Aplicação de gases industriais em tratamento térmico

Aplicação de gases industriais em tratamento térmico

Durante o processo de processamento mecânico, as peças mecânicas devem ser tratadas termicamente, colocando-as em vários fornos de aquecimento para aquecimento. Após atingirem uma temperatura predeterminada, eles são mantidos aquecidos por um período de tempo, depois liberados do forno e resfriados para completar o processo de tratamento térmico. Na indústria de fabricação de máquinas, a maioria das peças processadas são materiais de aço. Quando peças de aço são aquecidas em um forno, a superfície será oxidada a 500°C, ou seja, ocorre a descarbonetação. Se a peça bruta for processada, haverá uma margem de usinagem posteriormente para garantir que a camada de oxidação e descarbonetação seja removida. Se for o processo final de tratamento térmico, resta apenas uma pequena quantidade de trabalho de retificação na peça. Se a camada de descarbonetação oxidativa for profunda e não puder ser removida pelo processamento final, o desempenho das peças após o tratamento térmico será bastante reduzido.

O fenômeno de descarbonetação das peças de aço durante o aquecimento é devido à presença de oxigênio no meio de aquecimento. Contanto que o oxigênio esteja isolado do aquecimento, o fenômeno de descarbonetação oxidativa pode ser evitado. Isto requer não aquecer em uma fornalha de ar, geralmente em uma fornalha de banho de sal. Para usar um banho de sal para isolar o oxigênio, o banho de sal deve ser desoxidado. Os resíduos de sal processado e o vapor também poluem o meio ambiente. Fornos a vácuo também são utilizados para processamento, mas a tecnologia de vedação exige requisitos elevados e o forno não pode ser muito grande, o que limita sua aplicação.

Fornos protegidos a gás são amplamente utilizados na indústria. Durante o processo de tratamento térmico, uma variedade de gases são utilizados, incluindo proteção de argônio, proteção à base de nitrogênio e um grande número de atmosferas protetoras à base de nitrogênio.

A proteção à base de nitrogênio pode prevenir a descarbonetação oxidativa de peças de aço e melhorar muito a qualidade da superfície das peças tratadas termicamente, especialmente quando se trata de algumas ferramentas e moldes com formatos complexos. Depois de temperados, a cavidade não será mais processada. Se houver descarbonetação oxidativa, reduzirá bastante a dureza da camada superficial, ou seja, reduzirá sua resistência ao desgaste e vida útil. Ao utilizar aquecimento neutro em atmosfera protetora à base de nitrogênio, qualquer fenômeno de descarbonetação oxidativa não ocorrerá mais na superfície de trabalho, o que melhora a qualidade do tratamento térmico na superfície da peça e prolonga a vida útil da peça.

Nos equipamentos de tratamento térmico, para utilizar diferentes gases para proteção, existe um forno multiuso ou forno fluidizado, que pode utilizar nitrogênio e diversos transportadores em diferentes proporções para realizar nitretação, nitrocarbonetação (nitretação suave), cementação e outros calores químicos tratamentos.

Ele fornece proteção para o processo de tratamento térmico baseado em gases industriais e pode preparar vários gases transportadores acima para diversos tratamentos térmicos químicos, o que não apenas facilita o processo de tratamento térmico de materiais, mas também melhora muito a eficiência do tratamento térmico.

A atmosfera protetora à base de nitrogênio utiliza nitrogênio puro (99,99%) ou nitrogênio industrial como gás de matéria-prima, adicionando hidrocarbonetos apropriados (como gás natural, propano, etc.), e se necessário, adicionando certos gases que participam da reação, como como hidrogênio, amônia, dióxido de carbono, ar, etc., para produzir um gás misto com amônia como componente principal. Este tipo de gás não contém ou contém certos gases redutores e pode ser amplamente utilizado em diversos processos de aquecimento, como tratamento térmico brilhante, tratamento térmico químico, brasagem, sinterização por metalurgia do pó e outros processos.

O nitrogênio usado para tratamento térmico pode ser dividido nos seguintes tipos:

1. O oxigênio puro geralmente se refere ao gás protetor contendo mais de 99,99% de nitrogênio.

2. Gás de proteção amino neutro refere-se a um gás de proteção que não oxida, descarboniza ou carburiza o aço. Este tipo de gás protetor também possui certas propriedades redutoras. Por possuir propriedades protetoras para aços com diversos teores de carbono, desde que o ciclo de aquecimento seja o mesmo, aços com diferentes teores de carbono podem ser processados ​​no mesmo forno, podendo ser utilizados para têmpera, recozimento, revenido, etc. , temperaturas médias e baixas. Processo de tratamento térmico para obter efeito brilhante. Os gases neutros comumente usados ​​incluem o seguinte:

1. Nitrogênio + hidrogênio: Este gás protetor tem certas propriedades redutoras e fracas propriedades de descarbonetação. O teor de hidrogénio no gás é geralmente controlado entre 0,5% e 3%.

