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热处理可控气氛
8.3 热处理用可控气氛 8.3.2.2 钢的不脱碳加热原理 钢铁在CO2-CO中的脱碳-渗碳反应 C(g-Fe)+CO2 2CO 式中C(g-Fe)表示奥氏体中的碳,在一般热处理温度下,钢铁中的碳大部分溶解在奥氏体中。反应向右进行,表示钢中的碳与CO2化合成CO,钢被脱碳。 在一定温度下,具有某种成分Pco2/Pco的气氛,对钢是否脱碳与钢中含碳量有关。温度,炉气成分,钢的含碳量三个参数共同决定钢是渗碳还是脱碳。 碳势:在一定温度下,反应平衡时,气氛成分所对应钢中的含碳量。 8.3.2.3 钢在CH4-H2中的渗碳-脱碳反应 甲烷在高温下反应式为:CH4 [C]+2H2 以上化学反应式中[C]为原子状态的碳,它析出于钢表面使钢发生渗碳。甲烷式强渗碳剂炉气中含少量甲烷碳势即明显提高。 因此,在生产上常将甲烷用作提高炉气碳势的富化气,只要加入少量,炉气碳势马上明显提高,当然CH4用量要严格控制,太多会生成炭黑。 8.3.2.4 炉气的相互作用 炉气除与钢铁发生反应外,炉气之间又有很多化学反应,其中最重要的是水煤气反应: CO2+H2 CO+H2O 水煤气反应在高温下很快达到平衡,它对炉气的性质和炉气检测均有实际意义: ⑴欲防止氧化和脱碳要减少炉气中CO2和H2O含量,二者必须同时进行。如果单除去H2O,由于CO2的存在,它与H2发生水煤气反应会重新生成H2O,使炉气不能起到防氧化作用。 ⑵水煤气反应使CO2和H2O在数量上有对应关系,故在炉气检测时可以只检测H2O含量或CO2含量之一即可确定炉气性质。 8.3.2.5 炉气中N2,NH3,S对钢铁的作用 ⑴氮气:分子氮是惰性气体,对钢铁和其他气体不 发生反应。 ⑵氨气:NH3高温下分解在短时间内有原子氮存在,可与铁化合成氮化铁FeN,即使钢渗碳。 ⑶硫:大部分以H2S形式存在,含硫炉气会加速钢的氧化,腐蚀含镍电热元件,并不污染环境,因此热处理炉燃料的含硫量需严格控制。 8.3.3 常用可控气氛的制备原理 Ⅰ.吸热式气氛: 以可燃气体(天然气,液化石油气,城市煤气)为原料气,将原料气与空气按一定比例混合,送入装有催化剂的,由外部供热的反应罐内进行反应,然后将反应产物迅速冷却,即制得吸热式气氛。吸热式气氛制备时需从外部供给热量,它适用于碳素钢,低合金结构钢光亮淬火和气体渗碳。 Ⅱ.放热式气氛: 将原料气与空气按一定比例混合,送入燃烧室进行不完全燃烧,并使燃烧产物迅速冷却除水后得到的一种气氛。 浓型放热式气氛适用于中低碳钢光亮加热,淡型放热式气氛,主要用于铜,黄铜和同镍合金等的光亮热处理。 Ⅲ.氮基保护气:(广泛应用) 主要成分是N2,根据用途不同,往N2气中加入少量CO,H2气制成氮基保护气氛。此气具有弱还原性,广泛应用于碳钢,合金钢,不锈钢等光亮热处理。 Ⅳ.氨分解气: 将氨气通入装有催化剂的反应罐内,在700~980℃温度下分解制成。主要用来进行不锈钢,硅钢片,低碳高合金钢的光亮热处理。 Ⅴ.滴注式气氛: 用有机液体直接滴入热处理炉,经裂解而形成的一种气氛,其性质与吸热式气氛相近,可用于碳钢光亮淬火和渗碳等热处理工艺。适用在中小型炉子上应用,但成本高,气氛成分不易控制,限制了推广。 Ⅵ.氢气: 可用蒸馏水电解制取,氢气是强还原,弱脱碳性气氛,主要用于低碳钢,不锈钢等的光亮热处理,硅钢片在氢气中退火可以脱碳,提高磁性。 Ⅶ.氩气和氦气: 氩气是惰性气体,在空气中的体积含量为0.93%,是由空气经压缩,液化和精馏制得。 氦气也是一种惰性气体,空气中仅含有0.0005%,在某些天然气中含氦能达到1-2%,是由天然气液化制取的。 由于它们制备成本高,价格昂贵,钢铁材料中只用于某些高强度不锈钢的热处理,主要用于一些易和气体起反应的合金热处理。 8.3.4 可控气氛的检测 生产上采用的可控气氛检测法有:气体分析法,露点测定法和直接定碳势法。 ⑴.气体分析法: 用奥氏分析仪和气相色谱仪可以确定可控气氛的组成。 ⑵.露点测定法 ⑶.直接定碳势法: 钢箔试验法,电阻法 8.3.5可控气氛炉构造特
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