣（Ar）等惰性氣體，或氫氣（H?）等還原性氣體，通過流量計(jì)控制流量（如 500mL/min）。

• 臺(tái)車裝卸：通過電動(dòng)軌道將臺(tái)車移出爐體，裝載待燒結(jié)工件（如金屬預(yù)制件、陶瓷坯體），注意工件間距均勻以保證受熱一致。

2. 設(shè)備檢查

• 確認(rèn)加熱元件（如電阻絲、硅鉬棒）無斷裂或老化，熱電偶位置準(zhǔn)確（通常位于爐膛頂部或側(cè)壁）。

• 檢查爐門密封性能（如硅橡膠密封圈是否完好），避免氣氛泄漏或熱量散失。

• 測試控制系統(tǒng)功能：手動(dòng)模擬升溫程序，確認(rèn)溫控儀表、報(bào)警系統(tǒng)（如超溫聲光報(bào)警）正常工作。

二、燒結(jié)過程

1. 升溫階段

• 低速升溫：初始階段以較低速率升溫（如 1~3℃/min），避免工件因熱應(yīng)力開裂（尤其對(duì)多孔材料或復(fù)雜結(jié)構(gòu)件）。

• 分段保溫：在關(guān)鍵溫度點(diǎn)（如材料相變溫度、揮發(fā)物析出溫度）設(shè)置保溫段，例如：
  ? 陶瓷燒結(jié)：500℃保溫 0.5 小時(shí)，排除坯體中的有機(jī)物黏結(jié)劑；
  ? 金屬粉末燒結(jié)：800℃保溫 1 小時(shí)，促進(jìn)擴(kuò)散初期顆粒間結(jié)合。

• 功率調(diào)節(jié)：通過 PID 控制自動(dòng)調(diào)整加熱功率，確保實(shí)際溫度與設(shè)定曲線偏差≤±5℃（工業(yè)級(jí)控溫精度）。

2. 高溫保溫階段

• 核心燒結(jié)期：達(dá)到目標(biāo)溫度后進(jìn)入保溫階段，持續(xù)時(shí)間根據(jù)工件厚度、材料致密化需求確定（通常 0.5~8 小時(shí)）。

• 物理變化：

• 金屬燒結(jié)：顆粒間原子擴(kuò)散形成冶金結(jié)合，孔隙率降低，密度接近理論值（如粉末冶金零件致密度≥95%）。

• 陶瓷燒結(jié)：通過晶粒生長、玻璃相形成實(shí)現(xiàn)致密化，需嚴(yán)格控制保溫時(shí)間避免過燒（如 Al?O?陶瓷保溫過長會(huì)導(dǎo)致晶粒粗大、強(qiáng)度下降）。

• 氣氛維持：實(shí)時(shí)監(jiān)測爐膛內(nèi)氣壓或氣體濃度（如氧含量＜10ppm），自動(dòng)補(bǔ)入氣體維持設(shè)定環(huán)境。

3. 降溫階段

• 隨爐冷卻：多數(shù)情況下采用自然降溫，避免急冷導(dǎo)致工件開裂（如高碳鋼淬火需控制冷卻速率）。

• 強(qiáng)制冷卻（如需快速周轉(zhuǎn)）：開啟爐壁風(fēng)冷系統(tǒng)或通入循環(huán)冷卻水，將降溫速率提升至 10~20℃/min（需注意工件材質(zhì)耐受能力）。

• 相變控制：對(duì)有相變要求的材料（如馬氏體不銹鋼），需在特定溫度區(qū)間（如 Ms 點(diǎn)以下）控制冷卻速度，確保組織轉(zhuǎn)變。

三、燒結(jié)后處理

1. 工件取出與檢測

• 臺(tái)車出爐后，使用專用夾具或叉車卸下工件，避免碰撞損傷。

• 質(zhì)量檢測：

• 外觀：檢查表面有無裂紋、氧化色（如真空燒結(jié)應(yīng)保持金屬光澤）；

• 性能：測量硬度（如 HRC）、密度、抗彎強(qiáng)度等指標(biāo)，抽檢不合格品分析原因（如溫度不足、氣氛污染）。

2. 設(shè)備維護(hù)

• 清理爐膛：用毛刷或吸塵器去除氧化物碎屑、揮發(fā)物殘留（如陶瓷燒結(jié)后的釉料飛濺）。

• 檢查元件：高溫下加熱元件可能因升華或氧化導(dǎo)致電阻變化，需定期校準(zhǔn)阻值并更換老化部件。

• 密封件保養(yǎng)：真空爐門密封圈需定期涂抹真空脂，避免橡膠硬化失效。

四、關(guān)鍵工藝參數(shù)與控制要點(diǎn)

五、常見應(yīng)用場景

1. 粉末冶金零件生產(chǎn)

• 流程：金屬粉末壓制坯體→臺(tái)車爐真空燒結(jié)（如鐵基零件 1100℃保溫 3 小時(shí)）→后續(xù)機(jī)加工。

• 優(yōu)勢：批量處理復(fù)雜形狀零件，成本低于傳統(tǒng)鑄造工藝。

2. 陶瓷基復(fù)合材料（CMC）燒結(jié)

• 流程：陶瓷纖維預(yù)制體浸漬漿料→臺(tái)車爐惰性氣氛燒結(jié)（如 SiC/SiC 在 1600℃氬氣中保溫 4 小時(shí)）→致密化處理。

• 關(guān)鍵：精確控制升溫速率以避免纖維與基體熱膨脹失配。

3. 金屬熱處理（退火 / 回火）

• 流程：工件入爐→升溫至相變溫度以上（如中碳鋼退火溫度 850℃）→保溫后隨爐冷卻→消除應(yīng)力、改善切削性能。

六、安全與環(huán)保注意事項(xiàng)

1. 安全操作

• 高溫狀態(tài)下禁止直接打開爐門，需佩戴隔熱手套和護(hù)目鏡；

• 處理易燃易爆氣氛（如氫氣）時(shí)，需提前吹掃爐膛并設(shè)置防爆裝置。

2. 環(huán)保要求

• 揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）需通過尾氣處理裝置（如燃燒法、吸附法）凈化后排放；

• 冷卻廢水需循環(huán)使用或處理達(dá)標(biāo)后排放，降低能耗與污染。

降溫階段采用梯度式程序冷卻，初期以30℃/小時(shí)的速度緩冷至800℃，避免因淬火效應(yīng)導(dǎo)致產(chǎn)品變形。當(dāng)溫度降至600℃以下時(shí)，可啟動(dòng)臺(tái)車移出機(jī)構(gòu)，將載料臺(tái)車移至緩冷區(qū)繼續(xù)自然冷卻。部分設(shè)備配備余熱回收系統(tǒng)，能將400℃以上的排氣熱量轉(zhuǎn)化為干燥工段的預(yù)熱能源，使整體能耗降低約18%。整個(gè)燒結(jié)流程的工藝參數(shù)，包括升溫曲線、氣氛組成和保溫時(shí)間等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，都會(huì)被MES系統(tǒng)記錄并生成可追溯的燒結(jié)圖譜，為后續(xù)質(zhì)量分析提供數(shù)據(jù)支撐。