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1.3 钢件在盐浴中的加热
尽管真空炉发展神速,但传统的盐浴加热淬火依然红火,在高速钢刀具淬火、接柄工具淬火、细长工具淬火等领域,盐浴炉有它的独到之处。盐浴加热的优点和缺点都非常突出。其优点是:
①综合传热系数大,工件加热速度快,灵活性大;
②工件浸在盐浴中加热均匀,畸变小;
③盐浴炉的热容量较大,加热温度波动小,易实现恒温加热;
④盐浴容易保持中性状态,可实现无氧化无脱碳加热。在盐浴中针对性的加入必要元素,可实现多种化学热处理;
⑤可实现局部加热;
⑥可进行多次分级、等温处理;根据需要,可进行快速加热。
盐浴炉的缺点也非常明显,主要表现在:
①不利于节能减排,对环境有污染;
②工件加热出炉时带出的废盐及残液,不但造成浪费,而且对工件有腐蚀,特别是粘在凹槽及盲孔中的盐;
③高、中盐浴炉浴面辐射损失较严重,热效率低下;
④不便于机械化、自动化操作。
1.3.1 热处理浴炉的分类
按热源分为燃料炉和电炉两大类。电炉又分为电阻加热浴炉和电极加热浴炉。
按工作温度可分为低温炉(150~550℃)、中温炉(550~1000℃)、高温炉(1000~1350℃)。
按加热方式分为外热式浴炉和内热式浴炉两大类。内热式又分为电阻加热式和电极加热式,在各种热处理浴炉中,以内热式电极盐浴炉的应用最为广泛。
按浴剂种类分为盐浴炉、碱浴炉、油浴炉和铅浴炉。
1.3.2 金属及其化合物的熔点
金属及其化合物的熔点见表1-10。
表1-10 金属及其化合物的熔点
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1.3.3 常用混合盐相图
常用混合盐分为3大部分:加热用盐(包括两次预热,高温加热)、分级冷却用盐及回火用盐。详见图1-2~图1-25。
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图1-2 NaCl-CaCl2相图
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图1-3 NaCl-KCl相图
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图1-4 BaCl2-CaCl2相图
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图1-5 BaCl2-KCl相图
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图1-6 BaCl2-NaCl相图
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图1-7 KCl-MgCl2相图
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图1-8 BaCl2-BaF2相图
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图1-9 Na2CO3-NaCl相图
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图1-10 Na2CO3-KCl相图
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图1-11 NaNO2-NaNO3相图
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图1-12 Ba(NO3)2-BaCl2相图
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图1-13 BaCl2-Na2B4O7相图
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图1-14 NaNO3-KNO3相图
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图1-15 NaNO2-NaNO3相图
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图1-16 CaCl2系熔盐相图
注:E点混合盐的成分为(w,%):21.2NaCl+30.7KCl+48.1BaCl2
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图1-17 BaCl2系熔盐相图
注:T点混合盐的成分为(w,%):25NaCl+41.7KCl+33.3CaCl2
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图1-18 NaOH-K2CO3相图
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图1-19 NaCN-KCN相图
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图1-20 CaCl2-KCl-NaCl相图
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图1-21 BaCl2-KCl-NaCl相图
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图1-22 CaCl2-BaCl2-NaCl相图
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图1-23 LiCl-NaCl-KCl相图
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图1-24 KCl-SrCl2-NaCl相图
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图1-25 KCl-MgCl2-NaCl相图
1.3.4 钢在盐浴中的加热特点
盐浴炉加热速度快,氧化脱碳轻微,适用于多品种小批量生产,曾被广泛应用。当前由于工业污染受到国际公约的制约,盐浴加热所产生的废气、废水、废渣对环境造成危害,即使是中性盐浴,氯化氢和亚硝酸盐的毒性也不容忽视,因此,在我国大中城市已明文禁止新设盐浴炉。但是在对盐浴“三废”无害化处理排放的条件下,不论国内国外,盐浴加热淬火,特别是工具行业还难以禁止,在工具制造比较发达的江苏、浙江等省,盐浴炉仍呈上升趋势(真空炉也在增长)。
熔盐在高温下加热的化学反应及其与钢的作用见表1-11。
表1-11 熔盐化学反应及其与钢的作用
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盐中杂质对热处理质量的影响见表1-12,各种盐在高温下的蒸发速度见表1-13,盐浴常用校正剂(脱氧剂)的脱氧反应、使用条件和脱氧效果见表1-14,不脱氧长效盐见表1-16。
表1-12 盐中杂质对热处理质量的影响
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表1-13 各种盐在高温下的蒸发速度
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注:用热天平测定的实得数据,仅供参考。
表1-14 盐溶常用校正剂的脱氧反应、使用条件及脱氧效果
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表1-15 在30%BaCl2+70%NaCl盐浴中加入校正剂的效果
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①在100g混合盐中的添加质量,g。
注:成分含量均指质量分数。
表1-16 不脱氧长效盐
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注:盐浴成分和碳含量均指质量分数。
表1-15所列为在30%BaCl2+70%NaCl(均为质量分数)盐浴中加入校正剂的效果。图1-26为30%BaCl2+70%NaCl混合盐在800℃时的老化(形成Na2O+BaO)速度。图1-27~图1-31所示为各种单盐和混合盐在不同温度和混合比条件下的盐浴带出的损失量。
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图1-26 30%BaCl2+70%NaCl盐浴(质量分数)在800℃时的老化速度
1—盐浴表面饱和水蒸气;2—常温大气压下饱和水分;3—含水分的N2;4—干燥空气;5—干燥N2
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图1-27 NaNO3浴的黏附量和温度的关系
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图1-28 NaCl、KCl、CaCl2单盐的黏附量与温度的关系
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图1-29 BaCl2单盐的黏附量与温度的关系
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图1-30 BaCl2+NaCl混合盐的黏附量与温度的关系
1—30%NaCl;2—50%NaCl;3—70%NaCl
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图1-31 BaCl2+NaCl混合盐的黏附量随成分的变化(900℃)