تطبيق الغازات الصناعية في المعالجة الحرارية

تطبيق الغازات الصناعية في المعالجة الحرارية

أثناء عملية المعالجة الميكانيكية، يجب معالجة الأجزاء الميكانيكية حرارياً عن طريق وضعها في أفران تسخين مختلفة للتسخين. بعد الوصول إلى درجة حرارة محددة مسبقًا، يتم الاحتفاظ بها دافئة لفترة من الوقت، ثم يتم إطلاقها من الفرن، ثم يتم تبريدها لإكمال عملية المعالجة الحرارية. في صناعة تصنيع الآلات، معظم الأجزاء المعالجة هي مواد فولاذية. عندما يتم تسخين الأجزاء الفولاذية في الفرن، سوف يتأكسد السطح عند 500 درجة مئوية، مما يعني حدوث إزالة الكربنة. إذا تمت معالجة الفراغ، فسيكون هناك بدل تشغيل لاحقًا لضمان إزالة طبقة الأكسدة وإزالة الكربنة. إذا كانت هذه هي عملية المعالجة الحرارية النهائية، فلن يتبقى سوى كمية صغيرة من عمل الطحن على الجزء. إذا كانت طبقة إزالة الكربنة المؤكسدة عميقة ولا يمكن إزالتها عن طريق المعالجة النهائية، فسيتم تقليل أداء الأجزاء بعد المعالجة الحرارية بشكل كبير.

ترجع ظاهرة إزالة الكربنة للأجزاء الفولاذية أثناء التسخين إلى وجود الأكسجين في وسط التسخين. وطالما تم عزل الأكسجين عن التسخين، يمكن تجنب ظاهرة إزالة الكربنة التأكسدية. وهذا يتطلب عدم التسخين في فرن الهواء، عادة في فرن حمام الملح. لاستخدام حمام الملح لعزل الأكسجين، يجب إزالة الأكسدة من حمام الملح. كما أن بقايا الملح والبخار المعالجين يلوثان البيئة. تُستخدم أفران التفريغ أيضًا للمعالجة، لكن تقنية الختم تتطلب متطلبات عالية ولا يمكن جعل الفرن كبيرًا جدًا، مما يحد من تطبيقه.

تستخدم الأفران المحمية بالغاز على نطاق واسع في الصناعة. أثناء عملية المعالجة الحرارية، يتم استخدام مجموعة متنوعة من الغازات، بما في ذلك حماية الأرجون، والحماية القائمة على النيتروجين، وعدد كبير من الأجواء الواقية القائمة على النيتروجين.

يمكن للحماية المستندة إلى النيتروجين أن تمنع إزالة الكربنة التأكسدية للأجزاء الفولاذية وتحسن بشكل كبير جودة سطح الأجزاء المعالجة بالحرارة، خاصة عند التعامل مع بعض الأدوات والقوالب ذات الأشكال المعقدة. بعد إخمادها، لن تتم معالجة التجويف بعد ذلك. إذا كان هناك إزالة الكربنة المؤكسدة، فسوف يقلل بشكل كبير من صلابة الطبقة السطحية، أي يقلل من مقاومة التآكل وعمر الخدمة. باستخدام التسخين المحايد في جو وقائي قائم على النيتروجين، لن تحدث أي ظاهرة إزالة الكربنة المؤكسدة على سطح العمل، مما يحسن جودة المعالجة الحرارية على سطح قطعة العمل ويطيل عمر خدمة قطعة العمل.

في معدات المعالجة الحرارية، من أجل استخدام غازات مختلفة للحماية، يوجد فرن متعدد الأغراض أو فرن مميع، والذي يمكنه استخدام النيتروجين وناقلات مختلفة بنسب مختلفة لأداء النيترة، والنيتروكربنة (النيترة الناعمة)، والكربنة والحرارة الكيميائية الأخرى العلاجات.

