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    工業氣體在熱處理行業中的應用
    發表于:2021-09-14 10:37 分享至:

    在機械加工過程中,機械零件在進行熱處理時,必須放入各種加熱爐中進行加熱。達到預設溫度后,保持一段時間,然后出爐冷卻,完成熱處理過程。在機械制造業中,大多數經過處理的零件是由鋼鐵制成的。鋼鐵零件在爐內加熱時,表面在500℃氧化,即發生脫碳。如果對毛坯進行處理,之后會有加工余量,可以保證氧化脫碳層的去除。如果是最后的熱處理工序,零件只剩下少量的磨削加工。如果氧化脫碳層較深,在最終加工中無法去除,熱處理后零件的性能將大大降低。

    鋼鐵零件在加熱過程中的脫碳現象是由于加熱介質中存在氧氣。只要隔絕氧氣加熱,就可以避免氧化脫碳現象,這需要在鹽浴爐中加熱,而不是在空氣爐中加熱。鹽浴隔絕了氧氣,必須將其還原。處理后的鹽渣和蒸汽也污染了環境。也可以用真空爐處理,但由于密封技術要求高,爐子不能做得太大,應用受到限制。

    氣體保護爐廣泛應用于工業。在熱處理過程中,使用了各種氣體,有氬氣保護的,有氮氣保護的,也有氮氣保護的。

    有了氮基保護,鋼鐵零件不會氧化脫碳,熱處理后的零件表面質量可以大大提高。特別是一些形狀復雜的模具。淬火后,型腔不再加工。如果有氧化脫碳,表層硬度會大大降低,即耐磨性和使用壽命會降低。但在氮基保護氣氛中進行中性加熱,不會在工作表面產生任何氧化脫碳,從而提高工件的表面熱處理質量,延長工件的使用壽命。

    在熱處理設備中,為了使用不同的氣體進行保護,有一種多用爐或流態化爐,可以使用不同比例的氮氣和各種載體,可以進行滲氮、氮碳共滲(軟氮化)、滲碳等各種化學熱處理。

    工業氣體為熱處理過程提供保護,可以制備各種載氣進行各種化學熱處理,不僅方便了材料的熱處理過程,而且大大提高了熱處理效率。

    在氮基保護氣氛中,使用純氮氣(99.99%)或工業氮氣作為原料氣,并使用適當的碳氫化合物(如天然氣、丙烷等。)和一些參與反應的氣體,如氫氣、氨、二氧化碳、空氣等。以便制備以氨為主要成分的混合氣體。這種氣體不含或含有一定的還原性氣體,可廣泛用于各種加熱過程,如光亮熱處理、化學熱處理、釬焊和粉末冶金燒結。

    用于熱處理的氮氣大致可分為以下幾類:

    一、純氧一般指含氮99.99%以上的保護氣體。

    二、氨基中性保護氣體是指不氧化、不脫碳、不滲碳鋼的保護氣體。這種保護氣體也有一定的還原性。由于對各種含碳量的鋼材都有保護作用,只要加熱周期相同,不同含碳量的鋼材可以在同一爐內進行處理,可用于高、中、低溫淬火、退火、回火等各種熱處理工藝,達到光亮效果。常用的中性氣體如下:

    1.氮氣+氫氣:保護氣體具有一定的還原性和弱脫碳性。氣體中的氫含量通??刂圃?.5%至3%之間。

    2.氮氣+一氧化碳+氫氣:這種保護氣體可用于鋼結構、工具鋼和軸承鋼的非氧化、非脫碳和非滲碳熱處理,如工具鋼和模具鋼、高速鋼和軸承鋼在含0.5%~1%一氧化碳和1%~2%氫氣的保護氣體中的退火和淬火。在一氧化碳和氫氣含量高達2%的氮基氣氛中,將碳含量為1%的高速鋼加熱至1200℃,40分鐘后,基本沒有脫碳現象。保護器可以通過用甲醇凈化工業氮氣來制備。

    3.氮基碳勢氣氛:這是一種活性成分含量較高的氮基氣氛。通常,可以向氮氣中加入適量的添加劑(碳氫化合物或碳氫化合物的氧化衍生物),以獲得用于滲碳處理的碳勢氣氛。

    4.氮氣-甲醇保護氣體:這是目前國外廣泛使用的氮基氣氛??刂频獨馀c甲醇的比例,使得大氣中的一氧化碳:氫氣:氮氣為1: 2: 2。

    氮基氣氛熱處理的優點是:第一,節能。與吸熱型氣氛相比,使用氮基氣氛可節約燃料消耗25%~85%。二是氣源豐富。氮基大氣中氮源的制備主要來自空氣,氣源非常豐富。第三,可以提高產品質量。氮基氣氛含有較少的一氧化碳和氫氣,這大大減少了氫脆和內部氧化。通常,吸熱氣氛是鋼的還原氣體,因為它含有高含量的一氧化碳和氫氣。但一氧化碳是鉻、錳、鍶、鉬、鈦等元素的氧化劑。因此,吸熱氣氛對碳鋼來說是一種明亮的加熱氣氛,而合金鋼受熱表面會形成黑色氧化物。比如不銹鋼和軸承鋼中鉻的含量比較高。由于鉻和氧的親和力很強,鉻應該在一氧化碳和二氧化碳的氣氛中被氧化。吸熱氣氛中的一氧化碳含量約為25%,因此大多數不銹鋼、軸承鋼和高鉻鋼在吸熱氣氛中的熱處理效果并不理想。鋼的表面會形成一層氧化層。同樣,鉻在水環境中也會被氧化。因此,在理論分析中,高鉻合金鋼不宜使用吸熱氣氛。使用氮基氣氛可以降低合金元素的氧化程度,提高熱處理質量。四是適應性廣。氮基氣氛適用于各種碳鋼、合金鋼、不銹鋼以及銅、鋁等有色金屬的熱處理。第五,安全。氮氣是一種中性氣體,無毒、無污染、不爆炸,便于運輸、管理和使用。

    綜合氮基氣氛熱處理優勢明顯,因此國內重點企業和項目采用了國外先進的氣源裝置和氮基氣氛進行各種熱處理。但面對龐大的國內市場,只有大力推廣國產熱處理設備,才能提高我國非氧化加熱水平。

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