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工业气体在热处理行业中的应用
发表于:2021-09-14 10:37 分享至:

在机械加工过程中,机械零件在进行热处理时,必须放入各种加热炉中进行加热。达到预设温度后,保持一段时间,然后出炉冷却,完成热处理过程。在机械制造业中,大多数经过处理的零件是由钢铁制成的。钢铁零件在炉内加热时,表面在500℃氧化,即发生脱碳。如果对毛坯进行处理,之后会有加工余量,可以保证氧化脱碳层的去除。如果是最后的热处理工序,零件只剩下少量的磨削加工。如果氧化脱碳层较深,在最终加工中无法去除,热处理后零件的性能将大大降低。

钢铁零件在加热过程中的脱碳现象是由于加热介质中存在氧气。只要隔绝氧气加热,就可以避免氧化脱碳现象,这需要在盐浴炉中加热,而不是在空气炉中加热。盐浴隔绝了氧气,必须将其还原。处理后的盐渣和蒸汽也污染了环境。也可以用真空炉处理,但由于密封技术要求高,炉子不能做得太大,应用受到限制。

气体保护炉广泛应用于工业。在热处理过程中,使用了各种气体,有氩气保护的,有氮气保护的,也有氮气保护的。

有了氮基保护,钢铁零件不会氧化脱碳,热处理后的零件表面质量可以大大提高。特别是一些形状复杂的模具。淬火后,型腔不再加工。如果有氧化脱碳,表层硬度会大大降低,即耐磨性和使用寿命会降低。但在氮基保护气氛中进行中性加热,不会在工作表面产生任何氧化脱碳,从而提高工件的表面热处理质量,延长工件的使用寿命。

在热处理设备中,为了使用不同的气体进行保护,有一种多用炉或流态化炉,可以使用不同比例的氮气和各种载体,可以进行渗氮、氮碳共渗(软氮化)、渗碳等各种化学热处理。

工业气体为热处理过程提供保护,可以制备各种载气进行各种化学热处理,不仅方便了材料的热处理过程,而且大大提高了热处理效率。

在氮基保护气氛中,使用纯氮气(99.99%)或工业氮气作为原料气,并使用适当的碳氢化合物(如天然气、丙烷等。)和一些参与反应的气体,如氢气、氨、二氧化碳、空气等。以便制备以氨为主要成分的混合气体。这种气体不含或含有一定的还原性气体,可广泛用于各种加热过程,如光亮热处理、化学热处理、钎焊和粉末冶金烧结。

用于热处理的氮气大致可分为以下几类:

一、纯氧一般指含氮99.99%以上的保护气体。

二、氨基中性保护气体是指不氧化、不脱碳、不渗碳钢的保护气体。这种保护气体也有一定的还原性。由于对各种含碳量的钢材都有保护作用,只要加热周期相同,不同含碳量的钢材可以在同一炉内进行处理,可用于高、中、低温淬火、退火、回火等各种热处理工艺,达到光亮效果。常用的中性气体如下:

1.氮气+氢气:保护气体具有一定的还原性和弱脱碳性。气体中的氢含量通常控制在0.5%至3%之间。

2.氮气+一氧化碳+氢气:这种保护气体可用于钢结构、工具钢和轴承钢的非氧化、非脱碳和非渗碳热处理,如工具钢和模具钢、高速钢和轴承钢在含0.5%~1%一氧化碳和1%~2%氢气的保护气体中的退火和淬火。在一氧化碳和氢气含量高达2%的氮基气氛中,将碳含量为1%的高速钢加热至1200℃,40分钟后,基本没有脱碳现象。保护器可以通过用甲醇净化工业氮气来制备。

3.氮基碳势气氛:这是一种活性成分含量较高的氮基气氛。通常,可以向氮气中加入适量的添加剂(碳氢化合物或碳氢化合物的氧化衍生物),以获得用于渗碳处理的碳势气氛。

4.氮气-甲醇保护气体:这是目前国外广泛使用的氮基气氛。控制氮气与甲醇的比例,使得大气中的一氧化碳:氢气:氮气为1: 2: 2。

氮基气氛热处理的优点是:第一,节能。与吸热型气氛相比,使用氮基气氛可节约燃料消耗25%~85%。二是气源丰富。氮基大气中氮源的制备主要来自空气,气源非常丰富。第三,可以提高产品质量。氮基气氛含有较少的一氧化碳和氢气,这大大减少了氢脆和内部氧化。通常,吸热气氛是钢的还原气体,因为它含有高含量的一氧化碳和氢气。但一氧化碳是铬、锰、锶、钼、钛等元素的氧化剂。因此,吸热气氛对碳钢来说是一种明亮的加热气氛,而合金钢受热表面会形成黑色氧化物。比如不锈钢和轴承钢中铬的含量比较高。由于铬和氧的亲和力很强,铬应该在一氧化碳和二氧化碳的气氛中被氧化。吸热气氛中的一氧化碳含量约为25%,因此大多数不锈钢、轴承钢和高铬钢在吸热气氛中的热处理效果并不理想。钢的表面会形成一层氧化层。同样,铬在水环境中也会被氧化。因此,在理论分析中,高铬合金钢不宜使用吸热气氛。使用氮基气氛可以降低合金元素的氧化程度,提高热处理质量。四是适应性广。氮基气氛适用于各种碳钢、合金钢、不锈钢以及铜、铝等有色金属的热处理。第五,安全。氮气是一种中性气体,无毒、无污染、不爆炸,便于运输、管理和使用。

综合氮基气氛热处理优势明显,因此国内重点企业和项目采用了国外先进的气源装置和氮基气氛进行各种热处理。但面对庞大的国内市场,只有大力推广国产热处理设备,才能提高我国非氧化加热水平。

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