熱処理における工業用ガスの応用

熱処理における工業用ガスの応用

機械加工工程では、機械部品を各種加熱炉に入れて加熱する熱処理が必要となります。所定の温度に達した後、一定時間保温した後炉から取り出し、冷却して熱処理工程が完了します。機械製造業では、加工される部品のほとんどが鋼材です。鋼部品を炉で加熱すると、500℃で表面が酸化、つまり脱炭が起こります。ブランクを加工すると、酸化・脱炭層を確実に除去するために後から加工代が発生します。最終熱処理プロセスの場合、部品には少量の研削作業のみが残ります。酸化脱炭層が深く、最終加工で除去できない場合、熱処理後の部品の性能が大幅に低下します。

加熱中の鋼部品の脱炭現象は、熱媒体中の酸素の存在によるものです。酸素が加熱から隔離されている限り、酸化脱炭現象は回避できます。これには、空気炉、通常は塩浴炉で加熱する必要はありません。塩浴を使用して酸素を隔離するには、塩浴を脱酸素する必要があります。加工された塩の残留物や蒸気も環境を汚染します。真空炉も処理に使用されますが、密閉技術には高度な要件が必要であり、炉をあまり大きくすることができないため、用途が制限されます。

ガス保護炉は産業界で広く使用されています。熱処理プロセスでは、アルゴン保護、窒素ベースの保護、および多数の窒素ベースの保護雰囲気など、さまざまなガスが使用されます。

窒素ベースの保護は、特に複雑な形状の工具や金型を扱う場合に、鋼部品の酸化脱炭を防止し、熱処理部品の表面品質を大幅に改善します。焼き入れ後は、キャビティは加工されなくなります。酸化脱炭が起こると表層の硬度が大幅に低下し、耐摩耗性や寿命が低下します。窒素ベースの保護雰囲気で中性加熱を行うことにより、加工面での酸化脱炭現象が起こらなくなり、ワーク表面の熱処理の品質が向上し、ワークの寿命が延びます。

熱処理装置では、保護ガスを使い分けるため、窒素と各種キャリアを異なる割合で使用し、窒化、浸炭窒化（軟窒化）、浸炭などの化学熱処理を行う多目的炉や流動炉があります。治療法。

工業用ガスによる加熱処理プロセスを保護し、各種化学熱処理用に上記の各種キャリアガスを用意できるため、材料の熱処理プロセスが容易になるだけでなく、熱処理効率も大幅に向上します。

窒素ベースの保護雰囲気では、純窒素 (99.99%) または工業用窒素を原料ガスとして使用し、適切な炭化水素 (天然ガス、プロパンなど) を添加し、必要に応じて反応に関与する特定のガスを添加します。水素、アンモニア、二酸化炭素、空気などを混合し、アンモニアを主成分とする混合ガスを生成します。このタイプのガスは、特定の還元性ガスを含まないか、または含有しており、光輝熱処理、化学熱処理、ろう付け、粉末冶金焼結などのさまざまな加熱プロセスに広く使用できます。

熱処理に使用される窒素には大きく分けて以下の種類があります。

1. 純酸素とは、一般に 99.99% 以上の窒素を含む保護ガスを指します。

2. アミノ中性保護ガスとは、鋼を酸化、脱炭、浸炭しない保護ガスを指します。この種の保護ガスには、特定の還元特性もあります。様々な炭素含有量の鋼に対する保護作用があるため、同じ加熱サイクルであれば炭素含有量の異なる鋼を同一炉で処理でき、高温での焼入れ、焼鈍、焼き戻し等が可能です。 、中温と低温。明るい効果を実現する熱処理プロセス。一般的に使用される中性ガスには次のものがあります。

1. 窒素 + 水素: この保護ガスは、特定の還元特性と弱い脱炭特性を持っています。ガス中の水素含有量は一般に 0.5% ～ 3% の間に制御されます。

2. 窒素 + 一酸化炭素 + 水素: この保護ガスは、一酸化炭素含有量 0.5%~1 など、鋼構造物、工具鋼、軸受鋼の非酸化、非脱炭、非浸炭熱処理に使用できます。 %、水素 1%~2% 工具鋼、ハイス鋼、軸受鋼の焼鈍と焼入れは保護ガス中で行われます。一酸化炭素＋水素２％の窒素雰囲気中で、炭素含有量１％の高速度鋼を１２００℃まで加熱すると、４０分では基本的に脱炭は起こらない。この保護剤は工業用窒素をメタノールで精製することで得られます。

3. 窒素系炭素ポテンシャル雰囲気：有効成分を多く含む窒素系雰囲気です。通常、浸炭処理用の炭素ポテンシャル雰囲気を得るために、窒素に適量の添加剤（炭化水素または炭化水素の含酸素誘導体）を添加することができる。

4. 窒素メタノール保護ガス：現在海外で広く使用されている窒素系雰囲気です。雰囲気中で一酸化炭素：水素：窒素＝1：2：2となるように窒素とメタノールの比率を制御します。

窒素雰囲気熱処理を使用する利点: まず、エネルギーを節約できます。吸熱雰囲気と比較して、窒素ベースの雰囲気を使用すると、燃料消費量を 25% ～ 85% 節約できます。第二に、ガス源が豊富であること。窒素ベースの雰囲気での窒素源の調製は主に空気から得られ、ガス源は非常に豊富です。第三に、製品の品質を向上させることができます。窒素ベースの雰囲気には一酸化炭素と水素が少なく、水素脆化や内部酸化が大幅に減少します。通常、吸熱雰囲気は一酸化炭素と水素の含有量が高いため、鋼にとっては還元ガスです。しかし、一酸化炭素は、クロム、マンガン、ストロンチウム、モリブデン、チタンなどの元素の酸化剤です。したがって、吸熱雰囲気は炭素鋼では明るい加熱雰囲気となるのに対し、合金鋼では加熱面に黒色酸化物が形成されます。たとえば、ステンレス鋼や軸受鋼にはクロム含有量が高くなります。クロムは酸素との親和性が強いため、一酸化炭素や二酸化炭素の雰囲気下では酸化されてしまいます。吸熱雰囲気中の一酸化炭素含有量は約 25% に達するため、ほとんどのステンレス鋼、軸受鋼、高クロム鋼の吸熱雰囲気での熱処理結果は理想的ではありません。鋼の表面に酸化層が形成されます。同様に、クロムも水雰囲気中で酸化します。したがって、高クロム合金鋼の場合、理論解析から吸熱雰囲気の使用は適していません。窒素ベースの雰囲気を使用すると、合金元素の酸化度が低減され、熱処理の品質が向上します。第四に、適応性が広いことです。窒素雰囲気は、銅、アルミニウムなどの非鉄金属をはじめ、各種炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼の熱処理に適しています。五つ目は、安全性が高いことです。窒素は中性ガスで毒性がなく、環境を汚染せず、爆発の危険性がなく、輸送、管理、使用が簡単です。

熱処理における工業用ガスの応用に関しては、包括的な窒素ベースの雰囲気熱処理には明らかな利点があります。したがって、中国の主要企業やプロジェクトは、さまざまな熱処理に外国の先進的なガス源装置や窒素ベースの雰囲気を採用しています。