控制热处理加热介质的方法

热处理加热介质主要有可控气氛、真空、液体和固体介质等。

2.2.2.1 可控气氛

常采用的可控气氛有吸热式气氛、放热式气氛、滴注式气氛、氨分解气氛和氮基气氛等，其中以吸热式气氛应用较广。

1.原料气 制备可控气氛的原料气种类很多，有液化石油气、天然气、城市煤气及发生炉煤气等。但由于城市煤气和发生炉煤气的成分波动大，硫含量高，难以准确控制碳势，且高的硫含量会腐蚀工件和炉衬，又会使发生炉中的催化剂中毒，不宜采用。常采用的原料气是天然气和液化石油气。原料气的成分应符合表2-10所列出的要求。

2.发生器 发生器气体成分和压力要稳定，并满足工艺要求。发生器气体成分可采用露点仪或CO₂红外仪进行控制。一般不希望露点值太低，以减少炭黑的形成，因为炭黑会降低催化剂活性，使气体成分波动，导致碳势失控。

表2-9 现场常用的热电偶技术要求（JB/T 10175—2008）

注：1.t为测量温度，单位为℃。

2.允许按实际需要缩短检定周期。

表2-10 对制备可控气氛原料气的要求（JB/T 9207—2008）

3.热处理炉中的气氛

（1）采用露点仪、CO₂红外仪、氧探头、电阻探头等对热处理炉内气氛碳势进行测量，对炉内气氛碳势的控制或监控应采用自动控制装置。

（2）工件进入可控气氛炉加热之前，必须清理表面的氧化皮、油污、润滑脂及水分，以免表面附着的这些物质与气氛作用，影响工件表面与炉气反应平衡，降低表面质量。

（3）冷却介质产生的烟雾、蒸气不得进入炉膛。

（4）导入炉内的气氛不得直接冲刷工件，以防止局部过热或温度不足。

（5）载气、富化气和添加气的管路上均应设置流量计和调节阀，以便于控制炉气，保证成分稳定。

（6）保护气氛加热炉使用的氩气、氮气和氢气应符合JB/T 7530—2007的要求。

2.2.2.2 真空

金属在一定真空度下加热时，可以避免氧化脱碳，保持表面光亮。此外，还具有脱脂、除气、表面氧化物分解和合金元素蒸发等效应。

（1）钢在真空中加热时，合金元素有蒸发现象，真空度和加热温度越高，蒸发越严重。为防止表面合金贫化现象，应根据工件材料和加热温度，采用回充高纯氮气（或氩气）的方法控制加热时的真空度。钢在900°C加热时，真空度为1.33×10^-1Pa左右；900～1100℃加热时，真空度为1.33～13.3Pa；1100～1300℃加热时，真空度为13.3～665Pa。

（2）真空回火时，由于低温下真空辐射加热效果差，炉温不易均匀，故待炉内达到某一真空度（一般约0.1Pa）时，应向炉内通入高纯氮气并使其达到或接近于10⁵Pa，同时采用风扇循环并保持到回火加热结束。

（3）真空热处理过程中，要预防周围空气进入真空炉，且必须控制真空炉的压升率（一般不大于1.33Pa/h）。每周检查一次炉子的压升率，若压升率高于1.33Pa/h，应清洗炉子或用检漏仪检漏并密封。

（4）工件进入炉后，当真空度达6.67Pa时才能加热升温。在升温过程中，由于工件和炉内材料要放气，使真空度下降，故应适当调节炉子的升温速度，以防止加热时氧化。

（5）工件入炉前，应清洗表面的油脂或其他脏物，烘干后方能入炉，以防止影响真空度和工件表面光亮度。

2.2.2.3 盐浴

工件在盐浴中的加热质量与盐浴和盐浴校正剂的品质有关，加强对盐浴及盐浴校正剂的控制，可以减少工件在盐浴热处理时的氧化、脱碳和腐蚀等缺陷。

1.盐浴中杂质对热处理质量的影响 热处理加热用的EaCl、KCl、BaCl₂都含有杂质，如水、硫酸盐、碳酸盐和氧化铁，它们都能引起钢的氧化脱碳。

（1）氯化盐中的硫酸根阴离子是一种氧化剂，会使钢件脱碳，其反应式为

并使基体遭到腐蚀，其反应式为

若熔盐中SO^2-₄含量达0.5%（质量分数），就会引起钢件脱碳和严重点蚀。

（2）氯化盐中的氧化铁杂质对高温盐浴有脱碳作用，其反应式为

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（3）不溶性碳酸盐MgCO₃、CaCO₃、BaCO₃在熔盐中也是一种氧化剂，其反应式为

（4）水分对盐浴加热性能的影响为

生成的氯化氢腐蚀性很强。

2.盐浴杂质的控制

（1）加热用盐的化学成分应符合表2-11规定。氯化盐的加热性能应满足表2-12的要求。

（2）加盐浴校正剂的校正时间间隔一般为4～8h。使用的盐浴校正剂应符合JB/T 4390—2008《高、中温热处理盐浴校正剂》的技术要求。

表2-11 加热用盐的化学成分

表2-12 氯化盐的加热性能

（3）氯化盐（特别是氯化钡）使用前需经一定温度下的干燥脱水处理，推荐的脱水处理规范是：BaCl₂为500℃×（3～4）h，EaCl和KCl为400℃×（2～4）h。

（4）盐浴中硫酸盐含量过高，可用炭粉在搅拌下撒入盐浴，或将木炭块装入铁丝筐压沉到盐浴中，通过以下反应

或来消除SO^2-₄的有害作用。

（5）新盐盐浴经10～15h时效后使用，可降低氧化脱碳作用。

（6）定时捞渣，并根据使用情况添加新盐或全部更换。

除了上述处理外，盐浴在使用的温度范围内还应清澈、流动性好、蒸发量少、无明显腐蚀性，其脱碳性能应符合表2-13的要求。

表2-13 中、高温盐浴的脱碳性能

其中 C₀——箔片原始碳质量分数（%）；

C——箔片剩余碳质量分数（%）。

2.2.2.4 保护涂料

热处理保护涂料用于结构钢、工模具钢、不锈钢、高温合金和钛合金等工件，在空气炉中加热时能减少或防止氧化脱碳及合金元素贫化。

根据JB/T 5072—2007《热处理保护涂料一般技术要求》中的有关规定，控制保护涂料需满足如下要求：

（1）总脱碳层深度应小于或等于0.075mm。

（2）保护涂料的粘度应为25～65s（浸涂或刷涂），或16～45s（喷涂）。

（3）原料粒度应不大于45μm，使用中如有粗大颗粒，可用200目铜丝网过滤。

（4）涂料对被保护金属应具有良好的润湿性，涂层应均匀完整、无瘤痕、附着性能好。

（5）涂层在室温下2h能干燥固化，在60～100℃温度范围内30min能干燥。

（6）涂层应具有良好的剥落性能，工件水冷淬火时，90%以上的涂层面积能自行剥落；油淬时，80%以上的涂层面积能自行剥落，且残留涂层易清除，剥落涂层不污染淬火冷却介质。

（7）保护涂料中的组分不能损伤和污染工件，加热过程中不放出有毒气体或物质。