کاربرد گازهای صنعتی در عملیات حرارتی

کاربرد گازهای صنعتی در عملیات حرارتی

در طی فرآیند پردازش مکانیکی، قطعات مکانیکی باید با قرار دادن آنها در کوره های گرمایشی مختلف برای گرم کردن، عملیات حرارتی شوند. پس از رسیدن به دمای از پیش تعیین شده، برای مدتی گرم نگه داشته می شوند، سپس از کوره خارج می شوند و سپس برای تکمیل فرآیند عملیات حرارتی سرد می شوند. در صنعت ماشین آلات، بیشتر قطعات پردازش شده از مواد فولادی است. هنگامی که قطعات فولادی در کوره گرم می شوند، سطح در دمای 500 درجه سانتی گراد اکسید می شود، یعنی کربن زدایی رخ می دهد. اگر قسمت خالی پردازش شود، بعداً برای اطمینان از برداشتن لایه اکسیداسیون و کربن زدایی، امکان ماشینکاری وجود خواهد داشت. اگر این فرآیند نهایی عملیات حرارتی باشد، تنها مقدار کمی از کار سنگ زنی روی قطعه باقی می ماند. اگر لایه کربن زدایی اکسیداتیو عمیق باشد و با پردازش نهایی قابل حذف نباشد، عملکرد قطعات پس از عملیات حرارتی بسیار کاهش می یابد.

پدیده کربن زدایی قطعات فولادی در هنگام گرمایش به دلیل وجود اکسیژن در محیط گرمایشی است. تا زمانی که اکسیژن از گرمایش جدا شده باشد، می توان از پدیده کربن زدایی اکسیداتیو جلوگیری کرد. این امر مستلزم گرم نشدن در کوره هوا، معمولاً در کوره حمام نمک است. برای استفاده از حمام نمک برای جداسازی اکسیژن، حمام نمک باید اکسید زدایی شود. باقی مانده نمک و بخار فرآوری شده نیز محیط را آلوده می کند. از کوره های خلاء نیز برای فرآوری استفاده می شود، اما فناوری آب بندی نیازمند الزامات بالایی است و نمی توان کوره را خیلی بزرگ ساخت که کاربرد آن را محدود می کند.

کوره های محافظ گاز به طور گسترده ای در صنعت استفاده می شود. در طی فرآیند عملیات حرارتی، گازهای مختلفی از جمله محافظ آرگون، حفاظت مبتنی بر نیتروژن و تعداد زیادی اتمسفر محافظ مبتنی بر نیتروژن استفاده می شود.

حفاظت مبتنی بر نیتروژن می تواند از کربن زدایی اکسیداتیو قطعات فولادی جلوگیری کند و کیفیت سطح قطعات عملیات حرارتی شده را تا حد زیادی بهبود بخشد، به خصوص در هنگام برخورد با برخی ابزارها و قالب های با اشکال پیچیده. پس از خاموش شدن آنها، حفره دیگر پردازش نمی شود. اگر کربن زدایی اکسیداتیو وجود داشته باشد، سختی لایه سطحی را تا حد زیادی کاهش می دهد، یعنی مقاومت در برابر سایش و عمر مفید آن را کاهش می دهد. با استفاده از گرمایش خنثی در اتمسفر محافظ مبتنی بر نیتروژن، هرگونه پدیده کربن زدایی اکسیداتیو دیگر روی سطح کار رخ نخواهد داد، که باعث بهبود کیفیت عملیات حرارتی در سطح قطعه کار و افزایش طول عمر قطعه کار می شود.

