氮化爐結(jié)構(gòu)、工作過(guò)程、工作原理和生產(chǎn)應(yīng)用
摘要：氮化爐又稱為氮化熱處理爐,主要用于金屬的氮化處理,相比其他設(shè)備具有處理溫度低,時(shí)間較短,變形較小的優(yōu)點(diǎn).
氮化爐又稱為氮化熱處理爐，主要用于金屬的氮化處理，相比其他設(shè)備具有處理溫度低，時(shí)間較短，變形較小的優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)氮化處理的制品具有優(yōu)異的耐磨性、耐疲勞性、耐蝕性及耐高溫的特性，氮化后的產(chǎn)品氮化均勻、質(zhì)量穩(wěn)定。
氮化爐
氮化爐主要結(jié)構(gòu)
氮化爐包括爐體、爐蓋、通氣裝置、冷卻裝置以及物料架，爐蓋配合爐體蓋接于其上并圍成一收容空間，通氣裝置、冷卻裝置和物料架收容于爐體內(nèi)，物料架包括托盤和多個(gè)支撐桿，支撐桿與爐體固定連接，多個(gè)支撐桿支撐托盤設(shè)于收容空間內(nèi)，托盤包括多個(gè)導(dǎo)流槽和多個(gè)呈陣列設(shè)置的通氣孔，導(dǎo)流槽連通相鄰兩個(gè)通氣孔。
井式氮化爐結(jié)構(gòu)圖
托盤還包括靠近爐體頂部的頂面、與頂面相對(duì)設(shè)置的底面、以及連接頂面和底面的側(cè)面，通氣孔貫穿頂面和底面，導(dǎo)流槽自底面向頂面凹陷形成，導(dǎo)流槽還連通通氣孔和側(cè)面。導(dǎo)流槽的槽寬為3-5mm，槽深為1-5mm。支撐桿包括立柱和限位柱，立柱與爐體固定連接并與爐體開(kāi)口方向相平行，限位柱與立柱垂直連接，多個(gè)限位柱支撐托盤。爐體包括外殼、內(nèi)殼、保溫加熱層，內(nèi)殼設(shè)于外殼內(nèi)，保溫加熱層設(shè)于內(nèi)殼和外殼之間
工作過(guò)程
通氣裝置包括進(jìn)氣盤管、通氣導(dǎo)管、以及向收容空間輸入氣體的多個(gè)中一氣孔，進(jìn)氣盤管設(shè)于內(nèi)殼底部，其一端與外部滲氮?dú)怏w輸送設(shè)備相通，通氣導(dǎo)管一端與收容空間相連通，另一端與外部環(huán)境相連通，多個(gè)一氣孔沿進(jìn)氣盤管均勻貫穿設(shè)置。
冷卻裝置包括冷卻盤管和向收容空間排放冷氣的多個(gè)二氣孔，冷卻盤管螺旋狀圍繞物料架，多個(gè)二氣孔沿冷卻盤管均勻設(shè)置，二氣孔開(kāi)口方向朝向物料架。
技術(shù)優(yōu)勢(shì)
1、通過(guò)設(shè)置通氣孔和連接槽，使得進(jìn)入爐體的氣體可以快速包圍需氮化的工件，同時(shí)增加托盤表面積，減少加熱冷卻的時(shí)間；
2、通過(guò)設(shè)置連接槽，使得進(jìn)入爐體的氣體可以在連接槽的導(dǎo)流作用下，形成穩(wěn)定氣流；
3、通過(guò)將連接槽設(shè)置于托盤的底面，使得從爐體底部進(jìn)入的活性氮能通過(guò)連接槽的導(dǎo)流迅速進(jìn)入通氣孔中；
4、通過(guò)設(shè)置限位柱，使得托盤可根據(jù)需氮化的工件尺寸自行設(shè)置。
氮化爐工作原理
工作溫度：硬氮化工作溫度一般在480℃到550℃之間，常用溫度在490℃到530℃，注意：活性氮的存活周期很短，如果沒(méi)有被工件吸附，會(huì)很快結(jié)合生成氮?dú)猓セ钚浴５獨(dú)鉀](méi)有任何滲氮能力。爐內(nèi)氣氛組成：NH3、N2、H2。辨析：KN越大，氣氛的滲氮能力越強(qiáng)。觀點(diǎn)：KN與氮?jiǎng)輿](méi)有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，KN高，滲氮能力不一定就強(qiáng)。比如氮化爐內(nèi)氨氣很多，裂解的氨氣很少，雖然KN很高，但實(shí)際可用的活性氮較少，滲氮能力反而不強(qiáng)。
