液氮在材料熱處理中的應(yīng)用
液氮即液體狀態(tài)的氮,。液氮可以通過專門的設(shè)備制取,,也可以在制取液氧的過程中作為副產(chǎn)品而得到,。
莆田液氮具有很低的溫度,其沸點為-195.8℃,,可以用作深冷劑,。液氮還可以從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài),成為氮氣,,可以作為保護(hù)氣體通人熱處理爐內(nèi),。在空氣中,氮氣所占的比例大,。液氮也不像液氧那樣易燃,、易爆,所以,,液氮具有資源豐富,、安全性較好等優(yōu)點,存材料熱處理方面有著以下主要用途:

1,、液氮在真空熱處理中的應(yīng)用
真空熱處理是國內(nèi)外正在采用的比較好的熱處理方法,,在真空熱處理中,往往離不開使用氮氣,。例如,,當(dāng)鋼鐵件在真空爐中加熱時,若真空程度過高,,則為防止工件材料中的合金元素?fù)]發(fā),,需對爐中回充適量的氮氣,以提離爐內(nèi)微量氣體的壓力,。又如,,在真空加熱油淬的真空淬火過程中,有時為了提高淬火油的冷卻能力,需在工件冷卻之前,,向真空爐中回充足夠的氮氣,。在高壓氣淬時,需要快速向真空爐中充入高于一個大氣壓的氮氣,。在鋼件真空回火時,,在抽真空后需回充氮氣以實現(xiàn)爐內(nèi)保護(hù)氣體循環(huán)均勻加熱,以及實現(xiàn)回火后的快速冷卻,。
真空熱處理所需的氮氣,,有各種不同的來源。由于液氮的密度遠(yuǎn)比氮氣大,,體積遠(yuǎn)比氮氣小,,便于運輸和貯藏,而且在大量供應(yīng)時價格也較便宜,。所以,,液氮是真空熱處理所用氮氣的重要來源之一。
在國外和我國上海等地,,有不少廠家就使用較大的專用儲存罐,,存放由液氮供應(yīng)廠商專車運送來的液氮,并將由液氮逐漸汽化而成的氮氣用于真空熱處理,。他們認(rèn)為,,使用液氮比使用瓶裝氮氣或采用制氮機制氮經(jīng)濟(jì)合算。
當(dāng)然,,是用液氮合算,,還是用瓶裝氮氣或制氮機供氮合算,這與當(dāng)?shù)氐臍庠礂l件,、以及熱處理生產(chǎn)廠用氮氣量的大小等具體情況有關(guān),。
2、液氮在材料深冷處理中的應(yīng)用
精密量具和一些精密器件,,要求其組織穩(wěn)定,,在使用和儲存中不變形。而其中有些鋼鐵制造的精密量具和器件,,在淬火后存在殘留奧氏體,。若不消除殘留奧氏體,則這些量具和器件就難以確保不變形,。消除這此殘余奧氏體的一個有效方法就對其進(jìn)行冷處理,,讓殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體,并通過回火使其變?yōu)榉€(wěn)定的回火組織,。
有些鋁合金件,,在切削加工或長儲,、使用中存在容易發(fā)生變形的問題。若不解決變形問題,,容易造成或者加工制造的廢品率高,、或者售出的產(chǎn)品質(zhì)量不好。這些變形問題,,往往與其原材料或切削加工產(chǎn)生的殘余內(nèi)應(yīng)力有關(guān),。解決這些變形問題,有時需要采取高低溫循環(huán)熱處理的方法消除殘余應(yīng)力,,其巾包含了冷處理-130℃以下低溫的深冷處理,。
為了消除鋁合金件淬火后的殘余應(yīng)力,有時也需要進(jìn)行反淬火,,即把淬火后的工件進(jìn)行深冷,,然后再用較快的升溫速度讓工件溫度提高,使其產(chǎn)生與淬火時相反的熱應(yīng)力,。
還有一些特殊用途的材料或產(chǎn)品,,為了使其滿足在低溫環(huán)境下使用的尺寸穩(wěn)定性和安全性要求,也需要經(jīng)過冷處理或深冷處理,。
由于液態(tài)氮的溫度為-196℃,,化學(xué)穩(wěn)定性也較好,,所以可以直接或間接地用于上述冷處理,。有些形狀較簡單,不用擔(dān)心深冷開裂,、不用擔(dān)心力學(xué)性能變化的鋁合金件或鋼件,,可以直接浸放入液氮中深冷處理。當(dāng)不能直接浸泡時,,可以采用液氮的揮發(fā)氣作為冷卻介質(zhì),。還可以將液氮作為制冷劑,使擺放工件的容器(低溫箱)降溫到所需的冷處理溫度,。
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