可控气氛热处理设备培训课件.pptx
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第十章 可控气氛热处理炉分解
2、钢在CO2－CO气氛中的氧化—还原反应 1）反应方程式： 2）平衡常数
3）KP1与温度
4）反应方向判断 例如：在1000℃时， KP＝2.486，即 (CO)／(CO2)＝2.486；氧化还原处于平衡状态； KP<2.486，即 (CO)／(CO2)＜2.486； 为趋于平衡，反应向右进行，CO2使 Fe氧化生成FeO，CO2浓度降低，同时CO浓度增加，钢件氧化。 KP>2.486，即 (CO)／(CO2)>2.486；反应向左进行，发生还原作用，钢件衡曲线
3、钢在H2—CH4气氛中的脱碳增碳反应
在CO—CO2气氛中，碳势较低，生产上往往借助CO—CO2为载体， 添加适量的增碳剂CH4来增加碳势，或者气氛中原来就有H2—CH4 气氛存在。
钢在H2—CH4气氛中将发生如下脱碳增碳反应
4、碳势控制原理
在应用可控气氛的热处理炉内进行钢件的热处理时，要达 到无脱碳淬火、正火、退火以及渗碳、碳氮共渗等预期目的， 需要精确控制炉气碳势，实际上就是在工艺要求温度下把炉气 成分调到与某种钢的碳含量相平衡，或工件表面含碳量达到工 艺要求。
二、钢在炉气中的脱碳增碳反应
1、钢在CO－CO2气氛中的脱碳增碳反应
aC ——碳在奥氏体中的有效浓度，又称奥氏体中碳的活度。
例如：含碳0.8％的钢在1000℃时，由于分子间作用力的影响， 只起到为0.45％的作用，故称此值为有效浓度。
2、气氛中的碳势
碳势：指一定成分的气氛，在一定温度下，气氛与钢
1）反应方程式
2）平衡常数
PO2为化学平衡系中氧的分压，即金属氧化物的分解压。各 种氧化物的分解压是不相同的，随温度的升高而急剧增大，氧 化物处于不稳定状态。
3）氧势
特殊热处理——可控气氛
4~8
4~15
0.5
30~60
0.1
1~5
0
75
N2 余量 余量
余量 25
露点
-10/+20 -15/+5
-30 -30
.
7
主要保护气的来源及应用
气氛的类型 放热型气体DX
吸热型气体RX
基本燃料 丙烷，丁烷，油，天
然气
丙烷，丁烷，天然气
使用范围
铁基金属光亮退火，浓 有色金属，淡 电机和变压器硅钢片的脱碳 硬钎焊烧结 渗碳 退火，淬火，普通烧结，无脱碳的硬
.
3
基本原理
分解：渗剂中生成能渗入工件表面的活性原 子的反应。
吸附：活性的原子（或离子）于表面金属的 原子产生键合而浸入其表层。
扩散：工件表面吸附活性原子（或离子）后 ，其表面浓度与内部形成浓度梯度，满足扩 散条件，渗入的元素相内部迁移形成一定厚 度的扩散层。
.Hale Waihona Puke 4可控气氛热处理目的
.
5
主要的可控气氛
材料烧结
净化的氨基气体 单组分气体NX
丙烷，丁烷，天然气 黑心可锻铸铁的退火，
油
无脱碳退火，低温退火，
炉子净化
氨基气体AX
氨（利用分解过程） 合金钢的退火和硬钎焊（存在Cr，
.
Al， Si）
8
工业使用率的统计
放热气氛25%
吸热气氛25%
净化的氮基或单组分气体气氛30%
分解氨气氛12%
其他气氛8%
氨分解气氛：
❖ H2 75%,N2 25%.
❖ 不锈钢、硅钢的退火等
.
