粉末冶金产品水蒸气处理条件的研究.pdf

第 2 2卷第 4期 2 0 1 2年 8月 粉末 冶 金工 业 POW DER M ET ALLURGY I NDUS TRY Vo1 ．2 2 NO． 4 Au g．20 12 粉末冶金产品水蒸气处理条件的研究 曾锦 艳 ， 赵善杰 ， 沈华 东睦 江 门 粉末 冶金有 限公 司工程技术研发 中心 ， 江门 5 2 9 0 0 0 摘要 水 蒸 气处理 工艺被 广泛地 运 用 于粉 末 冶金 零 件 的封 孔 处理 。本 文 针 对影 响 水 蒸 气处 理效果的压力、 温度、 时间、 水蒸气与 H。比例 等各 因素做详细的解析。从宏观和微观上分析 其对 水 蒸气处理 效果 的影 响机理 及其 最终 效果 ， 从 而为 生产工 艺 的制 定提供 切 实 可行 的依 据 。 关键词 水蒸 气处理 ； 粉末 冶金 ； 压 力 ； 温度 ； 时间 中图分 类 号 T F 1 2 5 ． 6 文 献标识 码 A 文章 编号 1 0 0 6 6 5 4 3 2 0 1 2 0 4 0 0 4 1 0 5 S T UD Y ON S TE AM T RE ATME NT C OND I TI O N O F P ／ M P RO DUC T S Z ENG J i n - y a n， Z HAO S h a n - j i e ，S HE N Hu a NBTM J i a n g Me n P o wd e r Me t a l l u r g y CO．。 LTD．E n g i n e e r i n g Te c h n o l o g y Re s e a r c h RD Ce n t e r ， J i a n g me n 5 2 9 0 0 0 。C h i n a Ab s t r a c t St e a m t r e a t me n t i s wi d e l y us e d i n p owd e r me t a l l ur g y i n o r d e r t o s e a l h o l e s e xi t i n g i n pr o du c t s ．The p r e s s ur e，t e m p e r a t u r e，t i m e a n d t he r a t i o be t we e n H 2 O a nd H 2 we r e a n a l ys e d i n d e t a i l ， wh i c h p l a y a n i mp o r t a n t r o l e i n s t e a m t r e a t me n t ．Th e i n f l u e n c e m e c h a ni s m a nd f i n a l e f f e c t o f e a c h f a c t o r i n s t e a m t r e a t me n t we r e a n a l y s e d ma c r o s c o p i c a l l y a n d mi c r o s c o p i c a l l y ，wh i c h c a n p r o v i d e a p r a c t i c a l b a s i s f o r t h e e s t a b l i s h me n t o f pr o d u c t i o n t e c h n o l o g y ． Ke y wo r d s s t e a m t r e a t me n t ；p owd e r me t a l l u r gy；p r e s s ur e；t e mpe r a t ur e；t i me 粉末冶金产品的水蒸气处理作为一种实用 、 低 成本的表面处理方式已得到广泛的使用 。为了达到 防锈、 耐磨、 封孔等各种性能要求 ， 我们需要制定不 同 的处 理工 艺 。长期 以来 ， 由于 对 工 艺 过程 理 解 的 不 同 ， 对 同一种 性能要 求 ， 也 会 出现很 多不 同 的处 理 工艺 。