Zastosowanie gazów technicznych w obróbce cieplnej

Zastosowanie gazów technicznych w obróbce cieplnej

Podczas procesu obróbki mechanicznej części mechaniczne muszą zostać poddane obróbce cieplnej poprzez umieszczenie ich w różnych piecach grzewczych w celu ogrzania. Po osiągnięciu określonej temperatury, są one utrzymywane w cieple przez pewien czas, następnie wypuszczane z pieca, a następnie schładzane w celu zakończenia procesu obróbki cieplnej. W przemyśle maszynowym większość przetwarzanych części to materiały stalowe. Podczas nagrzewania części stalowych w piecu powierzchnia ulegnie utlenieniu w temperaturze 500°C, czyli nastąpi odwęglenie. Jeżeli półfabrykat zostanie poddany obróbce, później zostanie przyznany naddatek na obróbkę, aby zapewnić usunięcie warstwy utleniającej i odwęglanej. Jeżeli jest to końcowy proces obróbki cieplnej, na części pozostaje jedynie niewielka ilość pracy szlifierskiej. Jeśli warstwa odwęglenia oksydacyjnego jest głęboka i nie można jej usunąć w drodze końcowej obróbki, wydajność części po obróbce cieplnej zostanie znacznie zmniejszona.

Zjawisko odwęglenia części stalowych podczas nagrzewania wynika z obecności tlenu w czynniku grzewczym. Dopóki tlen jest izolowany od ogrzewania, można uniknąć zjawiska odwęglania oksydacyjnego. Wymaga to nieogrzewania w piecu powietrznym, zwykle w piecu z kąpielą solną. Aby zastosować kąpiel solną do izolowania tlenu, kąpiel solna musi zostać odtleniona. Przetworzone pozostałości soli i para również zanieczyszczają środowisko. Do obróbki wykorzystuje się także piece próżniowe, lecz technologia zgrzewania stawia wysokie wymagania, a piec nie może być zbyt duży, co ogranicza jego zastosowanie.

Piece z osłoną gazową są szeroko stosowane w przemyśle. Podczas procesu obróbki cieplnej stosuje się różne gazy, w tym ochronę argonem, ochronę na bazie azotu i dużą liczbę atmosfer ochronnych na bazie azotu.

Ochrona na bazie azotu może zapobiegać odwęgleniu oksydacyjnemu części stalowych i znacznie poprawić jakość powierzchni części poddanych obróbce cieplnej, szczególnie w przypadku niektórych narzędzi i form o skomplikowanych kształtach. Po ich hartowaniu ubytek nie będzie już obrabiany. Jeśli nastąpi odwęglanie oksydacyjne, znacznie zmniejszy to twardość warstwy powierzchniowej, to znaczy zmniejszy jej odporność na zużycie i żywotność. Dzięki zastosowaniu ogrzewania neutralnego w atmosferze ochronnej na bazie azotu na powierzchni roboczej nie będzie już zachodzić zjawisko odwęglania oksydacyjnego, co poprawia jakość obróbki cieplnej powierzchni przedmiotu obrabianego i wydłuża żywotność przedmiotu obrabianego.

W urządzeniach do obróbki cieplnej, w celu wykorzystania różnych gazów do ochrony, stosuje się piec wielofunkcyjny lub piec fluidalny, w którym można stosować azot i różne nośniki w różnych proporcjach do przeprowadzania azotowania, azotonawęglania (azotowania miękkiego), nawęglania i innych ciepła chemicznego zabiegi.

Zapewnia ochronę procesu obróbki cieplnej w oparciu o gazy przemysłowe i może przygotować różne powyższe gazy nośne do różnych chemicznych obróbek cieplnych, co nie tylko ułatwia proces obróbki cieplnej materiałów, ale także znacznie poprawia wydajność obróbki cieplnej.

W atmosferze ochronnej opartej na azocie jako surowiec gazowy wykorzystuje się czysty azot (99,99%) lub azot przemysłowy, dodając odpowiednie węglowodory (takie jak gaz ziemny, propan itp.) oraz, jeśli to konieczne, pewne gazy biorące udział w reakcji, np. jak wodór, amoniak, dwutlenek węgla, powietrze itp., w celu wytworzenia mieszaniny gazów z amoniakiem jako głównym składnikiem. Ten rodzaj gazu nie zawiera lub zawiera określone gazy redukujące i może być szeroko stosowany w różnych procesach grzewczych, takich jak jasna obróbka cieplna, chemiczna obróbka cieplna, lutowanie twarde, spiekanie metodą metalurgii proszków i inne procesy.