14
特殊气氛
有机液体的滴注式气氛：
可控气氛热处理炉设备概述
可控气氛热处理炉设备概述可控气氛热处理炉是一种专门用于金属热处理加工的设备，可以通过控制内部气氛和温度来实现对金属材料的加热、保温、淬火等工艺过程的控制和调节。
该设备广泛应用于航空航天、汽车制造、机械加工、电子设备等领域，是实现金属材料热处理工艺的重要设备之一。
可控气氛热处理炉通常由加热炉体、保温隔热层、控制系统、气体调节系统等部分组成。
加热炉体采用耐高温材料制成，能够承受高温条件下的工作环境。
保温隔热层则能有效减少能量的损失，提高能源利用率。
控制系统可以精确控制炉内的温度、气氛成分等参数，实现对热处理过程的精确控制。
气体调节系统则用于控制炉内的气氛成分和压力，保证热处理过程中的气氛质量和稳定性。
可控气氛热处理炉设备具有温度均匀、加热速度快、气氛调节精确、操作简便等特点。
通过调节气氛成分和温度，可以实现对金属材料的不同热处理工艺，如退火、正火、淬火等。
同时，该设备还能够提高金属材料的硬度、耐磨性、抗腐蚀性和强度等性能，提高材料的使用寿命和性能。
总之，可控气氛热处理炉设备是一种非常重要的金属加工设备，能够实现对金属材料的精确热处理，提高材料的性能和使用寿命，为各行业的生产制造提供了重要的支持。
随着科技的不断发展，该设备的技术和性能也在不断提升，将为金属材料的热处理加工提供更加高效、精确和可靠的解决方案。
可控气氛热处理炉设备在金属加工行业具有着不可替代的重要作用。
在航空航天、汽车制造、机械加工、电子设备等领域，需要对金属材料进行热处理，以提高其机械性能、耐磨性、耐腐蚀性等特性，从而满足不同工业领域对材料性能的要求。
可控气氛热处理炉设备能够通过精确控制炉内的气氛和温度，实现对金属材料的各种热处理工艺，如退火、正火、淬火等，为工业生产提供了重要的支持。
首先，可控气氛热处理炉设备的温度均匀性是其优势之一。
通过合理设计和控制加热元件布局以及加热工艺参数，可控气氛热处理炉能够实现炉膛内温度的均匀分布，保证金属材料在整个热处理过程中受热均匀，避免因温度不均匀而导致的变形、龟裂等缺陷。
特殊热处理——可控气氛
乙烯：C2H4=C+CH4 乙炔：C2H2=2C+H2
18
深层渗氮
32Cr3MoVE钢深层渗氮(三段式气体渗氮）
深层渗氮工艺
19
深层渗氮层的硬度及残余应力
渗氮－渗碳层硬度梯度
渗层残余应力分布（磨削后）
20
离子渗氮
优点：
无须预除钝化膜即可对不锈钢进行气体渗氮； 渗氮层组织和相组成可以控制,；
渗层脆性小、质量好,可显著提高渗氮速度,其处理周
其他气氛8%
9
吸热式气氛
气氛组成：CO、CO2、N2、H2O、H2 碳氢气和空气的比例应使有足够的氧形成一氧化碳 和氢而不足以形成二氧化碳及水蒸气。 氧化反应本质是吸热的，燃烧过程只能借助于外部 加热来维持，氧化过程释放的热不足以维持反应。
10
吸热式气氛
采用天然气及丙烷制备：
A:提高丙烷气体流速和产生脉动的丙烷气压有
所改善， 采用乙炔能获得较高碳势，渗碳层均匀，适宜 复杂形状零件，消除炭黑及焦油的产生。
41
真空低压乙炔渗碳
900~1000℃，P≤2×103Pa条件下，分解： 甲烷： CH4=CH4
丙烷：
C3H8=C+2CH4 C3H8=C2H4+CH4 C3H8=C2H2+H2+CH4=2C+CH4+2H2
11
放热式气氛
典型成分（体积%）为：
淡型:
CO 1.5%, CO2 10.5~12.8%, H2 0.8~1.2%， CH40%，N2 其余; 浓型: CO 10.2~11.1%,CO2 5.0~7.3%， H2 6.7~12.5%，CH40.5%，N2 其余。
热处理可控气氛
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+H2 CO+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。
Kp=CO/CO2
用表中数据作图，表示在不同温度下 氧化-还原反应平衡时，气氛中CO2与CO的比 值。曲线右方为氧化区，曲线左方为还原区。 为了防止铁被氧化，就应在还原区的气氛中进 行加热。具体地说: 950℃时，气氛中CO/CO2应大于2.31 700℃时，气氛中CO/CO2应大于1.46