水蒸 气处 理效果 的 鉴定在 很多 企业都 只是 以 满足 客户要 求为 标 准 ， 所 以 即使 是 同一个 集 团公 司 内部 ， 对同一种性能要求 ， 各分公司制定 出来的工艺 也有很大的差异。本文通过对这些差异的探讨， 结合 微观理论的分析 ， 最终为生产工艺的制定提供依据。 1 试验 1 ． 1 压 力试 验 指定两个工业用水蒸气井式处理炉 ， 水蒸气处 理炉的压力分别设置为 0 ． 0 2 5 MP和 0 ． 0 1 MP， 其 他参数保持一致。各放入两个质量相差 0 ． 1 g以内 保证密度一致 的 同种产品， 处 理时问都设置为 5 4 0 ℃ 3 h 5 7 0 ℃ 2 ． 5 h 。 1 ． 2不 同处 理 时间的 增重试 验 准备 好重 量相 差 0 ． 1 g以内 保 证 密度 一致 的 6件同种产品， 两个一组全部放入水蒸气处理炉中， 以 5 6 0 ℃ X 4 h 5 9 0 ℃ 1 h ， 0 ． 0 2 5 MP a 压 力 的 工 艺处理。处理过程 中以到温算起 ， 每两个小时拿出 一 组 ， 出炉 时拿 第三组 。 1 ． 3 使用较高的处理温度 将水 蒸气 处 理 的温 度 定 为 5 7 0 ℃ 2 ． 5 h 5 9 O ℃2 h ， 多次生产 。 收稿 日期 2 0 1 1 1 2 2 1 作者简介 曾锦艳 1 9 8 3 一 ， 女 汉 ， 广东江门人 ， 工程师 ， 从事粉末冶金零件研发工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 曾锦艳等 粉末冶金产 品水蒸气处理条件的研究 4 3 样 做 l ’ 6 0 MP a ， 3 mi n的气 密性 检 测 均合 格 。这 说 明铁 的氧化 到 4 h已经停 止 。也说 明 了需 要 封孔 的 铁基 产 品减 少处 理 时间 的可行 性 。结 合试 验 1 ． 1 可 知 ， 通过增加炉压来减少处理时间可 以成为企业 降 低 能耗 的切 入 点 。 从表 中还可 以看 出 ， 第 3 、 4个 小 时产 品增 重 只 有 0 ． 2 5 左右。这说 明参加反应 的铁 已经大量减 少 ， 必须 同时将 水 蒸气 的通 入 量 降低 以免 产 生 不 良 的处理 表层 。然 而 水蒸 气 的 量 应该 怎 样控 制 ， 本 人 通过热力学的计算 ， 认为 B e i s s [ 1 的平衡 曲线图具有 较好 的参 考意义 ， 见 表 2 ， 图 5 [ 1 ] 。另 外 ， F e 。 o。的生 成虽然很难来 自 F e 。 O 需要 H ／ H O的摩尔分压 比接近 O ， 但 由 F e生成却比较容易 。因此， 通过下 式 ， 采用热力学的方法计算对反应方 向起决定作用 的 H2 O／H2 2 Fe 3 H 2 O Fe 2 O3 3 H2 表 2计算所需的热力学数据 詈 三 姜 图 5 E 1 铁 ， 水蒸气 。 铁氧化物 ， 氢 之间的平衡条件 2 5 ℃ 2 9 8 ． 1 5 K 时 标 准 摩 尔 反 应 焓 H 一 一 8 2 4 ． 2 3 2 41 ． 8 2一 9 8 ． 7 4 标准摩 尔 反 应 吉布 斯 函数 △ G 一 一 7 4 2 ． 2 2 2 8． 5 7 3 一一 5 6． 4 9 反应 热 容 变 化 △ C ． 一 3 2 8 ． 8 2 1 0 3 ． 8 3 3 3 ． 5 8 2 2 5 ．1 3 9 ．3 2 n K 一 一 2 2 ．7 9 ， 由 一 △ ～ C H 一 A r C 丁 ， A C 为常数， 两边积分 得 I d A H 一 l △ ， C 丁 △ H △ rC 丁 C 将 △ H ， △ c ， 数值带入求得 C一 一9 8 ． 7 4 3 9 ． 3 22 9 8 ． 1 5 ／ 1 0 0 0 一 一1 1 0 ． 4 6 将① 式 带 入 等 压 方 程 d l n K 得 d l n Ke 一 T R T n T R 。 ⋯ ⋯ R丁⋯ ‘ R z d T ln K ln T 一 C 1 a z g 8 ． 1 5 K 的 I n K ， △ ， c t ， ， C值代人上式 ， 求得 C --4 8 ． 7 2 所 以 l n K 一 垒 l n 丁 一 48 ． 