可控气氛热处理

伯希钢

我国可控气氛热处理长期发展缓慢，主要原因是设备性能差，可靠性低，在品种和数量上均不能满足要求。近年来随着大量技术改造的开展，可控气氛热处理正在迅速崛起。常用的保护气氛类型有以下一些：

1．吸热式气氛。这是一种较多采用的可控气氛，其制备方法是将原料气(天然气、液化石油气、城市煤气等) 与空气按一定比例混合，通过装有催化剂外部加热的反应罐，然后急速冷却，获得含有 0～24% CO2，0～40% H2，38～45% N2及含有微量 CO2、H20、CH4、O2的气氛。缺点是对铬有氧化反应，不适用高铬钢、不锈钢，在低于 700 ℃时与空气混合具有爆炸性，并易积碳黑，不能用于高温回火。
2．滴注式气氛。采用液体有机化合物如: 甲醇、乙醇、丙酮、煤油等直接滴入热处理工作炉产生气氛。可用于中、小零件的光亮淬火、渗碳、碳氮共渗等。由于滴注式气氛所需装置比较简易，不需发生器，原料易取得，设备价格较低，上马快，旧的井式气体渗碳炉稍加改装便可推广，尤其在液化石油气供应有困难的地区，具有很大的吸引力。缺点是有机原料甲醇的价格昂贵，耗气量大，产气成本是几种保护气氛中最高的。另外，也容易产生网状碳化物。
3. 氮基气氛。这是一种在热处理炉内直接反应生成的保护气氛。与吸热式气氛相比，具有许多优点: 不需要发生器，减少设备投资，操作灵活，适应性广，不易积碳黑，减少氢脆和内氧化，提高热处理质量，安全节能。常用的氮基气氛有以下几种类型:  (1) N2+ H2，是在纯氮中加入少量的 H2(一般为2%～ 5%) 而成。(2) N2+ CH4(或C3H8)，当用作保护气氛时，可加入2% ～ 5%的CH4。这种混合气体有较高的碳势，用作高碳钢、轴承钢等加热时，可保持工件表面光亮，不脱碳也不增碳。(3) N2+ CH3OH，是60%氮与40%甲醇的混合气。可在工作炉内制成与吸热式气氛成分基本相同的气氛，称为“合成吸热式气氛”，是一种既具有氮基气氛特点的吸热式气氛，而碳势控制又比较容易。
4. 直生式气氛。就是将原料气体或液体和空气直接通入工作炉内，在炉内直接生成保护气氛或渗碳气氛。所用的燃料种类有天然气、丙烷、丙酮、异丙醇。燃料气体或液体是定数，炉内所需的碳势通过调节空气输入量来控制。直生式气氛的最大优点是节省原材料、降低成本，缩短渗碳周期。北京机电研究所在多用炉进行直生式气体渗碳试验结果，和吸热式气体相比，可节约原料 89%，生产成本降低 49%。但直生式气氛是一种非平衡气氛，主要是炉内CO 含量不稳定，CH4含量受温度影响较大。
总的来看，吸热式气氛有一些局限性，滴注式气氛生产成本高。氮基气氛尤其是直生式气氛热处理在节省原材料方面具有巨大优势，它将取代传统的吸热式气氛，取得大的发展。

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