إنه يوفر الحماية لعملية المعالجة الحرارية المعتمدة على الغازات الصناعية، ويمكنه تحضير الغازات الحاملة المختلفة أعلاه لمختلف المعالجات الحرارية الكيميائية، والتي لا تسهل عملية المعالجة الحرارية للمواد فحسب، بل تعمل أيضًا على تحسين كفاءة المعالجة الحرارية بشكل كبير.

يستخدم الغلاف الجوي الوقائي المعتمد على النيتروجين النيتروجين النقي (99.99%) أو النيتروجين الصناعي كغاز المادة الخام، مع إضافة الهيدروكربونات المناسبة (مثل الغاز الطبيعي والبروبان وما إلى ذلك)، وإذا لزم الأمر، يتم إضافة غازات معينة تشارك في التفاعل، مثل مثل الهيدروجين والأمونيا وثاني أكسيد الكربون والهواء وما إلى ذلك، لإنتاج غاز مختلط مع الأمونيا كمكون رئيسي. هذا النوع من الغاز لا يحتوي أو يحتوي على غازات مختزلة معينة ويمكن استخدامه على نطاق واسع في عمليات التسخين المختلفة، مثل المعالجة الحرارية الساطعة، والمعالجة الحرارية الكيميائية، والنحاس، وتلبيد مسحوق المعادن وغيرها من العمليات.

يمكن تقسيم النيتروجين المستخدم في المعالجة الحرارية تقريبًا إلى الأنواع التالية:

1. يشير الأكسجين النقي بشكل عام إلى الغاز الوقائي الذي يحتوي على أكثر من 99.99% من النيتروجين.

2. يشير الغاز الوقائي الأميني المحايد إلى الغاز الوقائي الذي لا يؤدي إلى أكسدة أو إزالة الكربنة أو كربنة الفولاذ. هذا النوع من الغاز الواقي له أيضًا خصائص اختزال معينة. لأنه يتمتع بخصائص وقائية للفولاذ الذي يحتوي على محتويات كربون مختلفة، طالما أن دورة التسخين هي نفسها، يمكن معالجة الفولاذ الذي يحتوي على محتويات كربون مختلفة في نفس الفرن، ويمكن استخدامه للتبريد والتليين والتلطيف وما إلى ذلك عند درجات حرارة عالية. ودرجات الحرارة المتوسطة والمنخفضة. عملية المعالجة الحرارية لتحقيق تأثير مشرق. تشمل الغازات المحايدة شائعة الاستخدام ما يلي:

1. النيتروجين + الهيدروجين: هذا الغاز الوقائي له خصائص اختزال معينة وخصائص ضعيفة لإزالة الكربنة. يتم التحكم بشكل عام في محتوى الهيدروجين في الغاز بين 0.5% و3%.

2. النيتروجين + أول أكسيد الكربون + الهيدروجين: يمكن استخدام هذا الغاز الواقي للمعالجة الحرارية غير المؤكسدة وغير الكربنة وغير الكربنة للهياكل الفولاذية وفولاذ الأدوات والفولاذ المحمل، مثل محتوى أول أكسيد الكربون 0.5%~1 % والهيدروجين 1%~2% يتم تنفيذ عملية التلدين والتبريد لفولاذ الأدوات والقوالب، والفولاذ عالي السرعة، والفولاذ المحمل في غاز وقائي. في جو قائم على النيتروجين مع أول أكسيد الكربون + محتوى الهيدروجين بنسبة 2%، يتم تسخين الفولاذ عالي السرعة مع محتوى الكربون بنسبة 1% إلى 1200 درجة مئوية، ولا توجد عملية إزالة الكربنة بعد 40 دقيقة. يمكن الحصول على تحضير هذا الحامي عن طريق تنقية النتروجين الصناعي بالميثانول.

3. الغلاف الجوي المحتمل للكربون القائم على النيتروجين: هذا الغلاف الجوي قائم على النيتروجين ويحتوي على نسبة عالية من المكونات النشطة. عادة، يمكن إضافة كمية مناسبة من المواد المضافة (الهيدروكربونات أو مشتقات الهيدروكربونات المحتوية على الأكسجين) إلى النيتروجين للحصول على جو محتمل للكربون لمعالجة الكربنة.

