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氮气在常况下是一种无色无味的气体,占空气体积分数约78%(氧气约21%),1体积水中大约只溶解0.02体积的氮气。氮气是难液化的气体。氮气在极低温下会液化成无色液体,进一步降低温度时,更会形成白色晶状固体。在生产中,通常采用黑色钢瓶盛放氮气。
氮气是一种无色、无毒、无味的惰性气体,因此,气氮已被广泛地作为保护气体,液氮已被广泛地作为能与空气接触的冷冻介质,它是一种非常重要的气体。
氮气 金属加工:光亮淬火、光亮退火、渗氮、氮碳共渗、软碳化等热处理的氮气源;焊接及 粉末冶金烧结过程中的保护气等。
光亮退火俗称光辉退火主要是在密闭空间加热退火後让温度在密闭空间缓慢降温至少500度以下再自然冷却便会有光辉度以至不造成脱碳情形产生。
在保护气氛中实现的表面无氧化和不脱碳的冷轧板带退火。保护气氛有单一的惰性气体氩或氦,也有混合气体CO-H2-N2-CO2(DX),N2-H2(HNX),N2-CO2-H2等。这些混合气体中的成分经过调整能使带钢退火过程中的氧化与还原、脱碳与渗碳速度相等,从而实现板带的无氧化和无脱碳的退火。退火后板带表面有不可见的氧化膜,保护金属光泽。
根据炉气与钢的化学反应及其变化规律,制备和应用保护气氛,确定防止氧化和脱碳的条件。CO2和H2O能使带钢表面氧化和脱碳;CO和CH2能使带钢表面氧化层还原和钢表面渗碳;H2虽然能使氧化层还原,也能使钢表面脱碳。
光亮退火取决于H2O、CO2、H2气氛和Fe的氧化还原反应。N2和其他惰性气体是钢的中性保护气氛,其中N2应用最多,但必须除去其中的氧性化气氛,方能起到良好的保护作用。一般常用N2与H2的混合保护气氛。
罩式退火炉使用保护气氛分3个阶段:
(1)冷吹洗,将退火内罩里的氧气吹出;
(2)热吹洗,除去轧制时残留于板带表面的乳油;
(3)正常供气,保证内罩正压,到完成退火周期出炉。
碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程,习惯上碳氮共渗又称作氰化。目前以中温气体碳氮共渗和低温气体氮碳共渗(即气体软氮化)应用较是广。
钢的碳氮共渗:中温气体碳氮共渗的主要目的是提高钢的硬度,耐磨性和疲劳强度,低温气体氮碳共渗以渗氮为主,其主要目的是提高钢的耐磨性和抗咬合性。
以渗碳为主同时渗入氮的化学热处理工艺。它在一定程度上克服了渗氮层硬度虽高但渗层较浅,而渗碳层虽硬化深度大,但表面硬度较低的缺点。
应用较广泛的只有气体法和盐浴法。气体碳氮共渗介质是渗碳剂和渗氮剂的混合气,例如滴煤油(或乙醇、丙酮)、通氨;吸热或放热型气体中酌加高碳势富化气并通氨;三乙醇胺或溶入尿素的醇连续滴注。[C]、[N]原子的产生机制除与渗碳、渗氮相同外,还有共渗剂之间的合成和分解:
CO+NH3?HCN+H2O
CH4+NH3?HCN+3H2
2HCN?2[C]+2[N]+H2
碳氮共渗并淬火、回火后的组织为含氮马氏体、碳氮化合物和残余奥氏体。深0.6~1.0mm的碳氮共渗层的强度、耐磨性与深1.0~1.5mm的渗碳层相当。为减少变形,中等载荷齿轮等可用低于870℃的碳氮共渗代替930℃进行的渗碳。
随着稀土催渗(碳稀土共渗)和可部分取代浅层渗碳与碳氮共渗的氮碳共渗或硫氮碳共渗的推广,碳氮共渗的应用面有变窄趋势。
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