در تجهیزات عملیات حرارتی، به منظور استفاده از گازهای مختلف برای حفاظت، یک کوره چند منظوره یا کوره سیال وجود دارد که می تواند از نیتروژن و حامل های مختلف به نسبت های مختلف برای انجام نیتریدینگ، نیتروکربوریزاسیون (نیتریدینگ نرم)، کربورسازی و سایر گرمای شیمیایی استفاده کند. درمان ها

این محافظت از فرآیند عملیات حرارتی مبتنی بر گازهای صنعتی را فراهم می کند و می تواند گازهای حامل مختلفی را برای عملیات های حرارتی شیمیایی مختلف آماده کند، که نه تنها فرآیند عملیات حرارتی مواد را تسهیل می کند، بلکه راندمان عملیات حرارتی را نیز تا حد زیادی بهبود می بخشد.

اتمسفر محافظ مبتنی بر نیتروژن از نیتروژن خالص (99.99%) یا نیتروژن صنعتی به عنوان گاز ماده خام استفاده می کند و هیدروکربن های مناسب (مانند گاز طبیعی، پروپان و غیره) را اضافه می کند و در صورت لزوم گازهای خاصی را که در واکنش شرکت می کنند، اضافه می کند. به عنوان هیدروژن، آمونیاک، دی اکسید کربن، هوا و غیره، برای تولید یک گاز مخلوط با آمونیاک به عنوان جزء اصلی. این نوع گاز حاوی گازهای کاهنده خاصی نیست و می تواند به طور گسترده در فرآیندهای گرمایشی مختلف مانند عملیات حرارتی روشن، عملیات حرارتی شیمیایی، لحیم کاری، پخت متالورژی پودر و سایر فرآیندها استفاده شود.

نیتروژن مورد استفاده برای عملیات حرارتی به طور کلی به انواع زیر تقسیم می شود:

1. اکسیژن خالص به طور کلی به گاز محافظ حاوی بیش از 99.99٪ نیتروژن اشاره دارد.

2. گاز محافظ خنثی آمینو به گاز محافظی اطلاق می شود که فولاد را اکسید، کربن زدایی یا کربوره نمی کند. این نوع گاز محافظ نیز دارای خواص کاهشی خاصی است. از آنجایی که دارای خواص محافظتی برای فولادهایی با محتوای کربن مختلف است، تا زمانی که چرخه گرمایش یکسان باشد، فولادهایی با محتوای کربن متفاوت را می توان در یک کوره پردازش کرد و می توان از آن برای خاموش کردن، بازپخت، تمپر و غیره در بالا استفاده کرد. ، دمای متوسط ​​و پایین. فرآیند عملیات حرارتی برای رسیدن به اثر روشن. گازهای خنثی رایج شامل موارد زیر است:

1. نیتروژن + هیدروژن: این گاز محافظ خاصیت کاهنده خاصی دارد و خاصیت کربن زدایی ضعیفی دارد. محتوای هیدروژن در گاز به طور کلی بین 0.5٪ تا 3٪ کنترل می شود.

2. نیتروژن + مونوکسید کربن + هیدروژن: این گاز محافظ را می توان برای عملیات حرارتی غیر اکسیداسیون، غیر کربن زدایی و غیر کربوریزه شدن سازه های فولادی، فولادهای ابزار و فولادهای بلبرینگ، مانند محتوای مونوکسید کربن 0.5٪ ~ 1 استفاده کرد. ٪ و هیدروژن 1٪ ~ 2٪ بازپخت و خاموش کردن فولاد ابزار و قالب، فولاد پرسرعت و فولاد بلبرینگ در گاز محافظ انجام می شود. در اتمسفر مبتنی بر نیتروژن با محتوای مونوکسید کربن + هیدروژن 2 درصد، فولاد پرسرعت با محتوای کربن 1 درصد تا 1200 درجه سانتیگراد گرم می شود و اساساً بعد از 40 دقیقه کربن زدایی وجود ندارد. تهیه این محافظ را می توان با تصفیه نیتروژن صنعتی با متانول به دست آورد.

3. اتمسفر بالقوه کربن مبتنی بر نیتروژن: این یک جو مبتنی بر نیتروژن با محتوای بالای مواد فعال است. معمولاً می‌توان مقدار مناسبی از مواد افزودنی (هیدروکربن‌ها یا مشتقات هیدروکربن‌های حاوی اکسیژن) را به نیتروژن اضافه کرد تا یک اتمسفر بالقوه کربن برای تصفیه کربوهیداسیون به دست آید.

