气氛控制、热处理原理ppt课件

渗碳热处理基本概念,什么是热处理？,热处理就是通过控制工件升温降温时间，来改变工件内部组织，以便达到改善工件表面力学性能的方法。,什么是热处理?,最常见的热处理是表面硬化，然而在表面硬化的处理过程中，渗碳和碳氮共渗是最常见的处理方法,什么是热处理?,热处理的基本性能热处理是一项比较精密性的控制生产程序热处理可以用于改变材料的（机械，物理）和强化最终使用的性能,什么是热处理?,材料的机械和物理特性通过微观结构所决定冶金者们都非常了解他们自己所需要的热处理者人员的工作就是了解如何通过热处理得到所需要的结果!,我们为什么要用热处理?,在生产过程中增加热处理过程，通过热处理以适当增加材料性能（如硬度或者反阻抗）,为什么是铁?,为什么是铁?,纯铁的一些参数原子系数=26(26质子,26电子)熔点=1537C(2800F)密度=7.87g/cc(20C)粉未冶金学家曾经说过，此类烧结材料为95%的密集，95%等等,为什么是铁?,纯铁的一些参数不平衡性（电子旋转在同一方位）换句话说,钢有能力与许多其它元素结合并且这些元素改变成钢的性能（产物）增加锰，和其它碳钢钢比铁不仅强,热处理对钢的性能有显著的改变，因此在我们每天生产中，可以提高材料的使用性,为什么是铁?,纯铁的一些性能通过“聚乙烯”的性能改变，可发生FLIP的变化，淬火可让钢材从BBC转换成FCC铁，反映要求温度在1670F(910C),为什么是铁?,铁的成本在$0.30-$0.40每磅（参考）,为什么是铁?,纯铁的一些性能便宜原料生产性能高良好磁性性能可以做成合金(合金元素可调整),为什么是铁?,为什么要增加一些元素将铁变成合金?增加“碳”控制“flip”的发生量（如转换）增加其它元素(如铬用于冷却，达到一的可淬性）,为什么是铁?,增加碳元素到铁可以发生如下作用：提升疲劳强度提高延展性和韧性减少抗冲击性减轻耐磨性提高机械扭力抵抗增加降底淬火温度深度和可淬性增加提高硬度均匀性优化结晶密度减少热传导缩小电或导磁性,为什么是铁?,增加其它元素到铁中铬是碳化物，可增加外表的硬度和而磨性，达到与内部结构相同镍增加核心的强度和韧性。钢中含镍过高，(大于20%）可能降低耐磨性的，产生残留奥氏体,在一些热处理过程中,残留奥氏体一般在10-15%之间。钼可明显的提高钢的淬透性和热强性，防止回火脆性，提高剩磁和娇顽力钒：能细化钢的晶粒组织，提高钢的强度，韧性和耐磨性当它在高温深入奥氏体时，可增加钢的淬透性许多其它元素加入到钢中，如锰、硅、磷、钨、钴,和铜。每种反应,或互相发生的产物均有不同的作用,强度或其它性能都将增强。,为什么是铁?,AlloyingEffects,为什么是铁?,为什么是铁?,1材料和合金的编号名称前两位数字表示合金元素在碳钢材中的百分比！10 xx无硫含锰在1.00%以下的碳素钢11xx含硫易切削刚12xx含硫和含硫磷易切削刚15xx含锰量较高的碳素钢,为什么是铁?,注：编号方式参考AISI材料手册,为什么是铁?,为什么是铁?,工具钢的编号方式，参考AISI的编号方式,为什么是铁?,普通渗碳钢成份,为什么是铁?,齿轮铁的化学成分,德国钢的分类,1.DIN名称(缩写)16MnCr52.标准编号.(DIN号码)1.71313.商标名称(公司名称):EC80,如下三种:,例:16MnCr5,1.DIN名称(缩写),碳含量除于10016/100=0.16%,合金元素使用成分最多的化学符号,合金含量指定同排合金元素，第一个元素的相关编号元素.除于Cr,Mn,Ni,Si,Co,W(Tu):/4Al,Cu,Mo,Nb,Pb,V:/10P,S,N:/100B/1000例:16MnCr5=(0.16碳,1.25锰)22CrMoS3-5=(0.8Chrome,0.5Molybdenum),德国钢的分类,底性和中性合金钢无共同标准，钢性和高碳钢,2.标准编号.(DINWerkstoffNr.的编号),1.2344,0生铁,铸铁1钢,铸钢2重金属3轻金属48非金属,01-07碳钢(低碳钢)11-13碳钢(例：1043)15-18低合金工基钢(W112)20-28工具和模具钢(例H13)32-33高速钢(例M2)40-49不锈钢(410),计算数字,德国钢的分类,各种公司都尽力生产自己有特性的钢类使用合金并且发展新类型.质量无统一标准.例:EC80,Pyrowear,Jomasc.,3.商标(公司姓名):,德国钢分类,热处理铁碳合金状态,淬火,冷却比率作用,淬火,冷却比率作用在珠光体的性能(0.77%C),淬火,冷却曲线图(图标),淬火,25%转换(奥氏体转换为铁素和珠光体),微观结构,淬火,50%转换(奥氏体转换为铁素体和珠光体),微观结构,淬火,75转换（奥氏体转换为铁素体和珠光体）,微观结构,淬火,快速淬火转换成马氏体,微观结构,淬火,淬火,淬火,淬火,渗碳,什么是渗碳？