Gas för värmebehandling - Air Liquide

More documents

Recommendations

Info

8 Krav på atmosfären Förutom de rent ekonomiska kraven fi nns krav på säkerhet, till- gänglighet, fl exibilitet och förmåga att uppfylla de rena tekniska krav som ställs på atmosfären. Inom värmebehandling av metall- ler är de vanligaste ämnena som ingår i atmosfärens tekniska uppgift att överföra, till eller ifrån metall- ytan, kol, kväve och syre. Kol: uppkolning - avkolning - neutralhärdning Kväve: nitrering - nitrokarburering Syre: oxidation - reduktion En medveten överföring av t ex kol sker vid sätthärdning där stål ytan uppkolas för att sedan snabbt kylas. För att kunna säkerställa att rätt mängd kol överförs så att rätt kolhalt i stålet uppnås, måste atmosfären kunna styras med avseende på kolhalten (kolaktivitet) men också överföringsförmågan av kol är en viktig faktor. För kväve och nitrering gäller samma resonemang som för kol, d v s att atmosfärens kväveaktivitet måste styras samt att överförings- förmågan måste vara tillräcklig och anpassad till aktuella förhållanden. Överföring av syre i form av oxidation är i de fl esta fall en oönskad reaktion men tillämpas i vissa pro- cesser. Vid reduktion vill man att atmosfären skall överföra syre från stålytan till gasen. Merparten av alla glödgningar och värme- behandlingsprocesser sker med reducerande atmosfär för att und- vika oxidation och för att reducera redan förekommande oxid så att en blank yta erhålls efter processen. En annan mycket viktig uppgift för atmosfären är att överföra värme till eller ifrån godset. Exempel på gaser inom värmebehandling. Valet av atmosfär är i första hand beroende av beskaffenheten på materialet och vilken värmebe- handling som skall utföras. Skall enbart en rent termisk cykel genomföras fi nns inte kravet att atmosfären skall vara aktiv t ex uppkolande eller nitrerande. Dock kan atmosfären vara styrd neutral med avseende på t ex kol. I de fl esta fall gäller att atmosfären inte skall oxidera behandlat gods utan vara reducerande. Beroende på materia- lets legeringsinnehåll kan atmosfä- ren vara mer eller mindre torr, d v s i fråga om en väte-kväveatmosfär ha olika vatteninnehåll. Ugnsutrustningens utförande och kvalitet är också en viktig faktor vid val av atmosfär. I en icke helt tät ugn med luftläckage kan det t ex vara nödvändigt att använda en väte-kväveatmosfär i motsats till en tät ugn där enbart kvävgas skulle duga som atmosfär. I följande kapitel kommer några typer av atmosfärer för olika vär- mebehandlingar och material att diskuteras.
Neutral och reducerande atmosfär Kväveatmosfär Kvävgas används förutom som säkerhets- eller inerteringsgas, också som atmosfär där materialet inte kräver en reducerande verkan. Kvävgasen innehåller, beroende på kvalitet, alltid en mindre mängd syre och vatten, för LIN-kvalitet i storleksordningen < 10 ppm. För många värmebehandlingar är detta fullt tillräckligt. Typiska tillämpningar där ren kvävgas används som atmosfär är t ex - inertgas under kylförloppet vid - vakuumhärdning - oxidfri glödgning och anlöpning - av stål - glödgning av koppar Tillämpningsområdet för ren kvävgas är beroende av ugnsutrustningens beskaffenhet. En otät ugn innebär att syre läcker in och spolierar den ursprungliga kvalite- ten på tillsatt gas. Kväve-väteatmosfär Genom att använda en blandning av kvävgas och vätgas får man en atmosfär som är reducerande. Reduktionsförmågan är beroende av atmosfärens vätgas- och vat- tenhalt. För oxidation/reduktion av en metall generellt (i nedanstående formel betecknad, Me) med vatten gäller: där jämviktskonstanten uttrycks: Aktiviteten för metall respektive oxid sätts oftast till 1. Genom att välja detta s k standardtillstånd för metall respektive metalloxid får man enklare beräkningar. Jäm vikts- kon stan ten kan då uttryckas enligt nedan: Me + H2O < > MeO + H2 K Me / MeO = a MeO .p H2 a Me .p H2O K Me / MeO = p H2 p H2 O Av ovanstående förstår man att jämviktskonstanten K Me / MeO beskri- ver när halten vätgas i relation till vattenhalten i atmosfären utgör den punkt där metall och metalloxid är i jämvikt. Det betyder att om förhållandet mellan väte och vatten är större än K Me / MeO så sker en reduktion av metalloxiden, och om förhållandet är mindre, sker en oxidation av metallen. Generellt gäller också att jämvikts- konstanten K Me / MeO är beroende av temperaturen, där värdet på K Me / MeO ökar med sjunkande temperatur, vilket innebär att kravet på reduktionsförmågan hos atmosfä- ren är större vid lägre temperatur. Det är därför alltid viktigt att känna till atmosfärens vätgas- och vat- teninnehåll. Vattenhalten uttrycks ofta som ”daggpunkt” vilket mot- svarar den temperatur där vattnet i atmosfären kondenserar, se Tabell 1 sid 17. Järnoxider När järn och stål värms upp i oxiderande miljö bildas olika oxider beroende på temperatur och atmosfärens syrehalt. I det vanligaste temperaturområdet för värmebehandlingar (vanligtvis över 650°C utom för anlöpning) är det t ex risk att wüstit (FeO) bildas. I en väte-kväveatmosfär sker reduk- tionen av FeO enligt: FeO + H < > 2 Fe + H2O (Observera att reaktionsformeln är skriven åt motsatt håll jämfört med det generella fallet ovan vilket innebär att K = 1/ K Me / MeO) Figur 4 visar jämviktskurvorna för järn och några järnoxider som funktion av temperatur och 9
Page 1: Gas för värmebehandling Metoder o
Page 4 and 5: 4 Allmänt om industrigaser Industr
Page 6 and 7: 6 Generatorgas - Krackerga Ett ekon
Page 10 and 11: 10 forts. Neutral och reducera Temp
Page 12 and 13: 12 Uppkolande atmosfär Uppkolande
Page 14 and 15: 14 Nitrerande atmosfär Nitrering o
Page 16 and 17: 16 Övrig värmebehandling Värmebe
Page 18 and 19: 18 Tabell 2 mV signal vid 60% metan
Page 20: Air Liquide Gas AB är medlem i Air

Gas för värmebehandling - Air Liquide

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?