Anwendung von Industriegasen in der Wärmebehandlung

Anwendung von Industriegasen in der Wärmebehandlung

Während des mechanischen Bearbeitungsprozesses müssen mechanische Teile einer Wärmebehandlung unterzogen werden, indem sie zum Erhitzen in verschiedene Heizöfen gegeben werden. Nachdem sie eine vorgegebene Temperatur erreicht haben, werden sie eine Zeit lang warm gehalten, dann aus dem Ofen genommen und dann abgekühlt, um einen Wärmebehandlungsprozess abzuschließen. Im Maschinenbau werden überwiegend Stahlwerkstoffe verarbeitet. Beim Erhitzen von Stahlteilen in einem Ofen kommt es bei 500 °C zu einer Oxidation der Oberfläche, d. h. zu einer Entkohlung. Wird der Rohling bearbeitet, erfolgt später eine Bearbeitungszugabe, um sicherzustellen, dass die Oxidations- und Entkohlungsschicht entfernt wird. Handelt es sich um die abschließende Wärmebehandlung, verbleibt nur noch ein geringer Schleifaufwand am Teil. Wenn die oxidative Entkohlungsschicht tief ist und durch die Endbearbeitung nicht entfernt werden kann, wird die Leistung der Teile nach der Wärmebehandlung stark beeinträchtigt.

Das Entkohlungsphänomen von Stahlteilen während des Erhitzens ist auf die Anwesenheit von Sauerstoff im Heizmedium zurückzuführen. Solange der Sauerstoff von der Erwärmung isoliert wird, kann das Phänomen der oxidativen Entkohlung vermieden werden. Dies erfordert kein Erhitzen in einem Luftofen, normalerweise in einem Salzbadofen. Um ein Salzbad zur Isolierung von Sauerstoff zu verwenden, muss das Salzbad desoxidiert werden. Auch die verarbeiteten Salzrückstände und Dämpfe belasten die Umwelt. Zur Verarbeitung kommen auch Vakuumöfen zum Einsatz, allerdings stellt die Versiegelungstechnik hohe Anforderungen und der Ofen darf nicht zu groß dimensioniert werden, was seine Einsatzmöglichkeiten einschränkt.

Gasgeschützte Öfen werden in der Industrie häufig eingesetzt. Während des Wärmebehandlungsprozesses kommen verschiedene Gase zum Einsatz, darunter Argonschutz, Stickstoffschutz und eine Vielzahl stickstoffbasierter Schutzatmosphären.

Ein Schutz auf Stickstoffbasis kann die oxidative Entkohlung von Stahlteilen verhindern und die Oberflächenqualität wärmebehandelter Teile erheblich verbessern, insbesondere bei einigen Werkzeugen und Formen mit komplexen Formen. Nach dem Abschrecken wird die Kavität nicht mehr bearbeitet. Kommt es zu einer oxidativen Entkohlung, wird die Härte der Oberflächenschicht stark reduziert, also deren Verschleißfestigkeit und Lebensdauer verringert. Durch die neutrale Erwärmung in einer stickstoffbasierten Schutzatmosphäre kommt es nicht mehr zu oxidativen Entkohlungserscheinungen auf der Arbeitsfläche, was die Qualität der Wärmebehandlung an der Werkstückoberfläche verbessert und die Lebensdauer des Werkstücks verlängert.

Um in Wärmebehandlungsanlagen unterschiedliche Gase zum Schutz zu verwenden, gibt es einen Mehrzweckofen oder Wirbelofen, der Stickstoff und verschiedene Träger in unterschiedlichen Anteilen verwenden kann, um Nitrierung, Nitrocarburierung (Weichnitrierung), Aufkohlung und andere chemische Wärme durchzuführen Behandlungen.

Es bietet Schutz für den Wärmebehandlungsprozess auf Basis von Industriegasen und kann verschiedene oben genannte Trägergase für verschiedene chemische Wärmebehandlungen vorbereiten, was nicht nur den Wärmebehandlungsprozess von Materialien erleichtert, sondern auch die Wärmebehandlungseffizienz erheblich verbessert.

Bei der stickstoffbasierten Schutzatmosphäre wird als Ausgangsgas reiner Stickstoff (99,99 %) oder Industriestickstoff unter Zusatz geeigneter Kohlenwasserstoffe (z. B. Erdgas, Propan etc.) und gegebenenfalls der Zugabe bestimmter an der Reaktion beteiligter Gase, wie z B. Wasserstoff, Ammoniak, Kohlendioxid, Luft usw., um ein Mischgas mit Ammoniak als Hauptbestandteil zu erzeugen. Diese Art von Gas enthält keine oder keine bestimmten reduzierenden Gase und kann in großem Umfang in verschiedenen Erwärmungsprozessen verwendet werden, wie z. B. Glanzwärmebehandlung, chemische Wärmebehandlung, Hartlöten, pulvermetallurgisches Sintern und andere Prozesse.

Der für die Wärmebehandlung verwendete Stickstoff lässt sich grob in folgende Arten einteilen:

1. Reiner Sauerstoff bezieht sich im Allgemeinen auf Schutzgas, das mehr als 99,99 % Stickstoff enthält.

2. Aminoneutrales Schutzgas bezieht sich auf ein Schutzgas, das Stahl nicht oxidiert, entkohlt oder aufkohlt. Diese Art von Schutzgas hat auch bestimmte reduzierende Eigenschaften. Da es schützende Eigenschaften für Stähle mit unterschiedlichem Kohlenstoffgehalt hat, können Stähle mit unterschiedlichem Kohlenstoffgehalt bei gleichem Erhitzungszyklus im selben Ofen verarbeitet und zum Abschrecken, Glühen, Anlassen usw. bei hoher Temperatur verwendet werden , mittlere und niedrige Temperaturen. Wärmebehandlungsprozess, um einen hellen Effekt zu erzielen. Zu den häufig verwendeten neutralen Gasen gehören:

1. Stickstoff + Wasserstoff: Dieses Schutzgas hat bestimmte reduzierende Eigenschaften und schwache Entkohlungseigenschaften. Der Wasserstoffgehalt im Gas wird im Allgemeinen zwischen 0,5 % und 3 % kontrolliert.

