工業箱式臺車爐的燒結流程是怎樣的

工業箱式臺車爐的燒結流程在完成裝爐和預熱階段后，便進入核心的升溫燒結環節。此時爐內溫度以程序化控制方式勻速上升，通常設定為5-10℃/分鐘的梯度，確保坯體內部水分和有機添加劑逐步排出。當溫度達到800℃臨界點時，控制系統會自動切換為階梯式升溫模式，這是為了避免坯體因熱應力驟增而產生裂紋。

在1200-1600℃的高溫區間，爐內發生著微觀層面的質變。坯體顆粒間開始形成頸部連接，通過表面擴散和體積擴散機制，材料孔隙率逐漸降低。這個階段需要精確控制氧分壓，特別是處理易氧化金屬時，需通入氮氫混合氣體作為保護氣氛。臺車爐的分區加熱設計在此顯現優勢，通過三溫區獨立控溫，能有效補償爐門區域的溫度損失，使工件受熱均勻性誤差控制在±5℃以內。

當達到預設的最高燒結溫度后，系統進入保溫階段。這段時間持續2-4小時不等，具體取決于工件厚度和材料特性。保溫期間晶粒會完成再結晶過程，爐內紅外測溫儀實時監測工件表面溫度，數據反饋至PLC系統形成閉環控制。值得關注的是，現代臺車爐已引入模糊PID算法，能夠根據熱慣性自動調整加熱功率，將溫度波動范圍壓縮到±1.5℃的精密級別。

一、燒結前準備

1. 工藝參數設定

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

• 氣氛控制（如需）：

• 真空環境：提前啟動真空泵，將爐膛真空度抽至目標值（如 10?2Pa）。

• 保護氣氛：通入氮氣（N?）、氬氣（Ar）等惰性氣體，或氫氣（H?）等還原性氣體，通過流量計控制流量（如 500mL/min）。

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

2. 設備檢查

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

• 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。

• 測試控制系統功能：手動模擬升溫程序，確認溫控儀表、報警系統（如超溫聲光報警）正常工作。

二、燒結過程

1. 升溫階段

• 低速升溫：初始階段以較低速率升溫（如 1~3℃/min），避免工件因熱應力開裂（尤其對多孔材料或復雜結構件）。

• 分段保溫：在關鍵溫度點（如材料相變溫度、揮發物析出溫度）設置保溫段，例如：
  ? 陶瓷燒結：500℃保溫 0.5 小時，排除坯體中的有機物黏結劑；
  ? 金屬粉末燒結：800℃保溫 1 小時，促進擴散初期顆粒間結合。

• 功率調節：通過 PID 控制自動調整加熱功率，確保實際溫度與設定曲線偏差≤±5℃（工業級控溫精度）。

2. 高溫保溫階段

• 核心燒結期：達到目標溫度后進入保溫階段，持續時間根據工件厚度、材料致密化需求確定（通常 0.5~8 小時）。

• 物理變化：

• 金屬燒結：顆粒間原子擴散形成冶金結合，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：通過晶粒生長、玻璃相形成實現致密化，需嚴格控制保溫時間避免過燒（如 Al?O?陶瓷保溫過長會導致晶粒粗大、強度下降）。

• 氣氛維持：實時監測爐膛內氣壓或氣體濃度（如氧含量＜10ppm），自動補入氣體維持設定環境。

3. 降溫階段

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

• 強制冷卻（如需快速周轉）：開啟爐壁風冷系統或通入循環冷卻水，將降溫速率提升至 10~20℃/min（需注意工件材質耐受能力）。

• 相變控制：對有相變要求的材料（如馬氏體不銹鋼），需在特定溫度區間（如 Ms 點以下）控制冷卻速度，確保組織轉變。

三、燒結后處理

1. 工件取出與檢測

• 臺車出爐后，使用專用夾具或叉車卸下工件，避免碰撞損傷。

• 質量檢測：

• 外觀：檢查表面有無裂紋、氧化色（如真空燒結應保持金屬光澤）；

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

2. 設備維護

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

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

• 密封件保養：真空爐門密封圈需定期涂抹真空脂，避免橡膠硬化失效。

四、關鍵工藝參數與控制要點

五、常見應用場景

1. 粉末冶金零件生產

• 流程：金屬粉末壓制坯體→臺車爐真空燒結（如鐵基零件 1100℃保溫 3 小時）→后續機加工。

• 優勢：批量處理復雜形狀零件，成本低于傳統鑄造工藝。

2. 陶瓷基復合材料（CMC）燒結

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

• 關鍵：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→消除應力、改善切削性能。

六、安全與環保注意事項

1. 安全操作

• 高溫狀態下禁止直接打開爐門，需佩戴隔熱手套和護目鏡；

• 處理易燃易爆氣氛（如氫氣）時，需提前吹掃爐膛并設置防爆裝置。

2. 環保要求

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

• 冷卻廢水需循環使用或處理達標后排放，降低能耗與污染。

降溫階段采用梯度式程序冷卻，初期以30℃/小時的速度緩冷至800℃，避免因淬火效應導致產品變形。當溫度降至600℃以下時，可啟動臺車移出機構，將載料臺車移至緩冷區繼續自然冷卻。部分設備配備余熱回收系統，能將400℃以上的排氣熱量轉化為干燥工段的預熱能源，使整體能耗降低約18%。整個燒結流程的工藝參數，包括升溫曲線、氣氛組成和保溫時間等關鍵數據，都會被MES系統記錄并生成可追溯的燒結圖譜，為后續質量分析提供數據支撐。