Azot stosowany do obróbki cieplnej można z grubsza podzielić na następujące typy:

1. Czysty tlen ogólnie odnosi się do gazu ochronnego zawierającego ponad 99,99% azotu.

2. Aminoobojętny gaz ochronny oznacza gaz ochronny, który nie utlenia, nie odwęgla ani nie nawęgla stali. Ten rodzaj gazu ochronnego ma również pewne właściwości redukujące. Ponieważ ma właściwości ochronne dla stali o różnej zawartości węgla, o ile cykl nagrzewania jest taki sam, stale o różnej zawartości węgla mogą być przetwarzane w tym samym piecu i mogą być stosowane do hartowania, wyżarzania, odpuszczania itp. w wysokich temperaturach , średnich i niskich temperaturach. Proces obróbki cieplnej w celu uzyskania jasnego efektu. Powszechnie stosowane gazy obojętne obejmują:

1. Azot + wodór: Ten gaz ochronny ma pewne właściwości redukujące i słabe właściwości odwęglające. Zawartość wodoru w gazie jest na ogół kontrolowana w zakresie od 0,5% do 3%.

2. Azot + tlenek węgla + wodór: Ten gaz ochronny można stosować do nieutleniającej, nieodwęglającej i nienawęglającej obróbki cieplnej konstrukcji stalowych, stali narzędziowych i stali łożyskowych, np. zawartość tlenku węgla 0,5% ~ 1 % i wodór 1% ~ 2% Wyżarzanie i hartowanie stali narzędziowej i matrycowej, stali szybkotnącej i stali łożyskowej przeprowadza się w gazie ochronnym. W atmosferze azotu o zawartości tlenku węgla + wodoru 2%, stal szybkotnąca o zawartości węgla 1% nagrzewa się do temperatury 1200°C i po 40 minutach w zasadzie nie następuje odwęglenie. Preparat tego ochraniacza można otrzymać poprzez oczyszczenie azotu przemysłowego metanolem.

3. Atmosfera o potencjale węglowym oparta na azocie: Jest to atmosfera oparta na azocie i dużej zawartości składników aktywnych. Zwykle do azotu można dodać odpowiednią ilość dodatków (węglowodorów lub zawierających tlen pochodnych węglowodorów), aby uzyskać atmosferę potencjału węglowego do obróbki nawęglania.

4. Gaz ochronny azotowo-metanolowy: Jest to atmosfera oparta na azocie, obecnie szeroko stosowana za granicą. Kontroluj stosunek azotu do metanolu tak, aby tlenek węgla: wodór: azot = 1:2:2 w atmosferze.

Zalety stosowania obróbki cieplnej w atmosferze azotu: Po pierwsze, oszczędza energię. W porównaniu z atmosferami endotermicznymi, stosowanie atmosfery opartej na azocie może zaoszczędzić zużycie paliwa od 25% do 85%. Po drugie, źródła gazu są obfite. Przygotowanie źródła azotu w atmosferze azotowej pochodzi głównie z powietrza, a źródła gazu jest bardzo dużo. Po trzecie, może poprawić jakość produktu. Atmosfera oparta na azocie zawiera mniej tlenku węgla i wodoru, co znacznie zmniejsza kruchość wodorową i wewnętrzne utlenianie. Zwykle atmosfera endotermiczna jest gazem redukującym stal ze względu na wysoką zawartość tlenku węgla i wodoru. Ale tlenek węgla jest środkiem utleniającym pierwiastki takie jak chrom, mangan, stront, molibden i tytan. Dlatego atmosfera endotermiczna jest jasną atmosferą grzewczą dla stali węglowej, podczas gdy na powierzchni grzewczej stali stopowej tworzy się czarny tlenek. Na przykład stal nierdzewna i stal łożyskowa mają wysoką zawartość chromu. Ponieważ chrom ma silne powinowactwo z tlenem, chrom utlenia się w atmosferze tlenku i dwutlenku węgla. Zawartość tlenku węgla w atmosferze endotermicznej sięga około 25%, dlatego wyniki obróbki cieplnej większości stali nierdzewnych, stali łożyskowej i stali wysokochromowej w atmosferze endotermicznej nie są idealne. Na powierzchni stali utworzy się warstwa tlenku. Podobnie chrom będzie również utleniał się w atmosferze wodnej. Dlatego w przypadku stali stopowych o wysokiej zawartości chromu z analizy teoretycznej nie wynika zastosowanie atmosfery endotermicznej. Zastosowanie atmosfery azotowej może zmniejszyć stopień utlenienia pierwiastków stopowych i poprawić jakość obróbki cieplnej. Po czwarte, ma szerokie możliwości adaptacji. Atmosfera oparta na azocie nadaje się do obróbki cieplnej różnego rodzaju stali węglowej, stali stopowej i stali nierdzewnej, a także metali nieżelaznych, takich jak miedź i aluminium. Po piąte, ma dobre bezpieczeństwo. Azot jest gazem obojętnym, nietoksycznym, nie zanieczyszczającym środowiska, nie stwarzającym zagrożenia wybuchem, łatwym w transporcie, zarządzaniu i użytkowaniu.

Jeśli chodzi o zastosowanie gazów przemysłowych w obróbce cieplnej, kompleksowa obróbka cieplna w atmosferze azotu ma oczywiste zalety. Dlatego kluczowe przedsiębiorstwa i projekty w Chinach przyjęły zagraniczne zaawansowane urządzenia źródłowe gazu i atmosfery na bazie azotu do różnych obróbek cieplnych.