Applicazione dei gas industriali nel trattamento termico

Applicazione dei gas industriali nel trattamento termico

Durante il processo di lavorazione meccanica, le parti meccaniche devono essere trattate termicamente ponendole in vari forni di riscaldo per il riscaldamento. Dopo aver raggiunto una temperatura predeterminata, vengono mantenuti caldi per un periodo di tempo, quindi rilasciati dal forno e infine raffreddati per completare un processo di trattamento termico. Nell'industria manifatturiera dei macchinari, la maggior parte delle parti lavorate sono materiali in acciaio. Quando le parti in acciaio vengono riscaldate in un forno, la superficie verrà ossidata a 500°C, ovvero si verificherà la decarburazione. Se il pezzo grezzo viene lavorato, ci sarà un sovrametallo di lavorazione successivo per garantire che lo strato di ossidazione e decarburazione venga rimosso. Se si tratta del processo di trattamento termico finale, sulla parte rimane solo una piccola quantità di lavoro di rettifica. Se lo strato di decarburazione ossidativa è profondo e non può essere rimosso durante la lavorazione finale, le prestazioni delle parti dopo il trattamento termico saranno notevolmente ridotte.

Il fenomeno della decarburazione delle parti in acciaio durante il riscaldamento è dovuto alla presenza di ossigeno nel mezzo riscaldante. Finché l'ossigeno è isolato dal riscaldamento, è possibile evitare il fenomeno della decarburazione ossidativa. Ciò richiede di non riscaldare in un forno ad aria, solitamente in un forno a bagno di sale. Per utilizzare un bagno salino per isolare l'ossigeno, il bagno salino deve essere disossidato. Anche i residui di sale e il vapore trattati inquinano l'ambiente. Per la lavorazione vengono utilizzati anche forni sottovuoto, ma la tecnologia di sigillatura richiede requisiti elevati e il forno non può essere realizzato troppo grande, il che ne limita l'applicazione.

I forni con protezione a gas sono ampiamente utilizzati nell'industria. Durante il processo di trattamento termico vengono utilizzati diversi gas, tra cui la protezione argon, la protezione a base di azoto e un gran numero di atmosfere protettive a base di azoto.

La protezione a base di azoto può prevenire la decarburazione ossidativa delle parti in acciaio e migliorare notevolmente la qualità della superficie delle parti trattate termicamente, soprattutto quando si ha a che fare con alcuni strumenti e stampi con forme complesse. Dopo che sono stati spenti, la cavità non verrà più elaborata. Se è presente decarburazione ossidativa, ridurrà notevolmente la durezza dello strato superficiale, ovvero ne ridurrà la resistenza all'usura e la durata. Utilizzando il riscaldamento neutro in un'atmosfera protettiva a base di azoto, sulla superficie di lavoro non si verificherà più alcun fenomeno di decarburazione ossidativa, il che migliora la qualità del trattamento termico sulla superficie del pezzo e prolunga la durata del pezzo.

Nelle apparecchiature per il trattamento termico, per utilizzare diversi gas di protezione, è presente un forno multiuso o un forno fluidizzato, che può utilizzare azoto e vari vettori in diverse proporzioni per eseguire nitrurazione, nitrocarburazione (nitrurazione morbida), cementazione e altro calore chimico trattamenti.

Fornisce protezione per il processo di trattamento termico basato su gas industriali e può preparare vari gas vettore per vari trattamenti termici chimici, il che non solo facilita il processo di trattamento termico dei materiali, ma migliora anche notevolmente l'efficienza del trattamento termico.

L'atmosfera protettiva a base di azoto utilizza azoto puro (99,99%) o azoto industriale come materia prima gassosa, aggiungendo idrocarburi appropriati (come gas naturale, propano, ecc.) e, se necessario, aggiungendo alcuni gas che partecipano alla reazione, come come idrogeno, ammoniaca, anidride carbonica, aria, ecc., per produrre una miscela di gas con ammoniaca come componente principale. Questo tipo di gas non contiene o contiene determinati gas riducenti e può essere ampiamente utilizzato in vari processi di riscaldamento, come il trattamento termico brillante, il trattamento termico chimico, la brasatura, la sinterizzazione della metallurgia delle polveri e altri processi.

L’azoto utilizzato per il trattamento termico può essere grossolanamente suddiviso nelle seguenti tipologie:

1. L'ossigeno puro si riferisce generalmente al gas protettivo contenente più del 99,99% di azoto.

2. Il gas protettivo neutro amminico si riferisce a un gas protettivo che non ossida, decarbura o carbura l'acciaio. Questo tipo di gas protettivo ha anche determinate proprietà riducenti. Poiché ha proprietà protettive per gli acciai con diversi contenuti di carbonio, purché il ciclo di riscaldamento sia lo stesso, gli acciai con diversi contenuti di carbonio possono essere lavorati nello stesso forno e possono essere utilizzati per tempra, ricottura, rinvenimento, ecc. ad alta , medie e basse temperature. Processo di trattamento termico per ottenere un effetto luminoso. I gas neutri comunemente usati includono quanto segue:

1. Azoto + idrogeno: questo gas protettivo ha alcune proprietà riducenti e deboli proprietà di decarburazione. Il contenuto di idrogeno nel gas è generalmente controllato tra lo 0,5% e il 3%.