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)+CO2 2CO 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 热处理用可控气氛
8.3.1 概述 钢材在空气中或炉气中加热时，在高温下，铁及 钢中的碳会与气氛起化学反应作用，发生氧化-还原， 脱碳-渗碳等反应。对一般钢材或零件，氧化脱碳增 加金属消耗量，如汽车和拖拉机行业制造过程中多 次加热造成的金属损失约占零件重量7%。对表面要 求严格的钢材或零件，氧化脱碳将造成严重缺陷， 如冷轧或冷拔钢材由于氧化失去准确的尺寸，齿轮， 轴类由于表面脱碳降低了强度和耐磨性，缩短使用 寿命。为了除去氧化膜和脱碳层，增加繁多的工序 和大量费用。为此在一些对表面质量要求高的热处 理炉内采用了可控气氛。
热处理基本知识培训(ppt32张)
冷却转变曲线 800 A S T A Ms Mf M+A 102 103 B
热处理原理
700
600
P
温 500 度
℃ 300 200 -100 0
10
104 105 时间, S
热处理方法及应用 热处理类别 退 火 完全退火 不完全退火 等温退火 去应力退火 正火 特 点 保温后缓冷 （炉冷） 应 用
常用于中碳钢和中碳合金钢
表面高耐磨和心部强韧 1. 常用于低碳钢和低碳合金钢 性 2. 得到表面高硬度 3. 适于形状复杂的零件表面硬化， 硬化层比较均匀 如齿轮等 处理温度低，变形小， 高的硬度，高的耐蚀性 1. 常用于中碳合金钢 2. 得到表面高硬度 3. 精密齿轮、曲轴等
氮化 软氮化 碳氮共渗
1. 降低脆性，消除内应力。 2. 调整硬度、塑性和韧性。 3. 获得稳定组织。 •同 上
回火
时效处理
热处理方法及应用 热处理类别 特 点 应
表面热处理
用
火焰淬火 回火
感应淬火 回火 渗 碳
设备、方法简单，淬火 效果不稳定
表面硬度比普通淬火高 2~3HRC 变形小、生产效率高
1. 常用于中碳钢 2. 批量小的大型零件局部硬化
SC540W
850-900
850～870 ≤241
40CrMn
850～880 ---
SCSiMn1 850-900 H SCSiMn2 850-900 H SCSiMn3 850-900 4H
149197 ≥163
≥170
≥201
3.钢的淬火
•
•
淬火—— 加热、保温、快冷，提高硬度 和耐磨性 目的：得到马氏体组织（贝氏体），提 高硬度和耐磨性
气氛控制、热处理原理ppt课件
1.2344
计算数字
0 生铁,铸铁 1 钢, 铸钢 2 重金属 3 轻金属 4…8 非金属
01-07 碳钢 (低碳钢) 11-13 碳钢 (例：1043) 15-18 低合金工基钢 (W112) 20-28 工具和模具钢 (例 H13) 32-33 高速钢 (例 M2) 40-49 不锈钢 (410)
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为什么是铁?
• 纯铁的一些参数 – 不平衡性（电子旋转在同一方位） • 换句话说, 钢有能力与许多其它元素结合并且 这些元素改变成钢的性能（产物） – 增加锰，和其它碳钢 »钢比铁不仅强, 热处理对钢的性能有显 著的改变，因此在我们每天生产中，可 以提高材料的使用性
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我们为什么要用热处理?
• 在生产过程中增加热处理过程，通过热处理以适 当增加材料性能（如硬度或者反阻抗）
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为什么是铁?
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为什么是铁?
• 纯铁的一些参数 – 原子系数 = 26 (26 质子, 26 电子) – 熔点 = 1537C (2800 F) – 密度 = 7.87 g/cc (20C)
