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为了将TD技术进一步应用于工业生产,本文针对限制TD技术进一步应用的几个关键技术问题进行研究。从TD处理中坩埚腐蚀及其寿命、盐浴老化及其寿命、盐浴的偏析、TD技术表面处理与整体热处理的合理配置、设备功能与结构的改进等问题入手,设计出一种具备温度精确自控功能、空气隔离功能、克服盐浴偏析及改善流动性的搅拌功能、炉盖密封及自动升降功能、节能功能的新型外热式坩埚TD盐浴炉。获得实验分析结果和结论如下:
(1)通过实验分析,在硼砂盐浴中,随着Cr的质量分数的增加,不锈钢单位面积腐蚀量出现了急剧增加或减少的情况。Cr-Ni不锈钢的单位面积腐蚀量急剧增加的临界Cr的质量分数为17％,钢中Cr含量约在20％时得到较佳的耐蚀性。在硼砂盐浴中,随着Ni的质量分数的增加,钢的单位面积腐蚀量也出现了先急剧增加然后急剧减少的情况。但不同的是,在Ni的质量分数大于35％以后,不管钢中含Cr量是高还是低,随着Ni质量分数的增加,单位面积腐蚀量趋于平缓。Cr-Ni不锈钢的单位面积腐蚀量急剧增加的临界Ni的质量分数为12％,钢中Ni含量约在35％时得到最佳的耐蚀性。腐蚀主要集中在硼砂与空气的交界面处,其它部位腐蚀较弱。硼砂浴中Na2O和B2O3的存在加速了试样的腐蚀。
(2)针对残盐分析的试验结果及生产实际的各方因素,得出老化机理。TD熔盐的硼砂完全分解;NA2O在反应过程中自始至终存在,而且越到反应后期越明显;反应初期,由于硼砂的分解,有大量的B2O3产生,并有相对应的峰,随着反应的进行,B2O3不存在;作为还原剂的B4C在反应的前期是充足的,发生反应后甚至还是有剩余的,但随着反应,被还原处理的钒不断被氧化,需要重新还原,B4C不断被消耗,在后期B4C甚至不存在;BF3没有明显的试验峰与之对应,反应生成的产物可能不是BF3,而是与之类似的高熔点氟化物;整个反应过程中V2O5是盈余的,波峰强度保持相对稳定说明其盈余量是较大的;NaF是参与反应的,而且随着反应的进行,NaF的量逐渐减少;钒是以自由原子的形式存在,而不是金属晶体的形式存在。本文针对实验数据得出的老化机理提出如下防盐浴老化措施:对TD处理采用保护气体隔离氧气的措施,降低待渗自由金属原子的氧化,防止还原剂被氧化;对产生的可能如BF3、SiO2等高熔点固体,定期捞渣是降低老化,延长盐浴寿命的一个必要措施;增加搅拌装置;添加NaF等活化剂,活化熔盐;定期补充还原剂;添加稀土,利用稀土的还原和催化作用延长盐浴寿命。
(3)通过对渗铬的残盐分析得出偏析的机理。偏析的产生与其配方成份的比重不同、活化剂、还原剂、粒度大小、反应温度等因素相关。当没有搅拌的情况下,偏析现象存在,例如最底层的氧化铬是项层的4.5倍之多。当熔盐中存在卤化物时,熔盐的偏析程度降低。熔盐偏析时密度大的如三氧化二铬偏析严重,这将严重影响渗铬的效果。当顶部没有足够的铬时,难以保证渗铬效果。密度较轻的还原剂漂浮在顶部,底部缺乏足够的还原剂也难以保证底部的渗铬效果。基于实验分析和理论研究本文提出四大措施来克服偏析问题。
(4)针对山东兴民钢圈股份有限公司热处理车间滚圆模进行TD渗钒处理,对TD渗金属和TD最终热处理的工艺优化问题进行了深入的分析和探讨,进行合理优化配置,选择TD渗钒处理后随炉冷至830℃,然后在100℃开水中淬火得到比较厚的覆层,基体硬度很高,晶粒也得到细化,具备较高的工业应用价值。
(5)针对坩埚腐蚀问题、盐浴老化问题、盐浴偏析问题以及现有TD处理设备的一些缺陷,尤其在节能、盐浴偏析进行综合考虑,对现有外热式坩埚TD盐浴炉进行了改进式设计。从结构与功能上添加了盐浴温度精确自控功能、空气隔离功能、克服盐浴偏析及改善流动性的搅拌功能、炉盖密封及自动升降功能、节能功能等,最后给出了改进后的外热式坩埚TD盐浴炉的尺寸计算。改进后的外热式坩埚TD盐浴炉在功能、性能、操作方便性、热效率及使用寿命均得到显著改善。