4. گاز محافظ نیتروژن متانول: این یک جو مبتنی بر نیتروژن است که در حال حاضر به طور گسترده در خارج از کشور استفاده می شود. نسبت نیتروژن به متانول را طوری کنترل کنید که مونوکسید کربن: هیدروژن: نیتروژن = 1:2:2 در اتمسفر باشد.

مزایای استفاده از عملیات حرارتی اتمسفر مبتنی بر نیتروژن: اول اینکه باعث صرفه جویی در مصرف انرژی می شود. در مقایسه با اتمسفرهای گرمازا، استفاده از جو مبتنی بر نیتروژن می تواند در مصرف سوخت بین 25 تا 85 درصد صرفه جویی کند. دوم، منبع گاز فراوان است. تهیه منبع نیتروژن در اتمسفر مبتنی بر نیتروژن عمدتاً از هوا حاصل می شود و منبع گاز بسیار فراوان است. سوم، می تواند کیفیت محصول را بهبود بخشد. جو مبتنی بر نیتروژن حاوی مونوکسید کربن و هیدروژن کمتری است که شکنندگی هیدروژن و اکسیداسیون داخلی را تا حد زیادی کاهش می دهد. معمولاً اتمسفر گرماگیر به دلیل محتوای بالای مونوکسید کربن و هیدروژن، یک گاز کاهنده برای فولاد است. اما مونوکسید کربن یک عامل اکسید کننده برای عناصری مانند کروم، منگنز، استرانسیم، مولیبدن و تیتانیوم است. بنابراین، اتمسفر گرماگیر یک جو گرمایش روشن برای فولاد کربنی است، در حالی که یک اکسید سیاه روی سطح گرمایش فولاد آلیاژی تشکیل می شود. به عنوان مثال، فولاد ضد زنگ و فولاد بلبرینگ دارای محتوای کروم بالایی هستند. از آنجایی که کروم میل ترکیبی قوی با اکسیژن دارد، کروم در اتمسفر مونوکسید کربن و دی اکسید کربن اکسید می شود. محتوای مونوکسید کربن در اتمسفر گرماگیر به حدود 25 درصد می رسد، بنابراین نتایج عملیات حرارتی برای اکثر فولاد ضد زنگ، فولاد بلبرینگ و فولاد با کروم بالا در جو گرماگیر ایده آل نیست. یک لایه اکسید روی سطح فولاد تشکیل می شود. به طور مشابه، کروم نیز در جو آب اکسید می شود. بنابراین، برای فولاد آلیاژی با کروم بالا، استفاده از اتمسفر گرماگیر از نظر تحلیل نظری مناسب نیست. استفاده از جو مبتنی بر نیتروژن می تواند درجه اکسیداسیون عناصر آلیاژی را کاهش دهد و کیفیت عملیات حرارتی را بهبود بخشد. چهارم، سازگاری گسترده ای دارد. جو مبتنی بر نیتروژن برای عملیات حرارتی انواع فولاد کربنی، فولاد آلیاژی و فولاد ضد زنگ و همچنین فلزات غیرآهنی مانند مس و آلومینیوم مناسب است. پنجم، ایمنی خوبی دارد. نیتروژن یک گاز خنثی، غیر سمی است، محیط زیست را آلوده نمی کند، خطر انفجار ندارد و حمل، مدیریت و استفاده آسان است.

با توجه به کاربرد گازهای صنعتی در عملیات حرارتی، عملیات حرارتی جامع مبتنی بر نیتروژن دارای مزایای آشکاری است. بنابراین، شرکت‌ها و پروژه‌های کلیدی در چین از دستگاه‌های منبع گاز پیشرفته خارجی و اتمسفرهای مبتنی بر نیتروژن برای عملیات‌های حرارتی مختلف استفاده کرده‌اند.