4. الغاز الواقي من النيتروجين والميثانول: هذا هو الغلاف الجوي المعتمد على النيتروجين ويستخدم حاليًا على نطاق واسع في الخارج. التحكم في نسبة النتروجين إلى الميثانول بحيث يكون أول أكسيد الكربون: هيدروجين: نيتروجين = 1:2:2 في الغلاف الجوي.

مميزات استخدام المعالجة الحرارية للجو بالنيتروجين: أولاً، توفير الطاقة. بالمقارنة مع الأجواء الماصة للحرارة، فإن استخدام الغلاف الجوي المعتمد على النيتروجين يمكن أن يوفر استهلاك الوقود بنسبة 25% إلى 85%. ثانيا، مصدر الغاز وفير. يتم تحضير مصدر النيتروجين في الجو المعتمد على النيتروجين بشكل رئيسي من الهواء، ومصدر الغاز وفير جدًا. ثالثًا، يمكنه تحسين جودة المنتج. يحتوي الغلاف الجوي المعتمد على النيتروجين على كميات أقل من أول أكسيد الكربون والهيدروجين، مما يقلل بشكل كبير من تقصف الهيدروجين والأكسدة الداخلية. عادةً ما يكون الغلاف الجوي الماص للحرارة بمثابة غاز مختزل للصلب بسبب ارتفاع نسبة أول أكسيد الكربون ومحتوى الهيدروجين. لكن أول أكسيد الكربون هو عامل مؤكسد لعناصر مثل الكروم والمنغنيز والسترونتيوم والموليبدينوم والتيتانيوم. ولذلك، فإن الغلاف الجوي الماص للحرارة هو جو تسخين ساطع للفولاذ الكربوني، بينما يتكون أكسيد أسود على سطح التسخين لسبائك الفولاذ. على سبيل المثال، يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ المحمل على نسبة عالية من الكروم. نظرًا لأن الكروم له علاقة قوية بالأكسجين، فإنه يتأكسد الكروم في الغلاف الجوي إلى أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون. يصل محتوى أول أكسيد الكربون في الغلاف الجوي الماص للحرارة إلى حوالي 25%، وبالتالي فإن نتائج المعالجة الحرارية لمعظم الفولاذ المقاوم للصدأ، والفولاذ الحامل، والفولاذ عالي الكروم في الغلاف الجوي الماص للحرارة ليست مثالية. سوف تتشكل طبقة أكسيد على سطح الفولاذ. وبالمثل، سوف يتأكسد الكروم أيضًا في الجو المائي. لذلك، بالنسبة للفولاذ عالي الكروم، فإن استخدام الجو الماص للحرارة غير مناسب من التحليل النظري. إن استخدام الغلاف الجوي المعتمد على النيتروجين يمكن أن يقلل من درجة أكسدة عناصر السبائك ويحسن جودة المعالجة الحرارية. رابعا، لديها قدرة واسعة على التكيف. الجو المعتمد على النيتروجين مناسب للمعالجة الحرارية لأنواع مختلفة من الفولاذ الكربوني وسبائك الفولاذ والفولاذ المقاوم للصدأ، بالإضافة إلى المعادن غير الحديدية مثل النحاس والألومنيوم. خامسا، أنها تتمتع بسلامة جيدة. النيتروجين هو غاز محايد، وغير سام، ولا يلوث البيئة، وليس له خطر الانفجار، وسهل النقل والإدارة والاستخدام.

فيما يتعلق بتطبيق الغازات الصناعية في المعالجة الحرارية، فإن المعالجة الحرارية الشاملة للجو القائم على النيتروجين لها مزايا واضحة. لذلك، اعتمدت الشركات والمشاريع الرئيسية في الصين أجهزة مصدر غاز أجنبية متقدمة وأجواء قائمة على النيتروجين لمختلف المعالجات الحرارية.