渗碳istheintroductionofcarbonintoasolidferrousalloybyholdingabovethetemperatureatwhichaustenitebeginstoform,theso-calledcriticaltemperature(Ac1)ofthematerialincontactwithasuitablesourceofcarbonaceousmaterial,whichmaybesolid,liquid,orgas.渗碳是引入碳通过维持奥氏体形成的临界温度进入一个固态铁合金，所谓的临界温度是与含碳原料源极有关。渗碳包括固体渗碳，液体渗碳或气体渗碳。,ExecutiveSummary,渗碳,WhatisCarbonitriding?什么是碳氮共渗？Carbonitridingistheintroductionofcarbonandnitrogenintoasolidferrousalloybyholdingabovethetemperatureatwhichaustenitebeginstoform,theso-calledcriticaltemperature(Ac1)ofthematerialincontactwithasuitablesourceofcarbonaceousmaterialandammonia(NH3)gas.碳氮共渗是引入碳和氮通过维持奥氏体开始形成的临界温度进入一个铁合金，所谓的原料临界温度与一个碳原料和氨气原料源极有关。,ExecutiveSummary,渗碳,渗碳类型气体渗碳吸热性气体氮/甲醇混合气体酒精（液体或水滴渗碳）燃烧产品盐浴渗碳真空渗碳,渗碳,气氛渗碳在现今是一种最普遍的渗碳类型。气氛渗碳温度范围是在1550F到1750F内。温度极限在最低温度1450F和最高温度2000F可以使用气氛渗碳。为得到更均匀的渗碳层和考虑到变型情况可使用低温渗碳，缩短全部周期时间使用高温渗碳（限制应用）,ExecutiveSummary,渗碳,Vacuum渗碳isthemosthighlydesiredmethodof渗碳duetoitsprecisecontrolofcasedepthandcarboncontentaswellasminimizingenvironmentalconcerns.真空渗碳是用于硬化层和碳含量达到更精密要求的一种可控渗碳方式，aswellasminimizing温度范围在1550F到1750F之间。温度极限在最低温度1450F和最高温度2000F可以使用真空渗碳考虑到变形情况可使用低温渗碳。缩短全部周期时间使用高温渗碳（一般使用晶粒细化周期）,ExecutiveSummary,气氛渗碳,过程概述在工作中导入一种烃气（一般是天然气）气氛渗碳包括“富化气体”（或者“spiking),“运载气体”或者”中性气氛*在南美一般使用甲醇或者丙烷丁烷混合气体较多,ExecutiveSummary,气氛渗碳,过程概述“运载气体”产生于吸热性气体发生电器或来自氮气和甲醇在加热后产生的综合性气体。其它方法也有可能做到，但是很少使用,ExecutiveSummary,气氛渗碳,过程概述气氛渗碳包括“富化气氛”（或“SPIKING”）一个“运载气体”或“中性气氛”周围通过增加一个烃气工作（典型的天然气）*除北美洲外普遍性使用丙烷或丙烷/丁烷混合气体。,ExecutiveSummary,40%Nitrogen(N2)40%Hydrogen(H2)20%CarbonMonoxide(CO),气氛渗碳,过程描述气氛包括：1.5%二氧化碳(CO2)0.5%甲烷(CH4)*产生于天然气,ExecutiveSummary,气氛渗碳,过程描述根据气氛渗碳特性创建了183化学反应。水气反应方程式：CO+H2O=CO2+H2,ExecutiveSummary,气氛渗碳,过程描述水气反应可逆性换句话说，根据炉内化学反应状态产生如下任一一种结果：,ExecutiveSummary,CO+H2O=CO2+H2,气氛渗碳,过程描述当我们观察控制气氛渗碳时，通过监控水气反应达到控制气氛渗碳。用露点仪观察H2O/H2比率用红外线或氧探头观察CO/CO2比率。,ExecutiveSummary,CO+H2O=CO2+H2,气氛渗碳,过程描述混合氮气和甲醇化学反应如下：N2+CH3OHN2+CO+2H2,ExecutiveSummary,在这个反应过程中每加仑甲醇需要4加热器提供的热量进行分解，热量通常由炉内提供。（液体甲醇在雾化后，导入炉内）,真空渗碳,过程描述没有相关的混合气体化学反应。不需要“运载”气体在渗碳开始前用真空泵抽出室内所有气氛。只需要富化气控制富化气量。,培训会议,气氛控制(氧探头),渗碳,什么是渗碳碳势？渗碳是引入碳通过维持奥氏体开始形成的温度进入一个固态亚铁合金,所谓的原料临界温度(Ac1）与一个适当的碳原料联系。可能是固体、液体,或气体。