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        首頁熱處理行業資訊 零件熱處理中保護氣氛介質的作用和防止氧化與脫碳的措施

        零件熱處理中保護氣氛介質的作用和防止氧化與脫碳的措施

        2017年10月17日08:37 

        鋼的熱處理應當在還原性氣氛中進行,在加熱過程中能保護工件,免于氧化、脫碳的爐氣即為保護氣氛,作為淬火加熱工序應確保零件的表面狀態沒有發生改變,下面為熱鍛模具、結構鋼零件保護加熱時,通常的保護氣氛的成分下表。

        零件在加熱過程中,為保護零件免于氧化和脫碳,在具有還原性的氣氛中完成熱處理,可以獲得無氧化、不脫碳的光亮表面,提高了表面質量,同時也省去了酸洗、拋丸或噴砂工序,提高作業效率、明顯降低了生產成本。

        保護氣氛的種類很多,為了便于了解其特性,下面分別加以介紹,供零件在加熱過程中正確選用。同時應特別注意在氣氛的選擇上,要考慮到產品的批量、材料的類型、熱處理設備的現狀、工藝水平的高低、熱處理產品質量的技術要求等,在經過工藝驗證后才能確定采用何種保護氣氛,這對于保護零件的表面質量至關重要。

        (1)可控氣氛

        可控氣氛爐內的氣氛可以進行有效控制,確保其在一個合理的范圍內,實現零件熱處理無氧化和脫碳現象的發生。

        ①可控氣氛的原理其原理在前面已經講解,根據化學反應的平衡原理,增加正方向反應產物COH2的含量將導致正反應過程的停止或減弱,假如COH2的含量升高到一定程度,反應將朝逆方向進行,即得到還原性氣氛??刂坪脿t氣中CO2/COH2O/H2的比值,就能完全控制整個化學反應的趨勢和方向,也就能控制鋼鐵零件表面的氧化和脫碳的過程。

        鋼鐵零件在不同溫度下,CO2/COH2O/H2的比值與鐵的氧化還原反應的平衡關系,兩條曲線分別為BOCAOD,從圖中可以看出兩條曲線的變化規律不同,但其共同點為在兩條線的左側均為還原區域,而右側是氧化區域,另外在BOD區間內,CO2/CO的氧化區與H2O/H2的還原區重疊。我們重點分析以下鋼鐵在爐內氣氛中,溫度和CO2/COH2O/H2比值的關系對表面質量狀態的影響。查找AD線在950℃時,當氣氛中的CO2/CO=0.4,則爐內氧化和還原的速度相等,整個反應處于平衡狀態。此時鋼表面無氧化和脫碳現象發生,即可實現無氧化脫碳的加熱過程。相反如果CO2/CO比值>0.4,將發生Fe+CO2FeO+CO氧化反應,鋼中鐵原子被氧化成氧化鐵,而CO2/CO比值小于0.4,將發生FeO+COFe+CO2的還原反應,氧化鐵被還原為鐵原子。隨著溫度的改變,CO2/CO的平衡值也會發生變動,即溫度越高則平衡值越小,因此為了確保鋼鐵零件在保護氣氛中不被氧化,要求加熱溫度提高時,CO2/CO的平衡值應愈小愈好。

        需要注意的是熱處理爐內的爐氣會同時包含有CO2、CO、H2OH2,因此在某一溫度下進行爐內成分的分析時,要綜合考慮氣氛的作用。在熱處理常用加熱溫度范圍內(700950)要避免鋼的氧化,應使爐內氣氛CO2/CO的值相應控制在0.40.7,而H2O/H2比值應為0.40.5。

        在不同的加熱溫度下,鋼中的含碳量與CO2/COH2O/H2的比值具有一定的平衡關系,從圖中可知,要防止鋼發生脫碳,只有將CO2/COH2O/H2的比值控制在更小的范圍內,這一點需引起我們的高度重視,例如在850℃加熱含碳量小于0.5%的碳鋼,應將CO2/COH2O/H2的比值均降到0.04以下,才能防止鋼的脫碳??傊?,綜合爐內零件的化學成分、爐內氣氛、裝爐方式和熱處理設備的類型等幾個方面進行考慮,將爐內的氣氛只要控制在一定的溫度范圍內,即可確保鋼加熱時免于氧化和脫碳。

        需要注意的是為確保零件在可控氣氛中實現無氧化、脫碳加熱,要求爐內的保護氣氛穩定;爐膛密封性要好,避免空氣的混入;爐內氣體呈現正壓。因此在實際的熱處理過程中,嚴格執行工藝要求是確保零件表面質量的前提,同時應當切實做好保護氣氛不間斷的相關準備工作。

        ②幾種常見的可控氣氛 關于可控氣氛的選用原則為:鋼鐵零件的化學成分、熱處理的技術要求,原料的來源和成本價格等。在實際熱處理過程中采用多種氣氛,確保零件在加熱過程中無氧化、脫碳現象,實現零件的表面狀態的清潔和成分的穩定。

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