《熱處理設(shè)備》第五章可控氣氛爐-全文預(yù)覽
【正文】 制備吸熱式氣氛的原料氣要求含烯烴等雜質(zhì)在 5%以下，純度低易在制備氣氛過(guò)程中產(chǎn)生碳黑，影響氣氛質(zhì)量。這兩種石油氣特點(diǎn) 即把有機(jī)液體直接滴入爐內(nèi)，經(jīng)高溫反應(yīng)生成可控氣氛。一般做為滴注式可控氣氛。將空氣通入熾熱的木炭層時(shí)產(chǎn)生木炭氣氛，其主要成分是 N2和 CO，還有少量 H2和 CO2。 目前常見(jiàn)的可控氣氛有（ 以原料氣制取可控氣氛分 ）放熱式氣氛 、 吸熱式氣氛 、 滴注式氣氛 、 氨分解氣氛、氨燃燒氣氛、氮基氣氛等 。因此，如果進(jìn)行既不氧化又不脫碳的光亮熱處理時(shí)，則應(yīng)使氣氛中 CO含量保持在相應(yīng)含碳量的鋼的平衡曲線以上，亦即將氣氛的碳勢(shì)維持在鋼的相應(yīng)含碳量以上。在 AK線下方 Fe將發(fā)生氧化反應(yīng) 。曲線上每個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)平衡狀態(tài)。 （點(diǎn)） 當(dāng) Me和 MexO2皆為化學(xué)純的凝聚相，則反應(yīng)平衡常數(shù)為 KP=1/PO2 (10一 6) 17 CO、 CO H H2O混合氣體中的氧化還原反應(yīng) 當(dāng)爐內(nèi)氣氛同時(shí)存在 CO、 CO2 、 H2 、 H2O 時(shí)，必須綜合考慮式 (10— 1)和 (10— 3)， ）（ 71021222 ????????PPCOCOOHH KKPPPP— 表示混合爐氣中各組分的分壓。 金屬在含氧氣氛中加熱會(huì)產(chǎn)生如下反應(yīng) 由此可見(jiàn)，在 1000℃ ，使 Fe不氧化 = . 16 式中， PO2為化學(xué)平衡系中氧的分壓，即金屬氧化物的分解壓。如表數(shù)的氧化還原反應(yīng)平衡常對(duì)和體積百分含量。如在1000℃ 時(shí)， KP =，即當(dāng) (CO)/(CO2 )=，氧化還原處于平衡狀態(tài)，當(dāng)實(shí)際爐氣 (CO/CO2)，為趨于平衡 （ 10— 1）式反應(yīng)向右進(jìn)行， CO2使 Fe氧化生成FeO, CO2濃度降低，同時(shí) CO濃度增加 ，鋼件氧化。 11 在一定溫度下，反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，氣氛中各種氣體濃度不再改變，其平衡常數(shù)為 )210()()(][][2212????COCOCOCOPPKCOCOP式中： PCO、 PCO2— CO和 CO2氣體的分壓 。 常用的可控氣氛主要由 CO、 H2和少量的CO H2O和 CH CnHm等氣體組成。 總之， 可控氣氛熱處理爐目前已成為一種先進(jìn)的加熱設(shè)備。 可控氣氛熱處理爐的優(yōu)越性如下： 8 (1)實(shí)現(xiàn)無(wú)氧化無(wú)脫碳與增碳熱處理，因而提高鋼件的表面質(zhì)量及機(jī)械性能，減少零件的加工余量和鋼材的燒損量，因此能節(jié)省工時(shí)及能耗，節(jié)約金屬材料。 保護(hù)氣氛可以是中性氣體 (N2)或惰性氣體 (Ar),有時(shí)也可以是還原性氣體 (H2)。其化學(xué)方程式如下； ? 2Fe3C+O2＝ 6Fe+2CO ? Fe3C+2H2＝ 3Fe+CH4 ? Fe3C+H2O＝ 3Fe+CO+H2 ? Fe3C+CO2＝ 3Fe+2CO ? 這些反應(yīng)是可逆的，即氫、氧和二氧化碳使鋼脫碳，而甲烷和一氧化碳則使鋼增碳。 要使鋼件加熱時(shí)不產(chǎn)生氧化和脫碳，可以采用兩種方法： 一種是向爐膛內(nèi)送入保護(hù)氣體，使鋼件在保護(hù)氣氛下加熱；為了使工件表面不發(fā)生氧化、脫碳、燒損現(xiàn)象或?qū)ぜM(jìn)行化學(xué)熱處理，向爐內(nèi)通以可進(jìn)行控制成分的氣氛，稱可控氣氛。主講 教師： 范濤 北華航天工業(yè)學(xué)院 金屬材料工程教研室 1 課十二 第五章 可控氣氛熱處理爐 本章我們主要了解以下四個(gè)方面的內(nèi)容： 一、 可控氣氛爐加熱的基本原理； 二、 可控氣氛的種類、制備流程、特性與應(yīng)用； 三、 可控氣氛的碳勢(shì)測(cè)量及氧勢(shì)控制。 2 我們知道，在一般空氣介質(zhì)電阻爐中加熱鋼件時(shí) ,容易發(fā)生氧化和 脫碳 。脫碳的過(guò)程就是鋼中碳在高溫下與氫或氧發(fā)生作用生成甲烷或一氧化碳。但其設(shè)備復(fù)雜、投資較大，操作技術(shù)要求較高。 無(wú)氧化加熱一般可分為 光亮加熱 和 光潔加熱 ，前者表面未形成氧化膜，仍保持金屬光澤；后者有氧化膜生成，失去金屬光澤。 (4)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動(dòng)化，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)條件。10— 2 可控氣氛加熱的基本原理 在這一節(jié)里，我們通過(guò)鋼在可控氣氛中加熱所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，來(lái)了解可控氣氛中各種組分的性質(zhì)與作用以及對(duì)鋼在加熱過(guò)程中發(fā)生氧化還原、脫碳增碳反應(yīng)的影響，進(jìn)而確定可控氣氛中的控制對(duì)象。 鋼在 CO2CO氣氛中的氧化還原反應(yīng)則有所不同，是可逆的，其反應(yīng)速度和反應(yīng)方向決定于 CO/CO2比值和溫度。如表 102所示 應(yīng)用平衡常數(shù) KP即可判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向。 鋼在 H2— H2O氣氛中的反應(yīng) 在熱處理溫度條件下，鋼在 H2— H2O氣氛中的反應(yīng)式為 )410()()(][][2222222????OHHOHHPPKOHHP其平衡常數(shù)為 14 所示。另一方面是氣氛中氧的分壓大小。 氧勢(shì) 是指在一定溫度下，金屬的氧化和氧化物的分解處于平衡狀態(tài)時(shí) 氣氛中氧的分壓或氧化物的分解壓 。 圖 101是鋼在 COCO2氣氛中化學(xué)反應(yīng)的平衡曲線，條件是 PCO + PCO2=（ 1大氣壓）。 此外，虛線 AK表示氧化一還原平衡曲線。也就是說(shuō)，不脫碳的條件
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