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1.3 鋼件在鹽浴中的加熱

盡管真空爐發展神速,但傳統的鹽浴加熱淬火依然紅火,在高速鋼刀具淬火、接柄工具淬火、細長工具淬火等領域,鹽浴爐有它的獨到之處。鹽浴加熱的優點和缺點都非常突出。其優點是:

①綜合傳熱系數大,工件加熱速度快,靈活性大;

②工件浸在鹽浴中加熱均勻,畸變小;

③鹽浴爐的熱容量較大,加熱溫度波動小,易實現恒溫加熱;

④鹽浴容易保持中性狀態,可實現無氧化無脫碳加熱。在鹽浴中針對性的加入必要元素,可實現多種化學熱處理;

⑤可實現局部加熱;

⑥可進行多次分級、等溫處理;根據需要,可進行快速加熱。

鹽浴爐的缺點也非常明顯,主要表現在:

①不利于節能減排,對環境有污染;

②工件加熱出爐時帶出的廢鹽及殘液,不但造成浪費,而且對工件有腐蝕,特別是粘在凹槽及盲孔中的鹽;

③高、中鹽浴爐浴面輻射損失較嚴重,熱效率低下;

④不便于機械化、自動化操作。

1.3.1 熱處理浴爐的分類

按熱源分為燃料爐和電爐兩大類。電爐又分為電阻加熱浴爐和電極加熱浴爐。

按工作溫度可分為低溫爐(150~550℃)、中溫爐(550~1000℃)、高溫爐(1000~1350℃)。

按加熱方式分為外熱式浴爐和內熱式浴爐兩大類。內熱式又分為電阻加熱式和電極加熱式,在各種熱處理浴爐中,以內熱式電極鹽浴爐的應用最為廣泛。

按浴劑種類分為鹽浴爐、堿浴爐、油浴爐和鉛浴爐。

1.3.2 金屬及其化合物的熔點

金屬及其化合物的熔點見表1-10。

表1-10 金屬及其化合物的熔點

1.3.3 常用混合鹽相圖

常用混合鹽分為3大部分:加熱用鹽(包括兩次預熱,高溫加熱)、分級冷卻用鹽及回火用鹽。詳見圖1-2~圖1-25。

圖1-2 NaCl-CaCl2相圖

圖1-3 NaCl-KCl相圖

圖1-4 BaCl2-CaCl2相圖

圖1-5 BaCl2-KCl相圖

圖1-6 BaCl2-NaCl相圖

圖1-7 KCl-MgCl2相圖

圖1-8 BaCl2-BaF2相圖

圖1-9 Na2CO3-NaCl相圖

圖1-10 Na2CO3-KCl相圖

圖1-11 NaNO2-NaNO3相圖

圖1-12 Ba(NO32-BaCl2相圖

圖1-13 BaCl2-Na2B4O7相圖

圖1-14 NaNO3-KNO3相圖

圖1-15 NaNO2-NaNO3相圖

圖1-16 CaCl2系熔鹽相圖

注:E點混合鹽的成分為(w,%):21.2NaCl+30.7KCl+48.1BaCl2

圖1-17 BaCl2系熔鹽相圖

注:T點混合鹽的成分為(w,%):25NaCl+41.7KCl+33.3CaCl2

圖1-18 NaOH-K2CO3相圖

圖1-19 NaCN-KCN相圖

圖1-20 CaCl2-KCl-NaCl相圖

圖1-21 BaCl2-KCl-NaCl相圖

圖1-22 CaCl2-BaCl2-NaCl相圖

圖1-23 LiCl-NaCl-KCl相圖

圖1-24 KCl-SrCl2-NaCl相圖

圖1-25 KCl-MgCl2-NaCl相圖

1.3.4 鋼在鹽浴中的加熱特點

鹽浴爐加熱速度快,氧化脫碳輕微,適用于多品種小批量生產,曾被廣泛應用。當前由于工業污染受到國際公約的制約,鹽浴加熱所產生的廢氣、廢水、廢渣對環境造成危害,即使是中性鹽浴,氯化氫和亞硝酸鹽的毒性也不容忽視,因此,在我國大中城市已明文禁止新設鹽浴爐。但是在對鹽浴“三廢”無害化處理排放的條件下,不論國內國外,鹽浴加熱淬火,特別是工具行業還難以禁止,在工具制造比較發達的江蘇、浙江等省,鹽浴爐仍呈上升趨勢(真空爐也在增長)。

熔鹽在高溫下加熱的化學反應及其與鋼的作用見表1-11。

表1-11 熔鹽化學反應及其與鋼的作用

鹽中雜質對熱處理質量的影響見表1-12,各種鹽在高溫下的蒸發速度見表1-13,鹽浴常用校正劑(脫氧劑)的脫氧反應、使用條件和脫氧效果見表1-14,不脫氧長效鹽見表1-16。

表1-12 鹽中雜質對熱處理質量的影響

表1-13 各種鹽在高溫下的蒸發速度

注:用熱天平測定的實得數據,僅供參考。

表1-14 鹽溶常用校正劑的脫氧反應、使用條件及脫氧效果

表1-15 在30%BaCl2+70%NaCl鹽浴中加入校正劑的效果

①在100g混合鹽中的添加質量,g。
注:成分含量均指質量分數。

表1-16 不脫氧長效鹽

注:鹽浴成分和碳含量均指質量分數。

表1-15所列為在30%BaCl2+70%NaCl(均為質量分數)鹽浴中加入校正劑的效果。圖1-26為30%BaCl2+70%NaCl混合鹽在800℃時的老化(形成Na2O+BaO)速度。圖1-27~圖1-31所示為各種單鹽和混合鹽在不同溫度和混合比條件下的鹽浴帶出的損失量。

圖1-26 30%BaCl2+70%NaCl鹽浴(質量分數)在800℃時的老化速度

1—鹽浴表面飽和水蒸氣;2—常溫大氣壓下飽和水分;3—含水分的N2;4—干燥空氣;5—干燥N2

圖1-27 NaNO3浴的黏附量和溫度的關系

圖1-28 NaCl、KCl、CaCl2單鹽的黏附量與溫度的關系

圖1-29 BaCl2單鹽的黏附量與溫度的關系

圖1-30 BaCl2+NaCl混合鹽的黏附量與溫度的關系

1—30%NaCl;2—50%NaCl;3—70%NaCl

圖1-31 BaCl2+NaCl混合鹽的黏附量隨成分的變化(900℃)

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