热处理可控气氛.ppt

8.3热处理用可控气氛Kp值随温度而变，某温度下的Kp值，可由实验测定，或通过计算反应自由能变
化而求得。一些重要的化学反应已有符合实际的平衡常数随温度变化关系式，称等压
方程式。
例如对于反应Fe+CO2FeO+CO有lgKp=-949/T+1.14
在常用的热处理温度700～950℃内，用等压方程式算出Kp值如下表：

表8-7不同温度下的Kp(CO/CO2)值
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)+CO22CO
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+H2CO+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。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8.3.5可控气氛炉构造特点8.3.6可控气氛炉的使用