• 粉未冶金学家曾经说过，此类烧结材料为95%的密集， 95%等等．
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特殊热处理——可控气氛PPT课件
精选
3
基本原理
分解：渗剂中生成能渗入工件表面的活性原 子的反应。
吸附：活性的原子（或离子）于表面金属的 原子产生键合而浸入其表层。
扩散：工件表面吸附活性原子（或离子）后 ，其表面浓度与内部形成浓度梯度，满足扩 散条件，渗入的元素相内部迁移形成一定厚 度的扩散层。
精选
4
可控气氛热处理目的
精选
温度场均匀性和检测温度的可靠性较差；
工件要有一定批量。
精选
21
离子渗氮改进
当前采用外热式加热,首先将炉内温度加热达 到400 ℃左右,再由离子轰击达到最终工艺温度 ,可较为有效地改善炉温均匀性。
先离子渗氮、后气体渗氮,充分利用离子渗氮 的优势,在渗氮前期更快地使氮原子渗入工件 中,后期则采用气体渗氮,调整渗层组织,实现渗 层优化。
浓型: CO 10.2~11.1%,CO2 5.0~7.3%， H2 6.7~12.5%，CH40.5%，N2 其余。
用于低碳钢退火、正火、淬火、回火；铜的退火、 钎焊及烧结保护等；
液化石油气制备。
精选
12
净化放热式气氛
典型成分（体积%）为：
淡型: CO 1.7~1.8%, H2 0.9~1.4%，N2 其余; 浓型: CO 10.5~11.2%,H2 8.3~13.4%,N2 其余
可控气氛热处理
化学热处理的工艺方法
精选
2
可控气氛热处理概述
为防止氧化、脱碳等缺陷，将热处理炉中充入中 性气氛或还原气氛等，对工件进行保护加热处理 ，或同时进行渗碳、渗氮、碳氮共渗等化学热处 理，称为可控气氛热处理。
将工件放在含有渗入元素的活性气体介质中， 加 热到一定的温度后进行保温，利用固态扩散使渗 入元素被吸附并扩散到表面层，改变表面层的化 学成分，从而使工件表面层的组织结构和性能发 生变化。
第十章 可控气氛热处理炉
§１０－2 可控气氛的控制方法
一、气氛的选择与搭配
实现可控气氛热处理，除必要的热处理炉外，选择合理的可 控气氛及其控制是十分重要的。 针对具体工艺科学地设计和选用适当的炉用气氛通常的出发 点： 加速工艺过程 提高产品质量
1、气氛的选择
热处理气氛已有很多，选择时应考虑： 1）选择能加速化学热处理过程的气氛 渗碳过程中，碳的传递系数随 CO ％×H2 ％的含量而增大， 因此，适宜的渗碳气氛要求含有足够数量的 CO和H2，能满足该 要求的渗碳气氛常用的有吸热式气氛、甲醇裂化气、煤油和空 气等。
可控气氛主要由CO、H2、N2和少量的CO2，H20和CH4、CnHm 等气体组成。其中， CO、H2、 CH4、CnHm属还原形气体；CO2， H20属氧化性气体，会引起钢的脱碳；N2属中性气体。 体系中氧化性气体与还原性气体、增碳性气体与脱碳性气 体组分间的数量关系，即CO/ CO2、 H2/ H20、CH4/ H2、（CO） ×（H2）/ H20等，决定了体系中反应进行的方向。 碳势控制，也就是控制这些炉气组分间的相对量。
Fe氧化生成FeO，CO2浓度降低，同时CO浓度增加，钢件氧化。 KP>2.486，即 (CO)／(CO2)>2.486 ；反应向左进行，发生还原作用，钢件不氧 化。
结论：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。
3、钢在H2－H2O气氛中的氧化—还原反应
2）选择资源丰富和少无公害的气氛
能满足这一要求的最佳气氛就是氮气。
注意，纯氮是惰性气体，主要应用于密封性很好的炉子或应用于低温保护或 工件允许形成很薄的氧化膜，而该膜能起保护自身作用的工艺，如铝的退火。 氮气常应用于使炉子维持正压，以防炉外空气侵入。 事实上，高纯氮难以获取，成本很高，工业用氮又含有0.5～5％O2，，会使 加热工件氧化，所以一般不能单独用于热处理保护，而且，对从炉缝等处侵 入的空气没有反应消除的能力，因此，通常的做法是：根据处理工件的要求 和工艺参数，在炉气中添加某些还原性气体组成氮基气氛。
