熱處理設備第五章可控氣氛爐-展示頁
2025-03-19 17:49本頁面
【正文】 力學反應自由能計算求得。 11 在一定溫度下，反應達平衡時，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 。 10 一、鋼在爐氣中的氧化還原反應 鋼在 CO2CO氣氛中的反應 鋼在空氣中加熱將與氧發(fā)生氧化反應，在560℃ 以下生成 Fe3O4，在 560℃ 以上形成三種氧化物，內(nèi)層為 FeO，中層為 Fe3O4，外層為Fe2O3，通常認為氧氣對鋼的氧化過程是不可逆的，無法控制。 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。 9 167。 總之， 可控氣氛熱處理爐目前已成為一種先進的加熱設備。 (3)實現(xiàn)特殊的熱處理工藝，如硅鋼片的脫碳退火，軋制鋼材的復碳退火等。 可控氣氛熱處理爐的優(yōu)越性如下： 8 (1)實現(xiàn)無氧化無脫碳與增碳熱處理，因而提高鋼件的表面質(zhì)量及機械性能，減少零件的加工余量和鋼材的燒損量，因此能節(jié)省工時及能耗，節(jié)約金屬材料。 6 表 101各種氣體與鐵及其碳化物的化學反應 7 各種氣體與鋼的化學反應和各種氣體之間的化學反應是比較復雜的，但是可以調(diào)節(jié)保護氣氛中氧化性氣體與還原性氣體的比例、脫碳性氣體與滲碳性氣體的比例，即 CO2/CO、 H2O/HCH4/H2的相對含量，使反應處于平衡狀態(tài)，鋼的氧化速度與還原速度相等，鋼的脫碳速度與滲碳速度相等，這樣就能實現(xiàn)無氧化與無脫碳加熱。 保護氣氛可以是中性氣體 (N2)或惰性氣體 (Ar),有時也可以是還原性氣體 (H2)。并且可實現(xiàn)機械化和自動化控制，使生產(chǎn)率得到提高、勞動條件得到改善。其化學方程式如下； ? 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。 概 述 3 4 ? 脫碳是鋼加熱時表面碳含量降低的現(xiàn)象。 要使鋼件加熱時不產(chǎn)生氧化和脫碳，可以采用兩種方法： 一種是向爐膛內(nèi)送入保護氣體，使鋼件在保護氣氛下加熱；為了使工件表面不發(fā)生氧化、脫碳、燒損現(xiàn)象或?qū)ぜM行化學熱處理，向爐內(nèi)通以可進行控制成分的氣氛，稱可控氣氛。 本次課我們先來了解前兩個 方面的 內(nèi)容。主講 教師： 范濤 北華航天工業(yè)學院 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、特性與應用； 三、 可控氣氛的碳勢測量及氧勢控制。 四、 可控氣氛熱處理爐的類型、安全操作與發(fā)展。 2 我們知道，在一般空氣介質(zhì)電阻爐中加熱鋼件時 ,容易發(fā)生氧化和 脫碳 。 另一種方法是把爐膛內(nèi)空氣抽除，使鋼件在真空狀態(tài)下加熱 167。脫碳的過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。 5 鋼件在保護氣氛下加熱不僅可實現(xiàn)無氧化無脫碳熱處理，提高熱處理質(zhì)量，還可以進行滲碳、脫碳等特殊熱處理。但其設備復雜、投資較大，操作技術(shù)要求較高。大多數(shù)保護氣氛是由多種氣體 (例如 CO, CO2, H2, CH4, H2O, N2等 )混合組成的，各種氣體與鋼進行的化學反應列于表 101中。 無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。 (2)實現(xiàn)可控滲碳，可以精確地控制零件表面的含碳量、碳濃度梯度和滲碳層厚度，因而提高了滲碳零件的機械性能，穩(wěn)定滲碳工藝的質(zhì)量。 (4)實現(xiàn)機械化與自動化，提高勞動生產(chǎn)率，改善勞動條件。尤其是在可控氣氛的應用方面可作為衡量一個國家熱處理技術(shù)發(fā)展水平的重要標志。10— 2 可控氣氛加熱的基本原理 在這一節(jié)里，我們通過鋼在可控氣氛中加熱所發(fā)生的化學反應，來了解可控氣氛中各種組分的性質(zhì)與作用以及對鋼在加熱過程中發(fā)生氧化還原、脫碳增碳反應的影響，進而確定可控氣氛中的控制對象。在熱處理溫度條件下，氣體與鋼進行化學反應。 鋼在 CO2CO氣氛中的氧化還原反應則有所不同，是可逆的，其反應速度和反應方向決定于 CO/CO2比值和溫度。 [CO]、 [CO2]— CO和 CO2氣體的濃度； （ CO） ,（ CO2）混合氣體中 CO和 CO2的體積百分含量 . 其反應方程式如 (101)，反應方向由平衡常數(shù)來判斷 . 12 在一定溫度狀態(tài)下，平衡常數(shù) KP總保持為定值。如表 102所示 應用平衡常數(shù) KP即可判斷反應進行的方向。 （點） 表 102 CO和 CO2對鐵的氧化還原反應的平衡常數(shù) 溫度（ ℃ ） 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 21 COCOP PPK ?13 反之，當（ CO） /（ CO2） ，反應向左進行，發(fā)生還原作用，鋼件不氧化。 鋼在 H2— H2O氣氛中的反
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