ppt课件)可控气氛热处理炉设备概述pptx

  《(ppt课件)可控气氛热处理炉设备概述.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(ppt课件)可控气氛热处理炉设备概述.pptx（50页珍藏版）》请在新文库网上搜索。

  1、主讲主讲教师：教师：范涛范涛 北华航天工业学院北华航天工业学院 金属材料工程教研室金属材料工程教研室 1 课十二课十二 本章我们主要了解以下四个方面的内容：本章我们主要了解以下四个方面的内容： 一、一、可控气氛炉加热的基础原理；可控气氛炉加热的基础原理； 二、二、可控气氛的种类、制备流程、特性与应可控气氛的种类、制备流程、特性与应 用；用； 三、三、可控气氛的碳势测量及氧势控制。可控气氛的碳势测量及氧势控制。 四、四、可控气氛热处理炉的类型、安全操作与可控气氛热处理炉的类型、安全操作与 发展。发展。 本次课我们先来了解前两个本次课我们先来了解前两个方面的方面的内容。内容。 2 我们大家都知道，在一般

  2、空气介质电阻炉中加热钢件时我们大家都知道，在一般空气介质电阻炉中加热钢件时,容易容易 发生氧化和发生氧化和脱碳脱碳。 要使钢件加热时不产生氧化和脱碳，能够使用两种方法要使钢件加热时不产生氧化和脱碳，能够使用两种方法 ： 一种一种是向炉膛内送入保护气体，使钢件在保护气氛下加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，向炉内通以可来控制成分的气氛，件进行化学热处理，向炉内通以可来控制成分的气氛， 称可控气氛。称可控气氛。 另一种方法另一种方法是把炉膛内空气抽除，使钢件是把炉膛内空

  3、气抽除，使钢件在真空状态下在线 脱碳是钢加热时表面碳含量降低的现象。脱碳的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；甲烷或一氧化碳。其化学方程式如下； 2Fe3C+O26Fe+2CO Fe3C+2H23Fe+CH4 Fe3C+H2O3Fe+CO+H2 Fe3C+CO23Fe+2CO 这些反应是可逆的，即氢、氧和二氧化碳使这些反应是可逆的，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。钢脱碳，而甲烷和一氧化碳则使钢增碳。 5 钢件在保护气

  4、氛下加热不仅可实现无氧化无脱碳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，还能够直接进行渗碳、脱碳等热处理，提高热处理质量，还能够直接进行渗碳、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、劳动条件得到一定的改善。但其设备复杂、产率得到提高、劳动条件得到一定的改善。但其设备复杂、 投资较大，操作技术方面的要求较高。投资较大，操作技术要求比较高。 保护气氛可以是中性气体保护气氛可以是中性气体(N2)或惰性气体或惰性气体(Ar),有有 时也可以是还原性气体时也可以是还原性气体(H2)。大多数保护气氛是由多。大多数保护气氛是由多 种气

  5、体种气体(例如例如CO, CO2, H2, CH4, H2O, N2等等)混合组成的混合组成的 ，各种气体与钢进行的化学反应列于表，各种气体与钢进行的化学反应列于表10-1中。中。 6 表表10-1各种气体与铁及其碳化物的化学反应各种气体与铁及其碳化物的化学反应 7 各种气体与钢的化学反应和各种气体之间的化各种气体与钢的化学反应和各种气体之间的化 学反应是很复杂的，但是能调节保护气氛中学反应是比较复杂的，但是能调节保护气氛中 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，即渗碳性气体的比例，即CO2/CO、H2O/H2、 CH4/

  6、H2的相对含量，使反应处于平衡状态，钢的的相对含量，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氧化速度与还原速度相等，钢的脱碳速度与渗碳 速度相等，这样就能实现无氧化与无脱碳加热。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无氧化加热一般可分为光亮加热光亮加热和和光洁加热光洁加热，前，前 者表面未形成氧化膜，仍保持金属光泽；后者有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。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：可控气氛热处理炉的优越性如下： 8 (1)实现无氧化无脱碳与增碳热处理，因而提高钢件的实现无氧

