鋼的可控氣氛與真空熱處理

第五章鋼的可控氣氛與真空熱處理§5.1可控氣氛熱處理在一般熱處理中，鋼件在空氣中加熱，勢必產(chǎn)生氧化、脫碳，因而引起金屬的燒損，機械性能的下降，零件壽命降低。為了一定的目的，向熱處理爐中加入某種經(jīng)過制備的氣體介質(zhì)，或者滴入某種有機液體使其在爐內(nèi)反應(yīng)生成氣體介質(zhì)，這些氣體介質(zhì)的成分可以人為控制，故統(tǒng)稱為可控氣氛。應(yīng)用可控氣氛進行的各種熱處理稱為可控氣氛熱處理。常用的可控氣氛中主要有以下幾種氣體所組成：CO、H2、N2、CO2、H2O、CH4等。一、可控氣氛熱處理的基本原理鋼件在可控氣氛中進行加熱時，爐內(nèi)氣氛與鋼件必然發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，主要分為兩類反應(yīng)，一是與鋼的氧化—還原反應(yīng)和脫碳—增碳反應(yīng)；另一個是爐氣間的相互反應(yīng)。這些反應(yīng)多數(shù)是可逆的，因而是可控的。鋼件與爐氣間的化學(xué)反應(yīng)鋼件與氧的反應(yīng)：3Fe+2O2Fe3O4

2Fe+O22FeO4Fe+3O22Fe2O3Fe3C+O23Fe+CO2Cγ-Fe+O2CO2

上述反應(yīng)都是不可逆的，所以不能予以控制。爐內(nèi)氣氛中以氧化能力強弱排序：H2O、O2、CO2

以脫碳能力強弱排序：CO2

、O2、H2O

鋼中添加合金元素，能有效地提高高溫下鋼的抗氧化能力（圖5-1），以Cr、Al、Si效果最顯著。鋼件在爐氣中的氧化—還原反應(yīng)

Ⅰ.在CO2-CO中（圖5-2）

Ⅱ.在H2-H2O中（圖5-3）

Ⅲ.在CO2-CO、H2-H2O中（圖5-4）鋼件在爐氣中的脫碳—增碳反應(yīng)

Ⅰ.在CO2-CO中（圖5-5）Feγ〔C〕+CO2Fe+2COFe3C+CO23Fe+2CO脫碳反應(yīng)的平衡常數(shù)：Ⅱ.在CH4-H2中：CH4

〔C〕+2H2Ⅲ.在CO2-CO-H2-H2O-CH4中：H2O+Cγ-FeCO

+

H2

④爐內(nèi)氣氛間的化學(xué)反應(yīng)：水煤氣反應(yīng)CO2+H2CO+H2O2.爐內(nèi)氣氛的碳勢控制原理

〔C〕+

CO22CO

〔C〕+H2OCO+H2①露點測定（圖5-6、圖5-7）②氧勢（圖5-8）二、可控氣氛熱處理工藝鋼的光亮退火鋼的光亮淬火加熱鋼的光亮回火§5.2真空熱處理一、真空熱處理的優(yōu)點熱處理變形小提高機械性能、延長使用壽命。節(jié)省能源減少污染、無公害二、真空在熱處理中的作用真空概念：1Torr=1/760標準大氣壓=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：保護作用真空脫氣表面凈化蒸發(fā)作用三、真空熱處理工藝及特點特點：爐溫升速很快，而工件升溫很慢。（圖5-9）工藝：1.真空退火

2.真空淬火：真空氣體淬火；真空油淬火（圖5-10、圖5-11）

真空淬火油的臨界壓力爐內(nèi)氣氛的碳勢是指在一定的溫度下，爐內(nèi)氣氛與一定含碳量的鐵碳合金呈平衡時的爐氣狀態(tài)。例如，加熱40號鋼，如果在一定溫度下，爐內(nèi)的氣氛能保持40鋼的含碳量不變，則該氣氛的碳勢用0.4%C來表示。爐氣的碳勢決定于爐氣的組成和爐氣的溫度。露點：所謂露點就是在一定壓力下氣氛中水蒸汽達到飽和時的溫度，或氣氛中