Применение технических газов при термообработке
2024-02-07 15:18Применение технических газов при термообработке
В процессе механической обработки механические детали необходимо подвергать термической обработке, помещая их в различные нагревательные печи для нагрева. После достижения заданной температуры их некоторое время держат в тепле, затем выпускают из печи, а затем охлаждают для завершения процесса термообработки. В машиностроении большая часть обрабатываемых деталей изготавливается из стальных материалов. При нагреве стальных деталей в печи при температуре 500°С происходит окисление поверхности, то есть происходит обезуглероживание. Если заготовка обрабатывается, то позже будет сделан припуск на механическую обработку, чтобы гарантировать удаление слоя окисления и обезуглероживания. Если это заключительный процесс термообработки, на детали остается лишь небольшой объем шлифовальных работ. Если слой окислительного обезуглероживания глубокий и не может быть удален окончательной обработкой, работоспособность деталей после термообработки будет значительно снижена.
Явление обезуглероживания стальных деталей при нагреве обусловлено наличием в греющей среде кислорода. Пока кислород изолирован от нагрева, явления окислительного обезуглероживания можно избежать. Для этого требуется не нагревать в воздушной печи, обычно в печи с соляной ванной. Чтобы использовать соляную ванну для выделения кислорода, соляную ванну необходимо раскислить. Перерабатываемые солевые остатки и пар также загрязняют окружающую среду. Для обработки также применяют вакуумные печи, но технология герметизации требует высоких требований и печь нельзя делать слишком большой, что ограничивает ее применение.
Газозащищенные печи широко используются в промышленности. В процессе термообработки используются различные газы, в том числе аргоновая защита, защита на основе азота и большое количество защитных атмосфер на основе азота.
Защита на основе азота позволяет предотвратить окислительное обезуглероживание стальных деталей и значительно улучшить качество поверхности термообработанных деталей, особенно при работе с некоторыми инструментами и формами сложной формы. После их закалки полость больше не будет обрабатываться. Если произойдет окислительное обезуглероживание, это значительно снизит твердость поверхностного слоя, то есть снизит его износостойкость и срок службы. Благодаря использованию нейтрального нагрева в защитной атмосфере на основе азота на рабочей поверхности больше не будет возникать явлений окислительного обезуглероживания, что улучшает качество термообработки поверхности детали и продлевает срок службы детали.
В оборудовании для термообработки, чтобы использовать различные газы для защиты, имеется универсальная печь или печь с псевдоожиженным слоем, в которой можно использовать азот и различные носители в разных пропорциях для выполнения азотирования, нитроцементации (мягкое азотирование), цементации и других химических нагревов. методы лечения.
Он обеспечивает защиту процесса термообработки на основе промышленных газов и может готовить различные газы-носители для различных химико-термических обработок, что не только облегчает процесс термообработки материалов, но и значительно повышает эффективность термообработки.
Защитная атмосфера на основе азота использует чистый азот (99,99%) или промышленный азот в качестве исходного газа с добавлением соответствующих углеводородов (таких как природный газ, пропан и т. д.) и, при необходимости, с добавлением определенных газов, участвующих в реакции, таких как как водород, аммиак, углекислый газ, воздух и т. д., чтобы получить газовую смесь с аммиаком в качестве основного компонента. Этот тип газа не содержит или содержит определенные газы-восстановители и может широко использоваться в различных процессах нагрева, таких как яркая термообработка, химико-термическая обработка, пайка, спекание порошковой металлургии и другие процессы.
Азот, используемый для термической обработки, можно условно разделить на следующие виды:
1. Чистый кислород обычно относится к защитному газу, содержащему более 99,99% азота.