2. Azoto + monossido di carbonio + idrogeno: questo gas protettivo può essere utilizzato per il trattamento termico di non ossidazione, non decarburazione e non carburazione di strutture in acciaio, acciai per utensili e acciai per cuscinetti, come il contenuto di monossido di carbonio pari a 0,5% ~ 1 % e idrogeno 1%~2% La ricottura e la tempra dell'acciaio per utensili e matrici, dell'acciaio rapido e dell'acciaio per cuscinetti vengono eseguite in gas protettivo. In un'atmosfera a base di azoto con un contenuto di monossido di carbonio + idrogeno del 2%, l'acciaio rapido con un contenuto di carbonio dell'1% viene riscaldato a 1200°C e dopo 40 minuti non avviene praticamente alcuna decarburazione. La preparazione di questo protettore può essere ottenuta purificando l'azoto industriale con metanolo.

3. Atmosfera potenziale di carbonio a base di azoto: si tratta di un'atmosfera a base di azoto con un alto contenuto di principi attivi. Solitamente è possibile aggiungere all'azoto una quantità adeguata di additivi (idrocarburi o derivati ​​di idrocarburi contenenti ossigeno) per ottenere un'atmosfera con potenziale di carbonio per il trattamento di cementazione.

4. Gas protettivo azoto-metanolo: è un'atmosfera a base di azoto attualmente ampiamente utilizzata all'estero. Controllare il rapporto tra azoto e metanolo in modo che monossido di carbonio: idrogeno: azoto = 1:2:2 nell'atmosfera.

I vantaggi dell'utilizzo del trattamento termico in atmosfera a base di azoto: in primo luogo, consente di risparmiare energia. Rispetto alle atmosfere endotermiche, l'utilizzo dell'atmosfera a base di azoto può far risparmiare sul consumo di carburante dal 25% all'85%. In secondo luogo, la fonte di gas è abbondante. La preparazione della fonte di azoto in un'atmosfera a base di azoto proviene principalmente dall'aria e la fonte di gas è molto abbondante. In terzo luogo, può migliorare la qualità del prodotto. L'atmosfera a base di azoto contiene meno monossido di carbonio e idrogeno, il che riduce notevolmente l'infragilimento da idrogeno e l'ossidazione interna. Solitamente l'atmosfera endotermica è un gas riducente per l'acciaio a causa del suo elevato contenuto di monossido di carbonio e idrogeno. Ma il monossido di carbonio è un agente ossidante per elementi come cromo, manganese, stronzio, molibdeno e titanio. Pertanto, l'atmosfera endotermica è un'atmosfera riscaldante brillante per l'acciaio al carbonio, mentre sulla superficie riscaldante dell'acciaio legato si forma un ossido nero. Ad esempio, l’acciaio inossidabile e l’acciaio per cuscinetti hanno un elevato contenuto di cromo. Poiché il cromo ha una forte affinità con l'ossigeno, il cromo viene ossidato nell'atmosfera di monossido di carbonio e anidride carbonica. Il contenuto di monossido di carbonio nell'atmosfera endotermica raggiunge circa il 25%, quindi i risultati del trattamento termico per la maggior parte dell'acciaio inossidabile, dell'acciaio per cuscinetti e dell'acciaio ad alto contenuto di cromo nell'atmosfera endotermica non sono ideali. Sulla superficie dell'acciaio si formerà uno strato di ossido. Allo stesso modo, anche il cromo si ossiderà nell'atmosfera acquosa. Pertanto, per gli acciai ad alto contenuto di cromo, l'uso dell'atmosfera endotermica non è adatto dall'analisi teorica. L'uso di un'atmosfera a base di azoto può ridurre il grado di ossidazione degli elementi di lega e migliorare la qualità del trattamento termico. In quarto luogo, ha un’ampia adattabilità. L'atmosfera a base di azoto è adatta per il trattamento termico di vari tipi di acciaio al carbonio, acciaio legato e acciaio inossidabile, nonché metalli non ferrosi come rame e alluminio. In quinto luogo, ha una buona sicurezza. L'azoto è un gas neutro, non tossico, non inquina l'ambiente, non presenta pericolo di esplosione ed è facile da trasportare, gestire e utilizzare.

Per quanto riguarda l'applicazione dei gas industriali nel trattamento termico, il trattamento termico completo in atmosfera a base di azoto presenta evidenti vantaggi. Pertanto, imprese e progetti chiave in Cina hanno adottato dispositivi stranieri avanzati per la produzione di gas e atmosfere a base di azoto per vari trattamenti termici.