可控气氛设备应用现状简介

可控气氛设备应用现状简介

摘要：科学技术的发展，对机械产品提出了高精度、高复杂性的要求，而且产品的更新换代也在加快，作为支柱产业之一的材料热处理工业淬火、回火等精整加工，新理论、新技术、新工艺

新的材料性能及其开发应用层出不穷。通过大学三年的学习和近一年的实习工作已对理论知识熟练应用，本文总结了关于我国热处理的发展方向的一些分析。

关键词：热处理，新工艺，精准加工，可控气氛

序言

系统介绍了可控气氛热处理原理与实际生产应用。应用化学平衡原理分析了可控气氛的制备；从热力学、动力学角度分析热处理气氛对热处理过程的影响。详细介绍了可控气氛密封箱式周期炉、推杆炉、井式炉的结构、电器控制气氛控制。根据化学平衡原理和动力学原理解析可控气氛热处理工艺，对密封式箱式周期炉、推杆炉、井式炉典型热处理工艺的特点进行了分析。

可控气氛热处理随着科学技术的发展，热处理生产技术也发生这深刻的变化。当前，热处理生产技术重点发展的方向之一是可控气氛热处理。在无氧化热处理技术的发展趋势中，首推可控气氛热处理。在目前少品种、大批量生产中，尤其是碳素钢和一般合金结构钢件的光亮淬火、退火、渗碳淬火、碳氮共渗淬火、气体氮碳共渗仍以可控气氛为主要手段。所以可控气氛热处理仍是先进热处理技术的主要组成部分。

制备气氛的热源

我国在掌握和推广可控气氛过程中，在解决气氛上走过了漫长的道路。最早的吸热式气氛发生炉主要用液化气，即纯度较高的丙烷或乙烷。近年已证实，我国的天然气资源丰富，为用甲烷制备吸热式气氛创造了良好的条件。

设备

能密封的炉型；自动化程度高，生产柔性大，适用性强的多用炉生产线等；因而发展前途广，市场要求大。

可控气氛在热处理中的应用

渗碳：高温渗碳是渗碳技术发展趋势之一。提高渗碳温度可以显著提高生产率和节省能耗。为此研究开发可用于1000 以上的电辐射管材料是当务之急，低压渗碳技术的开发和完善为实现高温渗碳（1040）创造了条件。钢件的渗碳层深度要求一般都较保守，有史也很盲目。

碳氮共渗：碳氮共渗温度比渗碳低，工件畸变小。在渗层温度为0.6㎜以下时的渗速接近于930 渗碳。钢碳氮共渗是容易出现反常组织，淬火后表面硬度有下降现象，渗层中有较多的残留奥氏体。如何合理选择工艺，充分发挥碳氮共渗潜力仍是值得探讨的问题。过去曾有人提倡过高浓度碳氮共渗，也曾有过钢件碳氮共渗时表面含碳量在0.6%，具有最好力学性能的报道，为此众说风云。目前绝大部分汽车，摩托车的重要部件都采用碳氮共渗来提高其使用寿命;有报道GCr15钢制的球和滚柱则由过去的淬火、回火改为碳氮共渗、淬火、回火，轴承的使用寿命提高了2.42倍。所以，碳氮共渗是值得认真研究和提倡的一种好方法。

光亮淬火：最适合在连续作业炉（如：振底式炉、连（网）带炉）、推杆炉等）、多用炉等。广泛用于碳素结构钢，中碳合金结构钢等。光亮退火：能密封的炉型都可以进行光亮退火。

可控气氛主要有吸热式气、放热式气、氨基气氛、氨分解气、滴注分解气、氢和木炭气。. 吸热式气：在发生气中把天然气、液化石油气等气体与一定比例的空气混合，再通过加

热到高温的催化剂，使混合气体的未然部分热裂解而制的。吸热式气是一种应最广的可控气氛。把它作为运载气体，将适量的富化气带入加热炉内，就可以使低碳钢表面渗碳，使碳含量达到规定的要求。控制富化气的添加量，便能控制炉气的碳势。炉气的碳势是指某一温度下炉气与钢表面奥氏体中的碳量相平衡时的碳量，简单的可理解为炉气的渗碳能力。吸热势气氛在渗碳、碳氮共渗和气体碳氮共渗等化学热处理工艺中应用极广，也可用于中碳钢、高碳钢、合金工具钢、轴承钢和高速钢的光亮淬火。

放热式气：在发热器中，把天然气液化石油气等气体燃料或酒精、柴油等液体燃料与较多的空气混合，使它接近与完全燃烧，在对燃烧产物进行初步净化或高度净化而制得的气体。放热式气可用于低碳钢的光亮退火、中碳钢、高碳钢的光亮淬火、粉末冶金的烧结和气体碳氮共渗等。净化放热式气氛还用于不锈钢的退火和钎焊并保护，或作为渗碳时的运载气体。

氨基气氛：常用的是制氨过程中产生的工业氮经净化后得到的高纯氮气，也可以是将液氮蒸发得到的气体。氮基气氛可用于加热保护，也可以加入甲醇等使使其成分接近吸热式气氛，作为渗碳时的运载气体，在加入富化气即可渗碳。它的优点是可以节约天然气、液化石油气等，碳势也可控制。

氨分解气：氨在一定温度和催化剂作用下课完全分解为三个体积的氢和一个体积的氮，形成氨分解气。也可以把氨和空气混合进行部分燃烧，然后除水净化得到氨燃烧气。这两种气氛都含氨，属于氢-水类型的混合气体。多用于不锈钢、高速钢的热处理和粉末冶金的烧结。因氨较贵，故制备成本较高。

滴注分解气：使钢表面的碳浓度可以控制的滴注式渗碳所产生的分解气也属于可控气氛。这就是60年代初期提出的卡博马格法。其原理是：往炉中滴入两种有机液体，在炉中发生热裂解，以一种液体的热裂解气作为运载气体，以另一种热裂解气作为富化气来实现钢的渗碳，并靠调节第二种气体的滴入量来达到控制炉气碳势的目的。这种方法的优点是不用气体发生炉，设备结构简单适于批量生产。

氢：氢是还原性气体。绝对干燥的氢是难以制备的，因此使用的氢实际上是微量水和氢的混合气体。金属在氢中加热时是氧化或是还原取决于水与氢的比值。但用氢保护加热不能绝对防止钢的脱碳。不锈钢和硅钢片的退火、粉末冶金的烧结铁粉还原，都可以在氢气中进行。

木炭气：用鼓风机把空气吹入发生炉中，空气与炽热对的木炭反应所产生的煤气即木炭气。其主要成分是一氧化碳和二氧化碳。一氧化碳是还原性气体，二氧化碳是氧化性气体。木炭气可用于钢的保护加热。

气氛碳势的测量：炉气的碳势可以通过电阻法直接测量，也可以先通过露点测量炉气中的水分，用红外线CO2测定仪测量CO2含量，利用氧化锆氧浓差电池测量微量氧等方法间接测量碳势。利用这些测量仪表面上的数值，就可以通过执行机构来调节富化气的输入量，或富化液的滴入量，是炉气碳势可以比较好的稳定在一定数值上。

20世纪50年代，美国的可控气氛热处理已经相当普及，并多数组成连续生产自动线，可控气氛发生装置已有上千台，而法国只有15台，前苏联及其欧洲各国的总和仅有10台，日本尚未掌握。此后日本从美引进这项技术，到了1965年日本的周期式多用炉已产生200多台，连续式炉及其他类型炉近200台，各种气氛发生装置近400台，从而改变了热处理面貌。