,ExecutiveSummary,渗碳,什么是渗碳碳势？,ExecutiveSummary,渗碳,什么是渗碳碳势？,ExecutiveSummary,渗碳,气氛（气体渗碳）是现今一种普遍型的渗碳类型气氛渗碳温度范围是在1550F到1750F内。温度限制在最低温度1450F和最高温度2000F可以使用气氛渗碳。为得到更均匀的渗碳层和考虑到变型情况可使用低温渗碳缩短全部周期时间使用高温渗碳（限制应用）,ExecutiveSummary,气氛渗碳,过程概述AtmosphereCarburizinginvolves“enriching”(or“spiking”)a“carriergas”or“neutralatmosphere”surroundingtheworkbytheadditionofahydrocarbongas(typicallynaturalgas*).气氛渗碳包括“富化气”（或“spiking”）一*除北美洲外普遍性使用丙烷或丙烷/丁烷混合气体。,ExecutiveSummary,气氛渗碳,过程概述运载气体”气氛是产生于吸热性气体发生器或来自于氮和甲醇加热后分解成的混合气体（甲醇）其它方法也可用但用的比较少,吸热性气氛天然气裂解分解的裂解氮/甲醇气氛纯甲醇CH3OH,气氛,渗碳气氛的主要成份,CO20%一氧化碳N240%氮H240%氢通过变成炉中的天然气产生这三种气体。,渗碳气体主要成份,CO23.5%一氧化碳N243.0%氮H233.5%氢通过变成炉中的C3H8产生这三种气体,渗碳气体主要成份,CO33%一氧化碳N264%氮由纯净甲醇产生在这个反应过程中每加仑甲醇需要4加热器提供的热量进行分解，热量通常由炉内提供。（液体甲醇在雾化后，导入炉内）,气体渗碳主要成份,CO?%一氧化碳N2?%氮H2?%氢三种气体的含量通过氮和甲醇比率决定。,气体渗碳重要成份,CO一氧化碳CO2二氧化碳N2氮H2O水H2氢CH4甲醇,渗碳化学反应,2COC+CO2H2+COC+H2O,氮/甲醇,甲醇,Methylalcohol,MeOH公式=CH3OH分子量=32.04沸点=149F(65C)1公升MeOH大约产生.64SCFH气分解,氮/甲醇,CH3OH+N2CO+2H2+N2,甲醇分裂,760C开始分裂.1公升CH3OH大约产生.1.7M3气体裂解,CH3OHCO+2H2,氮/甲醇,其它化学反应2CH3OHCO2+C+4H2CH3OHCH4+1/2O2CH3OHC+H2+H2O,氮/甲醇,渗碳典型的气体为“混合”型气体TRF=变成炉总流量,SCFH(在炉子“标牌”一般都有标示)TRF除以1.60=Total“feed”gas(N2+MeOH)N2(SCFH)=66%of“feed”gasMeOH(L/hr)=33%of“feed”gas例子:TRF在400SCFH的变成炉内需要N2=400/1.6=250250*66%=165SCFH需要MeOH=250*33%=82SCFH,定碳片,不可实施控制,只有在热处理炉中这只是碳势的实值测量。,定碳片,定碳片,定碳片厚度=0.003/AISI1010,探测器工艺,第三代局部压力热电偶类型外壳设计烧嘴改造,测量方式,定碳片氧探头露点仪IR3气分析仪,讨论,PGA3000便携式3气分析仪,一氧化碳CO二氧化碳CO2甲烷CH4O2CellforburnermaintenanceO2用于燃烧嘴使用气分析仪计算碳的百分比。数据资料装载（每10份文件需500分钟）软件支持数据存档便携式、电池功率典型的诊断工具“操作员”提示数据存档每年校准维护,PGA,三气样品管-涂层,你找的是什么？,发生器CH4小于.5%C02.30to.50%(100露点)CO=19%to21%炉子Ch4在分解后产生8碳CO210到1.00CO13%to35%knowyourfurnace,优点,发生器维护催化剂气体质量炉子定期检修质量用途,3气IR分析仪,控制系统,可重复性一致性炉子效用,为何要升级设备的控制系统,控制系统,渗碳层变化微观结构变化增加重做增加成本,WhyFurnaceControlSystems?Toeliminate为何消除设备控制系统,控制系统,温度RX气体的含CO工作件表面范围在气氛中释放CH4炉子状态炉子循环氧探头状态PID周期时间,气氛控制效果显示：,控制系统,从CO,CO2,CH4中通过IR(红外线）计算碳含量从氧探头中单独计算碳含量,单点3气分析仪,氧探头,SIRO关联把氧化锆插进氧化铝管。密封不规则。重复循环导致泄漏高温导致泄漏,氧探头,正规涂漆ssi唯一P/N10108“S”10109“K”减少碳积聚CH4分裂化学反应,氧探头,连接器快速断开氧探头连接器,故障排除,氧探头安装解决故障探制器和控制系统炉子/气氛,三种普通类型中找寻问题,故障排除,T/C控制温度在同一区Sideoppositefromgasinlet超过热表面延长46英寸,氧探头安装,故障排除,助燃空