2. Stickstoff + Kohlenmonoxid + Wasserstoff: Dieses Schutzgas kann zur nicht oxidierenden, nicht entkohlenden und nicht aufkohlenden Wärmebehandlung von Stahlkonstruktionen, Werkzeugstählen und Lagerstählen verwendet werden, z. B. Kohlenmonoxidgehalt 0,5 % ~ 1 % und Wasserstoff 1 % ~ 2 % Das Glühen und Abschrecken von Werkzeug- und Gesenkstahl, Schnellarbeitsstahl und Lagerstahl erfolgt unter Schutzgas. In einer stickstoffhaltigen Atmosphäre mit einem Kohlenmonoxid + Wasserstoffgehalt von 2 % wird Schnellarbeitsstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 1 % auf 1200 °C erhitzt, wobei nach 40 Minuten praktisch keine Entkohlung erfolgt. Die Herstellung dieses Schutzmittels kann durch Reinigung von Industriestickstoff mit Methanol erfolgen.

3. Stickstoffbasierte Kohlenstoffpotentialatmosphäre: Hierbei handelt es sich um eine stickstoffbasierte Atmosphäre mit einem hohen Gehalt an Wirkstoffen. Normalerweise kann dem Stickstoff eine geeignete Menge an Additiven (Kohlenwasserstoffe oder sauerstoffhaltige Derivate von Kohlenwasserstoffen) zugesetzt werden, um eine Atmosphäre mit Kohlenstoffpotenzial für die Aufkohlungsbehandlung zu erhalten.

4. Stickstoff-Methanol-Schutzgas: Dies ist eine Atmosphäre auf Stickstoffbasis, die derzeit im Ausland weit verbreitet ist. Kontrollieren Sie das Verhältnis von Stickstoff zu Methanol so, dass Kohlenmonoxid: Wasserstoff: Stickstoff = 1:2:2 in der Atmosphäre ist.

Die Vorteile der Wärmebehandlung in stickstoffbasierter Atmosphäre: Erstens spart sie Energie. Im Vergleich zu endothermen Atmosphären kann die Verwendung einer stickstoffbasierten Atmosphäre den Kraftstoffverbrauch um 25 bis 85 % senken. Zweitens ist die Gasquelle reichlich vorhanden. Die Herstellung einer Stickstoffquelle in einer stickstoffbasierten Atmosphäre erfolgt hauptsächlich aus Luft, und die Gasquelle ist sehr reichlich vorhanden. Drittens kann es die Produktqualität verbessern. Die stickstoffbasierte Atmosphäre enthält weniger Kohlenmonoxid und Wasserstoff, was die Wasserstoffversprödung und innere Oxidation deutlich reduziert. Normalerweise ist die endotherme Atmosphäre aufgrund ihres hohen Kohlenmonoxid- und Wasserstoffgehalts ein reduzierendes Gas für Stahl. Aber Kohlenmonoxid ist ein Oxidationsmittel für Elemente wie Chrom, Mangan, Strontium, Molybdän und Titan. Daher ist die endotherme Atmosphäre eine helle Heizatmosphäre für Kohlenstoffstahl, während sich auf der Heizoberfläche von legiertem Stahl ein schwarzes Oxid bildet. Beispielsweise haben Edelstahl und Wälzlagerstahl einen hohen Chromgehalt. Da Chrom eine starke Affinität zu Sauerstoff hat, wird Chrom in der Atmosphäre zu Kohlenmonoxid und Kohlendioxid oxidiert. Der Kohlenmonoxidgehalt in der endothermen Atmosphäre erreicht etwa 25 %, sodass die Wärmebehandlungsergebnisse für die meisten rostfreien Stähle, Lagerstähle und Stähle mit hohem Chromgehalt in der endothermen Atmosphäre nicht ideal sind. Auf der Oberfläche des Stahls bildet sich eine Oxidschicht. Ebenso oxidiert Chrom auch in einer Wasseratmosphäre. Daher ist die Verwendung einer endothermen Atmosphäre für legierten Stahl mit hohem Chromgehalt nach theoretischer Analyse nicht geeignet. Die Verwendung einer stickstoffbasierten Atmosphäre kann den Oxidationsgrad von Legierungselementen verringern und die Qualität der Wärmebehandlung verbessern. Viertens verfügt es über eine große Anpassungsfähigkeit. Eine Atmosphäre auf Stickstoffbasis eignet sich für die Wärmebehandlung verschiedener Arten von Kohlenstoffstahl, legiertem Stahl und Edelstahl sowie von Nichteisenmetallen wie Kupfer und Aluminium. Fünftens bietet es eine gute Sicherheit. Stickstoff ist ein neutrales Gas, ungiftig, belastet die Umwelt nicht, birgt keine Explosionsgefahr und ist leicht zu transportieren, zu handhaben und zu verwenden.

Im Hinblick auf die Anwendung von Industriegasen in der Wärmebehandlung bietet eine umfassende Wärmebehandlung in stickstoffbasierter Atmosphäre offensichtliche Vorteile. Daher haben wichtige Unternehmen und Projekte in China ausländische fortschrittliche Gasquellengeräte und stickstoffbasierte Atmosphären für verschiedene Wärmebehandlungen übernommen.