2. Nitrogênio + monóxido de carbono + hidrogênio: Este gás protetor pode ser usado para tratamento térmico de não oxidação, não descarbonetação e não carburação de estruturas de aço, aços para ferramentas e aços para rolamentos, como teor de monóxido de carbono 0,5% ~ 1 % e hidrogênio 1% ~ 2% O recozimento e a têmpera de aço para ferramentas e matrizes, aço rápido e aço para rolamentos são realizados em gás de proteção. Em uma atmosfera à base de nitrogênio com teor de monóxido de carbono + hidrogênio de 2%, o aço rápido com teor de carbono de 1% é aquecido a 1200°C e basicamente não há descarbonetação após 40 minutos. A preparação deste protetor pode ser obtida purificando o nitrogênio industrial com metanol.

3. Atmosfera potencial de carbono à base de nitrogênio: Esta é uma atmosfera à base de nitrogênio com alto teor de ingredientes ativos. Normalmente, uma quantidade apropriada de aditivos (hidrocarbonetos ou derivados de hidrocarbonetos contendo oxigênio) pode ser adicionada ao nitrogênio para obter uma atmosfera com potencial de carbono para tratamento de cementação.

4. Gás protetor de nitrogênio-metanol: Esta é uma atmosfera à base de nitrogênio atualmente amplamente utilizada no exterior. Controle a proporção de nitrogênio para metanol para que monóxido de carbono: hidrogênio: nitrogênio = 1:2:2 na atmosfera.

As vantagens de usar tratamento térmico em atmosfera à base de nitrogênio: Primeiro, economiza energia. Em comparação com atmosferas endotérmicas, o uso de atmosfera à base de nitrogênio pode economizar no consumo de combustível de 25% a 85%. Em segundo lugar, a fonte de gás é abundante. A preparação da fonte de nitrogênio em uma atmosfera à base de nitrogênio vem principalmente do ar, e a fonte de gás é muito abundante. Terceiro, pode melhorar a qualidade do produto. A atmosfera à base de nitrogênio contém menos monóxido de carbono e hidrogênio, o que reduz bastante a fragilização por hidrogênio e a oxidação interna. Normalmente a atmosfera endotérmica é um gás redutor para o aço devido ao seu alto teor de monóxido de carbono e hidrogênio. Mas o monóxido de carbono é um agente oxidante para elementos como cromo, manganês, estrôncio, molibdênio e titânio. Portanto, a atmosfera endotérmica é uma atmosfera de aquecimento brilhante para o aço carbono, enquanto um óxido preto é formado na superfície de aquecimento do aço-liga. Por exemplo, o aço inoxidável e o aço para rolamentos têm alto teor de cromo. Como o cromo tem forte afinidade com o oxigênio, o cromo é oxidado na atmosfera por monóxido de carbono e dióxido de carbono. O teor de monóxido de carbono na atmosfera endotérmica atinge cerca de 25%, portanto, os resultados do tratamento térmico para a maioria dos aços inoxidáveis, aços para rolamentos e aços com alto teor de cromo na atmosfera endotérmica não são ideais. Uma camada de óxido se formará na superfície do aço. Da mesma forma, o cromo também oxidará na atmosfera aquosa. Portanto, para aços com alto teor de cromo, o uso de atmosfera endotérmica não é adequado na análise teórica. O uso de atmosfera à base de nitrogênio pode reduzir o grau de oxidação dos elementos da liga e melhorar a qualidade do tratamento térmico. Quarto, tem ampla adaptabilidade. A atmosfera à base de nitrogênio é adequada para tratamento térmico de vários tipos de aço carbono, ligas de aço e aço inoxidável, bem como de metais não ferrosos, como cobre e alumínio. Quinto, tem boa segurança. O nitrogênio é um gás neutro, não tóxico, não polui o meio ambiente, não apresenta risco de explosão e é fácil de transportar, gerenciar e usar.

Em relação à aplicação de gases industriais no tratamento térmico, o tratamento térmico abrangente de atmosfera à base de nitrogênio tem vantagens óbvias. Portanto, as principais empresas e projetos na China adotaram dispositivos estrangeiros avançados de fontes de gás e atmosferas à base de nitrogênio para vários tratamentos térmicos.