NH3=N+3/2H2的意思是：1體積氮?dú)夂?體積氫氣在高溫高壓催化劑條件下生成2體積氨氣，其中的N為活性氮，起到滲氮作用。在同一個(gè)KN下，靠純氨氣分解形成的氣氛與用氨氣和裂解氨氣混合而成的氣氛是完全不同的。
滲氮前的氣體氮化爐必須是先經(jīng)過(guò)正火或調(diào)質(zhì)處理過(guò)的工件，先用汽油和酒精擦洗氣體氮化爐工件表面，不得有銹斑、油污、臟物存在。裝入爐內(nèi)后，對(duì)稱擰緊爐蓋壓緊螺栓。將爐罐和爐蓋進(jìn)水口通入冷卻水進(jìn)行循環(huán)水冷。氣體氮化爐爐蓋上管道冷卻水下端為進(jìn)水，上端為出水，爐罐單獨(dú)進(jìn)水，單獨(dú)排水，爐蓋所有水管可按低進(jìn)高出原則串聯(lián)，由一個(gè)口進(jìn)水，一個(gè)口排水。氣體氮化爐升溫前應(yīng)先送氮?dú)馀艢猓艢鈺r(shí)流量應(yīng)比使用時(shí)大一倍以上。
排氣10分鐘后，將控溫儀表設(shè)定到150℃，自動(dòng)加熱開(kāi)關(guān)撥向開(kāi)，氣體氮化爐邊排氣邊加熱150℃保持2h排氣，再將控溫儀表設(shè)定到530℃，把氨氣流量調(diào)小，保持爐內(nèi)正壓，排氣口有較小氣流向上的壓力，當(dāng)爐溫升到530℃時(shí)，恒溫恒流滲氮3-20h，再將氨氣
壓力調(diào)大一點(diǎn)，讓排氣維持適中壓力，滲氮4-70h， 再將氨氣壓力調(diào)小，退氮1-2h，切斷電源，給少量氨氣。
氮化處理生產(chǎn)應(yīng)用
在實(shí)際生產(chǎn)中，通常采用氮化爐對(duì)金屬工件進(jìn)行氮化熱處理加工。升溫過(guò)程中把氨氣瓶中的氨氣經(jīng)過(guò)減壓閥，通過(guò)氨柜(氨氣干燥柜)通入氮化爐內(nèi)。當(dāng)?shù)癄t內(nèi)達(dá)到要求溫度時(shí)，氮化過(guò)程就進(jìn)入了保溫階段。根據(jù)氮化工藝規(guī)范，調(diào)節(jié)氨氣流量，保持溫度和分解率的正確和穩(wěn)定。保溫結(jié)束、停電降溫時(shí)，必須繼續(xù)通氨氣，保持爐罐有一定的正壓，防止空氣進(jìn)入使零件表面產(chǎn)生氧化色。對(duì)于一般零件，當(dāng)罐內(nèi)溫度降到450℃以下時(shí)，可將爐門打開(kāi)加速冷卻。對(duì)變形要求較嚴(yán)的零件，可隨爐冷卻。
氮化處理共有三個(gè)過(guò)程
(1)隨著溫度的升高，氨的分解程度加大，生成活性氮原子；
(2)鋼表面吸收氮原子，先溶解形成飽和固溶體，然后再形成氮化物；
(3)氮從表面飽和層向鋼內(nèi)層深處進(jìn)行擴(kuò)散，形成一定深度的氮化層。
傳統(tǒng)的氮化爐在零件氮化過(guò)程中，將需氮化處理的工件放入物料架中以集中氮化。但在大批量密集工件氮化時(shí)常因需氮化處理的工件大量放置于物料架上，干擾進(jìn)入爐體體內(nèi)的氮?dú)饬鲃?dòng)，氮?dú)夥植疾痪鶆颍瑢?dǎo)致出現(xiàn)氮化不均勻，影響工件的質(zhì)量，且氮化處理過(guò)程中加溫冷卻時(shí)間長(zhǎng)，影響生產(chǎn)效率。
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