《热处理设备》第五章可控气氛炉

量，因此能节省工时及能耗，节约金属材料。
• (2)实现可控渗碳，可以精确地控制零件表面的含碳量、
碳浓度梯度和渗碳层厚度，因而提高了渗碳零件的机械性
能，稳定渗碳工艺的质量。
• (3)实现特殊的热处理工艺，如硅钢片的脱碳退火，轧
制钢材的复碳退火等。
• (4)实现机械化与自动化，提高劳动生产率，改善劳动
条件。
称可控气氛。
• 另一种方法是把炉膛内空气抽除，使钢件在真空状态下
加热
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• 脱碳是钢加热时表面碳含量降低的现象。脱碳的 过程就是钢中碳在高温下与氢或氧发生作用生成 甲烷或一氧化碳。其化学方程式如下；
•
2Fe3C+O2＝6Fe+2CO
氧化还原、脱碳增碳反应的影响，进而确定可
控气氛中的控制对象。
• 常用的可控气氛主要由CO、H2和少量的
CO2、H2O和CH4、CnHm等气体组成。在热处
理温度条件下，气体与钢进行化学反应。
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•一、钢在炉气中的氧化还原反应 • 1、钢在CO2-CO气氛中的反应 • 钢在空气中加热将与氧发生氧化反应，在
• 总之，可控气氛热处理炉目前已成为一种先进的加热
设备。尤其是在可控气氛的应用方面可作为衡量一个国家
热处理技术发展水平的重要标志。 PPT文档演模板
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• §10—2 可控气氛加热的基本原理
• 在这一节里，我们通过钢在可控气氛中加
热所发生的化学反应，来了解可控气氛中各种
组分的性质与作用以及对钢在加热过程中发生
560℃以下生成Fe3O4，在560℃以上形成三种 氧化物，内层为FeO，中层为Fe3O4，外层为 Fe2O3，通常认为氧气对钢的氧化过程是不可 逆的，无法控制。
• 钢在CO2-CO气氛中的氧化还原反应则有 所不同，是可逆的，其反应速度和反应方向决
PPT文档定演模板于CO/CO2比值和温度。
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《热处理设备》第五章 可控气氛炉
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2020/11/6
《热处理设备》第五章可控气氛炉
• 课十二 第五章
可控气氛热处理炉
•本章我们主要了解以下四个方面的内容： • 一、可控气氛炉加热的基本原理； • 二、可控气氛的种类、制备流程、特性与应 用； • 三、可控气氛的碳势测量及氧势控制。 • 四、可控气氛热处理炉的类型、安全操作与 发展。 • 本次课我们先来了解前两个方面的内容。
•其反应方程式如(10-1)，反应方向由平衡常数来判断.
• 在一定温度下，反应达平衡时，气氛中各种气体浓 度不再改变，其平衡常数为
•式中：
•
PCO、PCO2—CO和CO2气体的分压;
• [CO]、[CO2]— CO和CO2气体的浓度；
•（CO）,（CO2）混合气体中CO和CO2的体积百分含量.
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•表10-1各种气体与铁及其碳化物的化学反应
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• 各种气体与钢的化学反应和各种气体之间的
化学反应是比较复杂的，但是可以调节保护气氛
中氧化性气体与还原性气体的比例、脱碳性气体
与渗碳性气体的比例，即CO2/CO、H2O/H2、 CH4/H2的相对含量，使反应处于平衡状态，钢的 氧化速度与还原速度相等，钢的脱碳速度与渗碳
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• 在一定温度状态下，平衡常数KP总保持为定值。某 一温度下的kP值，可由实验测定，也可由热力学反应自由 能计算求得。如表10-2所示
温度 （℃）
表10-2 CO和CO2对铁的氧化还原反应的平衡常数
200 300 400 500 600 700 800 900 1000
•
Fe3C+2H2＝3Fe+CH4
•
Fe3C+H2O＝3Fe+CO+H2
Байду номын сангаас
•
Fe3C+CO2＝3Fe+2CO
•
这些反应是可逆的，即氢、氧和二氧化碳使
钢脱碳，而甲烷和一氧化碳则使钢增碳。
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• 钢件在保护气氛下加热不仅可实现无氧化无脱碳 热处理，提高热处理质量，还可以进行渗碳、脱碳等 特殊热处理。并且可实现机械化和自动化控制，使生 产率得到提高、劳动条件得到改善。但其设备复杂、 投资较大，操作技术要求较高。 • 保护气氛可以是中性气体(N2)或惰性气体(Ar),有 时也可以是还原性气体(H2)。大多数保护气氛是由多 种气体(例如CO, CO2, H2, CH4, H2O, N2等)混合组成的 • ，各种气体与钢进行的化学反应列于表10-1中。
0.616 0.752 0.815 0.960 1.116 1.45 1.795 2.142 2.486
•
• 应用平衡常数KP即可判断反应进行的方向。如在
1000℃时，KP =2.486，即当(CO)/(CO2 )=2.486时，氧化
还原处于平衡状态，当实际炉气(CO/CO2)<2.486时，为趋
于平衡（10—1）式反应向右进行， CO2使Fe氧化生成
FeO, ，钢件氧化。 PPT文档演模板 CO2浓度降低，同时CO浓度增加
（点） 《热处理设备》第五章可控气氛炉
•反之，当（CO）/（CO2）>2.486时，反应向左进行，发 生还原作用，钢件不氧化。因此，钢在CO2—CO气氛中 是否发生氧化，取决于（CO）/（CO2）的比值，即 （CO）和CO2的相对量，并不是绝对含量。
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• §5.1 概 述
• 我们知道，在一般空气介质电阻炉中加热钢件时,容易
发生氧化和脱碳。
• 要使钢件加热时不产生氧化和脱碳，可以采用两种方法
：
• 一种是向炉膛内送入保护气体，使钢件在保护气氛下加
热；为了使工件表面不发生氧化、脱碳、烧损现象或对工
件进行化学热处理，向炉内通以可进行控制成分的气氛，
速度相等，这样就能实现无氧化与无脱碳加热。
•无氧化加热一般可分为光亮加热和光洁加热，前
者表面未形成氧化膜，仍保持金属光泽；后者有
氧化膜生成，失去金属光泽。
• 可控气氛热处理炉的优越性如下：
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《热处理设备》第五章可控气氛炉
• (1)实现无氧化无脱碳与增碳热处理，因而提高钢件的
表面质量及机械性能，减少零件的加工余量和钢材的烧损