2. Аминонейтральный защитный газ – это защитный газ, который не окисляет, не обезуглероживает и не науглероживает сталь. Этот вид защитного газа также обладает определенными восстановительными свойствами. Поскольку он обладает защитными свойствами для сталей с различным содержанием углерода, при одинаковом цикле нагрева стали с различным содержанием углерода можно обрабатывать в одной печи и использовать для закалки, отжига, отпуска и т. д. при высоких температурах. , средние и низкие температуры. Процесс термообработки для достижения яркого эффекта. Обычно используемые нейтральные газы включают следующее:
1. Азот + водород. Этот защитный газ обладает определенными восстановительными свойствами и слабыми обезуглероживающими свойствами. Содержание водорода в газе обычно регулируется в пределах от 0,5% до 3%.
2. Азот + окись углерода + водород: этот защитный газ можно использовать для термической обработки стальных конструкций, инструментальных сталей и подшипниковых сталей без окисления, обезуглероживания и без науглероживания, например, с содержанием угарного газа 0,5% ~ 1. % и водород 1%~2% Отжиг и закалка инструментальной и штамповой стали, быстрорежущей стали и подшипниковой стали проводятся в защитном газе. В атмосфере азота с содержанием оксида углерода + водорода 2 % быстрорежущая сталь с содержанием углерода 1 % нагревается до 1200°С, при этом обезуглероживание через 40 минут практически не происходит. Препарат этого протектора можно получить очисткой технического азота метанолом.
3. Углеродная атмосфера на основе азота. Это атмосфера на основе азота с высоким содержанием активных ингредиентов. Обычно к азоту можно добавить соответствующее количество добавок (углеводородов или кислородсодержащих производных углеводородов), чтобы получить атмосферу с углеродным потенциалом для цементационной обработки.
4. Защитный газ азот-метанол: это атмосфера на основе азота, которая в настоящее время широко используется за рубежом. Контролируйте соотношение азота и метанола так, чтобы в атмосфере соотношение оксид углерода:водород:азот = 1:2:2.
Преимущества использования термообработки в атмосфере азота: Во-первых, это экономит энергию. По сравнению с эндотермической атмосферой, использование атмосферы на основе азота может сэкономить расход топлива на 25–85%. Во-вторых, источник газа в изобилии. Приготовление источника азота в атмосфере на основе азота в основном происходит из воздуха, а источник газа очень богат. В-третьих, это может улучшить качество продукции. Атмосфера на основе азота содержит меньше окиси углерода и водорода, что значительно снижает водородное охрупчивание и внутреннее окисление. Обычно эндотермическая атмосфера является восстановительным газом для стали из-за высокого содержания монооксида углерода и водорода. Но угарный газ является окислителем для таких элементов, как хром, марганец, стронций, молибден и титан. Следовательно, эндотермическая атмосфера является яркой атмосферой нагрева для углеродистой стали, тогда как на поверхности нагрева легированной стали образуется черный оксид. Например, нержавеющая сталь и подшипниковая сталь имеют высокое содержание хрома. Поскольку хром имеет сильное сродство с кислородом, хром окисляется в атмосфере угарным газом и углекислым газом. Содержание угарного газа в эндотермической атмосфере достигает около 25%, поэтому результаты термообработки большинства нержавеющих, подшипниковых и высокохромистых сталей в эндотермической атмосфере не идеальны. На поверхности стали образуется оксидный слой. Точно так же хром также окисляется в водной атмосфере. Следовательно, согласно теоретическому анализу, для стали с высоким содержанием хрома использование эндотермической атмосферы не подходит. Использование атмосферы на основе азота позволяет снизить степень окисления легирующих элементов и повысить качество термической обработки. В-четвертых, он обладает широкой адаптируемостью. Атмосфера на основе азота подходит для термической обработки различных типов углеродистой, легированной и нержавеющей стали, а также цветных металлов, таких как медь и алюминий. В-пятых, он имеет хорошую безопасность. Азот — нейтральный газ, нетоксичный, не загрязняет окружающую среду, не взрывоопасен, прост в транспортировке, обращении и использовании.
Что касается применения промышленных газов при термообработке, то комплексная термообработка в атмосфере азота имеет очевидные преимущества. Поэтому ключевые предприятия и проекты в Китае внедрили зарубежные передовые устройства для получения газа и атмосферы на основе азота для различных термических обработок.