热处理设备主题知识讲座
§15.1 可控气氛旳种类
（2）C-H-O系有机化合物：烃分子中某些氢原子 被氧原子所取代而成，称为烃旳含氧衍生物。
常用旳滴注剂：甲醇、乙醇、异丙醇、丙醇、醋酸 乙酯、醋酸甲酯和甲酸等。
（3）C-H-O-N系有机化合物：在气体碳氮共渗工 艺中，除采用氨气作为活性氮旳原料外，还能够用 该系有机化合物作为碳氮共渗旳原料。
§15.1 可控气氛旳种类
（2）有机化合物旳渗碳能力 碳单量：有机液裂解出1mol原子碳所需要该物质
旳重量。 碳单量越大，阐明该物质旳渗碳能力越弱；碳单量
越小，该物质旳渗碳能力越强。 碳单量与C/O摩尔比恰好相反，碳单量越小，C/O
摩尔比就越大。
§15.2 几种常用旳可控气氛热处理炉
1、密封箱式可控气氛炉（多用炉） 用途：机械零件旳渗碳、碳氮共渗、光亮淬火、
光亮正火、光亮退火、中性淬火等。热处理过程 中，工件不会与空气接触，可取得高旳热处理质 量及表面质量。 构造
加热室、前室、淬火槽、缓冷室、传动机构、温度 及气氛控制仪表
另外还有零件清洗机、气源与产气装置、回火炉等 附属设备。
§15.2 几种常用旳可控气氛热处理炉
主要构造简介
加热室：密封箱式可控气氛炉旳关键部位，热处理 时零件旳加热部位。无炉罐旳加热室子在使用过程 中要预防炉中可控气氛发生爆照。
§15.2 几种常用旳可控气氛热处理炉
2、推杆式可控气氛连续热处理炉 借助于推料机构，将装有工件旳料盘或料框间接
地从炉子一端推入炉内，根据不同工艺要求完毕 热处理后，依次从另一端将工件推出旳一种连续 作业炉。 用途 合用于大批量工件生产，可进行光亮淬火、光亮 回火、气体渗碳和碳氮共渗等工艺。
§15.1 可控气氛旳种类
可控气氛热处理
可控气氛热处理1．N2-CH3OH氮基气氛N2-CH3OH是最具代表性的氮基气氛，可广泛地应用于保护加热和气体渗碳工艺。
热力学上，当温度超过700℃进，甲醇按下式进行：CH3OH－→CO+2H2实际应用时，可根据具体的工艺要求，通过改变N2/CH3OH的比例来调整气氛的基本组成。
当按照40/6O的氢气/甲醇裂解气配制气氛时，炉气的基本组成分40/40/20（N2/H2/CO）型，因其与吸热式气氛的基本组成相似，也被称为合成吸热式气氛（Endomix）。
其碳势控制方法、渗碳均匀性、参碳速度等方面与吸热式气氛相似。
用于制备氮基气氛的氮气纯度除某些特殊工艺要求高纯度外，N2-CH3OH型氮基气氛用于渗碳载气时，95％～99.5（体积分数）的氮气在相同的渗碳时间内，表面碳含量、渗层深度以及内氧化程度与高纯氮的效果是相似的。
但在较低的工作温度时，随N2纯度的降低，气氛的恢复时间延长；并由于工作区内较高的甲烷含量，导致产生炭黑的趋势增加，尤其是在气氛流量较大的情况下。
另一方面采用较底纯度的氮气时，富化气需要量增加。
据报道，在密封箱式炉中渗碳时，当碳势为1％时，采用纯氮气情况下，天然气需要量在标准状态下为0.4m3/h；而采用纯度为95.5％的氮气时，则需要lm3/h的天然气。
此外，从安全方面考虑，密封箱式多用炉采用前室和预冷室冲氮时，氮气中氧的体积分数应小于1%。
鉴于上述因素，目前生产上采用的氮气纯度多在99.5％以上。
1．空气分离制氮技术近20年来空气分离制氮技术取得了十分明显前进步。
传统的空分制氮法是利用液氮和液氧具有不同蒸发温度的特点，采用将空气深冷液化，然后再分离的方式获得纯度很高的液氮。
变压吸附制氮（PSA）法是空分制氮技术的一大进步，其优点是设备大为减化，能耗明显减少，生产成本明显降低。
我国经近十多年的努力，PSA制氮技术水平有了明显提高，但分子筛制造技术有待于进一步研究，以提高其性能和寿命。
80年代由美国Dow Chemical Co.开发的膜分离制氮技术问世并获得应用。
第二章 可控气氛热处理技术分解
应用于4118、5120、8620、8720、8822和9310等钢。52100(GCrl
5或100Cr6)钢也可进行这种处理。
17
第2章 可控气氛热处理技术
日本学者S．Nakamura等，I．Machida等和T．Moritov等分
别在2002、2008和2010年在美国申请高浓度渗碳专利(US2002／