  7、化无脱碳与增碳热处理，因而提高钢件的 表面上的质量及机械性能，减少零件的加工余量和钢材的烧损表面上的质量及机械性能，减少零件的加工余量和钢材的烧损 量，因此能节省工时及能耗，节约金属材料。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、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。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。制钢材的复

  8、碳退火等。 (4)实现机械化与自动化，提高劳动生产率，改善劳动实现机械化与自动化，提高劳动生产率，改善劳动 条件。条件。 总之，总之，可控气氛热处理炉目前已成为一种先进的加热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。热处理技术发展水平的重要标志。 9 在这一节里，我们通过钢在可控气氛中加在这一节里，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组分的性质与作用以及

  9、对钢在加热过程中发生 氧化还原、脱碳增碳反应的影响，进而确定可氧化还原、脱碳增碳反应的影响，进而确定可 控气氛中的控制对象。控气氛中的控制对象。 常用的可控气氛主要由常用的可控气氛主要由CO、H2和少量的和少量的 CO2、H2O和和CH4、CnHm等气体组成。在热处等气体组成。在热处 理温度条件下，气体与钢进行化学反应。理温度条件下，气体与钢进行化学反应。 10 1、 钢在空气中加热将与氧发生氧化反应，在钢在空气中加热将与氧发生氧化反应，在 560以下生成以下生成Fe3O4，在，在560以上形成三种氧以上形成三种氧 化物，内层为化物，内层为FeO，中层为，中层为Fe3O4，外层为，外层为 Fe

  10、2O3，通常认为氧气对钢的氧化过程是不可，通常认为氧气对钢的氧化过程是不可 逆的，无法控制。逆的，无法控制。 钢在钢在CO2-CO气氛中的氧化还原反应则有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所不同，是可逆的，其反应速度和反应方向决 定于定于CO/CO2比比值和温度。值和温度。 11 在一定温度下，反应达平衡时，气氛中各种气体浓度在一定温度下，反应达平衡时，气氛中各种气体浓度 不再改变，其平衡常数为不再改变，其平衡常数为 )210( )( )( 22 1 2 CO CO CO CO P P K CO CO P 式中：式中： PCO、PCO2CO和和CO2气体的分压气

  11、体的分压; CO、CO2 CO和和CO2气体的浓度；气体的浓度； （CO）,（CO2）混合气体中）混合气体中CO和和CO2的体积百分含量的体积百分含量. 其反应方程式如其反应方程式如(10-1)，反应方向由平衡常数来判断，反应方向由平衡常数来判断. 12 在一定温度状态下，平衡常数在一定温度状态下，平衡常数KP总保持为定值。某总保持为定值。某 一温度下的一温度下的kP值，可由实验测定，也可由热力学反应自由值，可由实验测定，也可由热力学反应自由 能计算求得。如表能计算求得。如表10-2所示所示 应用平衡常数应用平衡常数KP即可判断反应进行的方向。如在即可判断反应进行的方向。如在 1000时，时，

  12、KP =2.486，即当，即当(CO)/(CO2 )=2.486时，氧化时，氧化 还原处于平衡状态，当实际炉气还原处于平衡状态，当实际炉气(CO/CO2)2.486时，反应向左进行，发时，反应向左进行，发 生还原作用，钢件不氧化。因此，钢在生还原作用，钢件不氧化。因此，钢在CO2CO气氛中气氛中 是否发生氧化，取决于（是否发生氧化，取决于（CO）/（CO2）的比值，即）的比值，即 （CO）和）和CO2的相对量，并不是绝对含量。的相对量，并不是绝对含量。 2、钢在钢在H2H2O气氛中的反应气氛中的反应 在热处理温度条件下，钢在在热处理温度条件下，钢在H2H2O气氛中的反应气氛中的反应 式为式为

