钢的可控气氛与真空热处理

炉内气氛的碳势是指在一定的温度下，炉内气氛与一定含碳量 的铁碳合金呈平衡时的炉气状态。 例如，加热40号钢，如果在一定温度下，炉内的气氛能保持40 钢的含碳量不变，则该气氛的碳势用0.4%C来表示。 炉气的碳势决定于炉气的组成和炉气的温度。
露点： 所谓露点就是在一定压力下气氛中水蒸汽达到饱和时的温 度，或气氛中水蒸汽开始出现结露的温度。图11-6表明，气氛 中水分含量越高则其露点越高。
2Fe + O2 4Fe + 3O2 Fe3C + O2 Cγ-Fe + O2
2FeO 2Fe2O3 3Fe + CO2 CO2
②
③
上述反应都是不可逆的，所以不能予以控制。 炉内气氛中以氧化能力强弱排序： H2O、O2、CO2 以脱碳能力强弱排序：CO2 、O2、H2O 钢中添加合金元素，能有效地提高高温下钢的抗氧化能力（图51），以Cr、Al、Si效果最显著。 钢件在炉气中的氧化—还原反应 Ⅰ. 在CO2-CO中（图5-2） Ⅱ. 在H2-H2O中（图5-3） Ⅲ. 在CO2-CO、 H2-H2O中（图5-4） 钢件在炉气中的脱碳—增碳反应 Ⅰ. 在CO2-CO中（图5-5）Feγ〔C〕+CO2 Fe + 2CO Fe3C + CO2 3Fe + 2CO
真空概念：
1Torr=1/760标准大气压=133.322Pa 低真空——10～10-2Torr 中真空——10-2 ～ 10-4Torr 高真空——10-5 ～ 10-7Torr
真空作用： 1. 保护作用 2. 真空脱气 3. 表面净化 4. 蒸发作用 三、真空热处理工艺及特点 特点：炉温升速很快，而工件升温很慢。（图5-9） 工艺：1. 真空退火 2. 真空淬火： 真空气体淬火；真空油淬火（图5-10、图5-11） 真空淬火油的临界压力
第五章
钢的可控气氛与真空热处理
§5.1 可控气氛热处理 在一般热处理中，钢件在空气中加热，势必产生氧化、脱碳，因 而引起金属的烧损，机械性能的下降，零件寿命降低。为了一定的 目的，向热处理炉中加入某种经过制备的气体介质，或者滴入某种 有机液体使其在炉内反应生成气体介质，这些气体介质的成分可以 人为控制，故统称为可控气氛。应用可控气氛进行的各种热处理称 为可控气氛热处理。 常用的可控气氛中主要有以下几种气体所组成：CO、H2、N2、 CO2、H2O、CH4等。 一、可控气氛热处理的基本原理 钢件在可控气氛中进行加热时，炉内气氛与钢件必然发生化学反 应，主要分为两类反应，一是与钢的氧化—还原反应和脱碳—增碳 反应；另一个是炉气间的相互反应。这些反应多数是可逆的，因而 是可控的。 1. 钢件与炉气间的化学反应 ① 钢件与氧的反应： 32 H 2
2. 炉内气氛的碳势控制原理 〔C〕+ CO2 2CO 〔 C 〕 + H 2O CO + H2
1690 lg K p 1.546 T
K
pco
2
c pco
2
K
pH 2 pco
c pH O
2
① 露点测定（图5-6、图5-7） ② 氧势（图5-8） 二、可控气氛热处理工艺 1. 钢的光亮退火 2. 钢的光亮淬火加热 3. 钢的光亮回火 §5.2 真空热处理 一、真空热处理的优点 1. 热处理变形小 2. 提高机械性能、延长使用寿命。 3. 节省能源 4. 减少污染、无公害 二、真空在热处理中的作用
在一定的压力下进行真空油淬火，若所获得的硬度与在大气压 下淬火后的硬度相同，则最低压力称为真空淬火油的临界压力
脱碳反应的平衡常数：
K
pco2 c
CO + H2
2 pco
Ⅱ. 在CH4-H2中： CH4 〔C〕+2H2 Ⅲ. 在CO2-CO-H2-H2O- CH4中：H2O + Cγ-Fe ④ 炉内气氛间的化学反应： 水煤气反应 CO2 + H2
CO + H2O
K
pco pH 2O pco2 pH 2