15
第2章 可控气氛热处理技术
深层渗碳对大模数重载齿轮的生产十分适用，许多工业发达
国家，如瑞士、德国和日本都采用渗碳淬火和磨齿工艺技术。其
中，瑞士马格公司的技术享有世界盛名，处于领先地位。
16
第2章 可控气氛热处理技术
3.高浓度渗碳
常规渗碳件表面的含碳量一般为0.8％～1.0％范围。为此， 要求将渗碳工件表面含碳量超过此范围的化学热处理操作称为高 浓度渗碳，或称作为“过剩渗碳”或“高饱和渗碳”。 高浓度渗碳适用于含一定量Cr或Mo或Ni、Cr、Mo的合金钢。
11
第2章 可控气氛热处理技术
五、国外渗碳工艺的新进展
近二十多年来，国外的渗碳工艺已形成具有明显特色的一
些先进工艺技术，主要体现在高温渗碳、深层渗碳、高浓度渗
碳、真空渗碳淬火、不锈钢的低温渗碳等
12
第2章 可控气氛热处理技术
1. 高温渗碳
高于常规气体渗碳温度930℃的渗碳称为高温渗碳。 由计算知，将温度由930℃提高至1050℃达到相同的渗层深 度大约可缩短渗碳时间2／3以上。显然，采用高温渗碳，节能 和缩短工艺周期的效果是显著的。美国的热处理技术路线图将 之作为重点推广项目之一。
四 气体渗碳法 定义： 工件在气体介质中进行的渗碳工艺 渗剂： 碳氢化合物有机液体（e.g. 煤油 丙酮） 渗碳气氛（预生成和直生式） 渗碳反应： CO → [C] + CO2 H2 + CO → [C] + H2O CH4 → [C] + H2 C 2 H6 → [C] + CH4 + H2 C 3 H8 → [C] + C2H6 + H2 特点：适于大量生产，易实现自动化 可调节表面碳浓度（Contr#43; O2 → NaCNO or NaCN + CO2 → NaCNO + CO
第二章 可控气氛热处理技术
应用于4118、5120、8620、8720、8822和9310等钢。52100(GCrl
5或100Cr6)钢也可进行这种处理。
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第2章 可控气氛热处理技术
日本学者S．Nakamura等，I．Machida等和T．Moritov等分
别在2002、2008和2010年在美国申请高浓度渗碳专利(US2002／
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第2章 可控气氛热处理技术
三、优势 a.碳传递系数（β）高：
相同碳势条件下，直生气氛可使工件表面获得较高的碳浓度， 加大工件表层的浓度梯度，增加渗速和渗层厚度。
b.碳可用量高 含有高浓度的CH4，保证渗碳的均匀性，尤其有利于零件外 30 形复杂、装载密度较大、气氛循环状况较差的条件
第2章 可控气氛热处理技术
应用依据：渗碳试验
28
第2章 可控气氛热处理技术
二 直生式气氛 1.燃料种类：气体或液体 常见的有天然气、丙烷、丙酮、异丙醇 2.气体组成：主要组分为CO,H2和CH4 直生式气氛的组成与燃料种类、燃料与空气的 比例以及炉内温度等有关。
气氛中含有较高的CH4，气氛组成（尤其是CH4含量）受温度 影响较大。自然气/空气类型的直生式气氛由于过高的CH4含 量，在850℃以下已无法获得实际应用。
2CO → CO2 + [C]（活性碳原子）
特点：设备便宜，工艺简单，历史较长 适合多种少量生产
热源多样，过程不可控，不适于连续大批量生产
9
第2章 可控气氛热处理技术
三 液体渗碳法 定义： 在能析出活性碳原子的盐浴中进行的渗碳工艺。 渗碳剂：氰化盐（以700℃为界，上以渗碳为主，下以渗氮为主） 渗碳反应：
c、控制方式简单迅速高效：
采用调节空气流量来控制碳势，比调节燃料流量具有更好的碳势 控制效果，一方面是气氛成分变化对空气流量比较敏感；另一方面 是调节燃料流量时，产生炭黑的危险较大。 d、调节时间较短 不需要添置发生器，不存在发生器启动和调节时间的影响。天然 气是气体，在裂化过程中很多气源还需经过气化这个阶段。 在这个气化阶段时，就可以因为局部差异，而产生碳黑。 天然气主要成份甲烷，分子链最简单，更容易裂化，其它气源 （除煤气）分链长，不易裂化。天然气直生式渗碳仅少需氧的参与， 其裂解中变生的活性碳（CH4→Cad+H2）就能直接渗碳，有些气源 本身就有氧，或者分子链太长要裂解必需较多氧的参与。