  13、) 410( )( )( 2 2 2 22 2 2 OH H OH H P P K OH H P 其平衡常数为其平衡常数为 14 所示。如表 数的氧化还原反应平衡常对和 体积百分含量。 的和混合气体中）、（ 气体的浓度。和、 的分压；和、 式中： 310 22 2222 2222 22 22 FeOHH OHHOHH OHHOHH OHHPP OHH 15 金属在气氛中能否被氧化或其氧化物能否自发分解，金属在气氛中能否被氧化或其氧化物能否自发分解， 一方面取决于金属氧化物的稳定性，可用金属的分解压力一方面取决于金属氧化物的稳定性，可用金属的分解压力 来表示来表示;另一方面是气氛中氧的分压大小。

  14、另一方面是气氛中氧的分压大小。 金属在含氧气氛中加热会产生如下反应金属在含氧气氛中加热会产生如下反应 由此可见，在由此可见，在1000，使，使Fe不氧化不氧化 =1.5即可即可. 16 式中，式中，PO2为化学平衡系中氧的分压，即金属氧化物的分为化学平衡系中氧的分压，即金属氧化物的分 解压。当气氛中的氧分压大于解压。当气氛中的氧分压大于PO2时，反应向右进行，金时，反应向右进行，金 属被氧化成氧化物；当气氛中的氧分压小于属被氧化成氧化物；当气氛中的氧分压小于PO2时，反应时，反应 向左进行，金属氧化物分解。各种氧化物的分解压是不向左进行，金属氧化物分解。各种氧化物的分解压是不 相同的，并随温度

  15、的升高而急剧增大，氧化物处于不稳相同的，并随温度的升高而急剧增大，氧化物处于不稳 定状态。定状态。 氧势氧势是指在一定温度下，金属的氧化和氧化物的分解是指在一定温度下，金属的氧化和氧化物的分解 处于平衡状态时处于平衡状态时气氛中氧的分压或氧化物的分解压气氛中氧的分压或氧化物的分解压。（点）（点） 当当Me和和MexO2皆为化学纯的凝聚相，则反应平衡常数为皆为化学纯的凝聚相，则反应平衡常数为 KP=1/PO2 (10一一6) 17 当炉内气氛同时存在当炉内气氛同时存在CO、CO2 、H2 、H2O 时，必时，必 须考虑式须考虑式(101)和和(103)， ）（710 21 22 2 PP

  16、 CO CO OH H KK P P P P 表示混合炉气中各组分的分压。表示混合炉气中各组分的分压。 222 COCOOHH PPPP、 式中：式中： 这时要达到无氧化加热需满足如下条件，即这时要达到无氧化加热需满足如下条件，即 18 1、钢在、钢在COCO2气氛中的脱碳增碳反应气氛中的脱碳增碳反应 钢在钢在COCO2气氛中的反应式如下：气氛中的反应式如下： 钢中所含碳。式中： ）（或 ）（）（ 其反应常数为： 1010/ 910/ 2 2 1 2 2 1 C PPKa aPPK CO CO C CCO CO ac 碳在奥氏体碳在奥氏体(一一Fe)中的有效浓度，又称奥氏体中碳中的有效浓度，又称奥氏体中碳 的活度的活度.（ac是在一定温度下钢的含碳量与是在一定温度下钢的含碳量与一一Fe中的饱和含碳量的比值中的饱和含碳量的比值 ） 19 例如，含碳例如，含碳0.8%的钢在的钢在1100时，由于分子间作用力的时，由于分子间作用力的 影响，只起到影响，只起到 ac 为为0.45%的作用，故称此值为有效浓度。的作用，故称此值为有效浓度。 碳势是指一定成分的气氛，在一定温度下，气氛与钢碳势是指一

  如PPT文件的首页显示word图标，表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。

  部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片，仅作为作品整体效果示例展示，禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。