可控气氛热处理设备概述
可控气氛热处理设备概述引言可控气氛热处理设备是一种用于控制金属材料加热和冷却过程中的气氛环境的设备。
在金属材料的加热处理过程中，控制气氛环境可以对材料的性能和品质产生重要影响。
可控气氛热处理设备通过精确控制气氛成分和温度，为金属材料提供理想的热处理条件，从而实现对材料性能的优化。
设备原理可控气氛热处理设备主要由加热炉、气体供应系统和控制系统组成。
加热炉通常采用电阻加热或燃气加热的方式，通过对材料施加高温能量，使材料达到所需的加热温度。
气体供应系统用于提供不同的气氛环境，常见的气氛包括氮气、氢气、氧气等。
控制系统则负责监测和控制加热炉的温度和气氛成分，以确保加热过程的精确控制。
设备特点高精度控制可控气氛热处理设备能够提供高精度的温度和气氛控制。
通过先进的传感器和自动化控制系统，设备能够实时监测和调整加热温度和气氛成分，确保加热过程的准确性和稳定性。
高精度的控制可以保证材料在热处理过程中的均一性和一致性，提高产品质量。
多功能操作可控气氛热处理设备具备多种功能操作。
除了常规的加热和冷却功能外，设备还可以实现多种特殊热处理过程，如淬火、回火、退火等。
通过不同的操作模式和参数设置，设备可以满足不同材料的热处理需求，提供定制化的热处理方案。
高效节能可控气氛热处理设备采用先进的能量转换技术，能够实现高效的能源利用和节能效果。
设备通过循环利用废热和精确控制加热功率，最大限度地减少能源消耗。
节能不仅有助于降低生产成本，还能减少对环境的负面影响，符合可持续发展的要求。
应用领域可控气氛热处理设备在多个领域有着广泛的应用。
以下是几个典型的应用领域：汽车制造汽车零部件制造中常常需要进行各种热处理工艺，如淬火、回火等。
可控气氛热处理设备可以为汽车制造行业提供高质量、高精度的热处理解决方案，提高零部件的性能和品质。
机械制造机械制造行业对金属材料的性能要求较高，需要进行精确的热处理工艺。
可控气氛热处理设备能够为机械制造行业提供可靠的热处理设备，满足不同材料的热处理需求。
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2、液体原料——有机液 ﹡常用的有机液：甲醇、乙醇等。 ﹡一般做为滴注式可控气氛，即把有机液体直接滴入 炉内，经高温反应生成可控气氛。 3、气体原料 ﹡常用的有：工业煤气、天然气、液化石油气等。
二、放热式气氛 放热式气氛的制取容易，产气量大，装置简单，
成本低廉，广泛用作毛坯料和一般工件的保护加热 气氛。 1、定义
2）冷冻法除水—使气氛露点达到2~4℃，水分含 量为0.7%~0.8%，再用气体干燥剂（硅胶或铝胶 （活性氧化铝） ）进一步除水，使气氛的露点下降 到-40 ℃ 。
露点：就是指气氛中水蒸气开始凝结成雾的 温度，即在一定压力下气氛中水蒸气达到饱 和状态时的温度。气氛中含水蒸气愈多，其 露点就愈高，而碳势就愈低。
※吸附剂经一段时间使用后，吸附能力下降。为了
恢复吸附剂的吸附能力，需要将吸附质从吸附剂内
排出，这一过程称为吸附剂的解吸或再生。
再生方法有：加热再生、抽真空（减压）再生。
吸附是放热过程，因此提高吸附剂温度可使吸附质 排出。最常用的是热空气加热，分子筛和铝胶的再 生温度为300~500℃，硅胶为180~250 ℃ 。由 于吸附剂不易传热，升温速度应缓慢，每分钟应不 超过10 ℃。再生完毕后，吸附剂应冷却，以恢复 吸附能力。
带密封罐及中央控制的立式空气循环炉用于反应气氛下的粉末 硼化处理
第二节 可控气氛类型 一、制备可控气氛的原料
1、固体原料——木炭 ﹡木炭气氛主要成分：N2和CO，还有少量H2 、CO2。 ﹡制备装置:结构简单，制取简易； ﹡缺点：木炭消耗量较大，劳动条件差；
木炭气氛很不稳定，只适用于要求不严格的 工件的保护加热。
3）吸附剂吸附除水 ※沸石分子筛、硅胶、铝胶（活性氧化铝）是最常 用的气体干燥剂。
通常，硅胶、铝胶只是在高湿度下吸附容量才很 大，所以在气体含水很多时，一般先用硅胶吸附， 其后才用沸石分子筛吸附，即所谓串联吸附。使气 氛的露点下降到-40~-60 ℃ 。
分子筛晶体内的微孔直径大小均一，能吸附比微孔小的流体分 子，而不能吸附比微孔大的分子。因此，它具有“筛子”作用， 故名为分子筛。H2O、CO2、SO2等分子直径均小于4埃,均能 被分子筛吸附。
带密封罐的空气循环立式炉 - 保护 气氛
带密封罐的空气循环井式炉用于金属热处理， 如保护性气氛下的光亮退火和回火、金属粉 末（PM）的钎焊和烧结。 ■有更多装置： ■根据德国标准DIN17052-1, 温度均匀性 最佳可达±3℃ ■可用氮气、氩气、氢气和混合气的自动通 气装置 ■密封罐的内部温度控制 ■带‘O’形密封圈的水冷门
◆减少工件的加工余量或加工工序，以节约金属 材料消耗；
◆可控气氛热处理炉的机械化自动程度较高，可 明显提高劳动生产业应用，最初是由空气通 过灼热的木炭而制取的主要含N2和CO气的木炭 发生气。
※ 20世纪40年代，以天然气、液化石油气制备 放热式气氛和吸热式气氛的技术就已发展成熟。
抽真空（减压）再生。
气体加压可使吸附容量增加，相反，减压则可脱出吸 附质。解吸压力愈低愈好，但真空度一般为20KPa左 右。为使效果好，真空泵的抽速要大，抽真空并同时 用净化气体吹洗分子筛，则再生就较为彻底。
三、吸热式气氛 吸热式气氛的应用最为广泛，与它较易制取，
成本较低 ，产气组分稳定，且易于实现碳势的 自动控制等因素有关。 1、定义： ◆将原料气与少量空气混合，空气过剩系数
0.25~0.27，在高温与催化剂作用下在反应罐内产
生不完全燃烧生成的气氛。由于这种不完全燃烧反
※淡型放热式气氛，主要用于铜及铜合金（不含锌） 的光亮热处理、可锻铸铁退火和粉末冶金烧结。
4、放热式气氛的净化
净化处理目的是去除或进一步降低放热式气氛中H2O 和CO2的含量。
※常用的方法： 1）化学法—它通过10%NaOH水溶液或乙醇胺吸 收气氛中的CO2； 用化学干燥剂与水结合生成水合物而排除水分； 干燥剂有：KOH、CaO等。
※ 50年代，可控气氛热处理已成为美国的热处 理方式。
※ 70年代中东石油危机，促进了氮基气氛的开发。
※我国的可控气氛处理，开始于60年代。70年代 发展较快，主要发展了吸热式气氛。最近几年，随 着氮基气氛、滴注式气氛的发展，我国可控气氛的 应用又出现了好势头。
气密空气循环箱式炉 － 保护气氛 用于保护气氛下的金属热处理，可用于光亮退火、回火、钎焊以及金属粉 末（PM）的排胶和烧结等热处理工艺。 ■最高温度可达900℃（1100℃，可选购） 另有更多装置： ■在门上安装空气循环风扇，增加了马弗腔中的空气循环 根据德国标准DIN17052-1, 温度均匀性最佳可达±7℃
放热式气氛就是将原料气和空气按一定比例混合， 空气过剩系数0.5~0.9，经燃烧反应制备成的气氛。 由于反应温度是靠自身燃烧发热来维持的，无需外 部供热，所以称为放热式气氛。
浓型放热式气氛 分为
淡型放热式气氛 在燃烧空气系数α小于1的条件下，原料气与空气进 行不完全燃烧，其燃烧产物经冷却除水便制得放热 式气氛。习惯上，在α为0.5~0.8下燃烧所得的气 氛称为浓型放热式气氛，空气较少，所得气氛中还 原性组分CO、H2含量较高，而CO2较少。
◆在α为0.9~0.98下燃烧所得气氛称为淡型放热式 气氛，空气较多，所得气氛中CO2含量就较高。
2、放热式气氛的制备流程
原料气与空气按一定比例混合——燃烧室进行不完 全燃烧——燃烧产物迅速冷却除水——经气水分离 器进一步除水——制得放热式气氛
3、放热式气氛的特性及应用
※浓型主要用于毛坯料和不重要零件的保护加热； 低碳钢的光洁退火以及中碳钢短时加热淬火。
第六章 可控气氛热处理设备
第一节 概述
◆将采用可控气氛的热处理炉称为可控气氛热处 理炉。 可控气氛：可实现金属的无氧化、无脱碳、无增 碳加热，实现化学热处理控制（如碳势控制、氮 势控制），完成诸如硅钢片的脱碳退火、钢铁工 件脱碳后的复碳、低碳钢冲压件的穿透渗碳等的 特殊热处理工艺。
◆采用可控气氛热处理，可改善工件表面的组织 结构，提高机器零件的使用性能；