7 2 当 T一 5 4 0 C 8 1 3 ． 1 5 K 时 ， 查 表 并 计 算 得 Cp ． H2 o 一 3 9 ．6， Cp ， I {2 一 3 0 ． 2 此时 △ ， c； ， 一33 0 ． 2 1 0 3 ． 8 3 3 9 ． 6 2 X 2 5 ． 1 2 5 ． 4 ， 所 以 l n 麟 K l n 8 1 3 ． 1 5 ～ 4 8 ．7 2 1 1 I 9 1 一 6． 7 2 1 0 由 K5 l 3 ． 一 。 P “ 2 0 ． 0 1 8 8 7 ,即 l “ H20 53 同理 ， 可算 出 4 o o c ， -t H zO 一 9 ． 01 结合 B e i s s [ 的平衡曲线图和热力学计算结果 ， 可以作如下分析 设定刚开始通入水蒸气时， 反应炉 温度在 5 4 o C左右。由于此时炉 内氮气 已将空气驱 除干净 ， 氢气尚未生成 ， 气压相对较低 ， 反应 ／ H 一2 0比 值 是 很 大 的 ， 远 大于 5 3。 在 牛 成 Fe O 的 同时 不 可 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 曾锦艳等 粉末冶金产品水蒸气处理条件 的研究 4 5 温 度 ， 反应也 已经 跨越 生 成 F e O 的相 区 ， 对 反应 不 会 造 成严 重 的负 面 影 响 。但 为 了 防 止 F e z 。的生 成， 建议还是要在后期限制水蒸气 的通入量 以控制 n - H 一 20 ，此时温度不宜高于 5 7 1 C。 』H 3 结 论 1 增加水蒸气处理压力， 可 以缩短产品处理 的时 间 。 2 产品处理过程中 ， 要注意控制水蒸气的通 P， ． 人量， 以控制水蒸气． 11 氢气 的比值 ， 防止 中1 9 』_H 2 产 物 F e 。 O 。的生成 ， 影 响处 理层 的性 能 。 3 水 蒸气 处理 前产 品微 量 的发 红不 是 造成 产 品处理后 发 红的原 因。产 品处理 后发 红原 因可 归结 为 水汽 的凝 聚和局 部反 应温 度过 低 。 4 前期 处 理 温 度 过 高 ， 会 造 成 处理 层 增 厚 和 扩散 层不 良。 参 考文 献 [ 1 ] Gi a n， F i l i p p o， B o c c h i n i ．S t e e m Tr e a t me n t o f F e r r o u s P ／ M P a r t s [ J ] ．Ad v a n c e s i n P o wd e r Me t a l l u r g y 8 L Pa r t i c u l a t e M a t e r i a l s， 1 9 92， 4 2卜26 ． E 2 ] We n F u n g Wa n g ．E f f e c t o f P o wd e r Ty p e a n d C o mp a c t i o n Pr e s s ur e o n t he De ns i t y，Ha r dn e s s a nd ． Oxi da t i o n Re s i s t a n c e o f S i n t e r e d a n d S t e a m t r e a t e d S t e e l s [ J ] ． J o u r n a l o f Ma t e r i a l s E n g i n e e r i n g a n d P e r f o r ma n c e ， 2 0 0 7， 6 5 5 3 3 5 3 8 ． E 3 ] 张华诚 ． 粉末 冶金实用工 艺学[ M] ． 北京 冶金工业 出 版社 ， 2 0 0 4 2 5 4 - 2 5 6 ． [ 4 ] 邵 瑞 ． 铁基粉末冶金 配流盘蒸汽处理表面发红质量问 题分析[ J ] ． 长沙 湖南有色金属 ， 2 0 0 9 ， 2 5 5 6 8 - 7 0 ． I- 5 ] 胡赓祥 ，蔡 殉 ，戎 咏华 ，编著 ．材 料科 学基 础[ M] ． 上海 上海交通 大学 出版社 ， 2 0 0 6 ． 行 业 动 态 中国稀 土行 业协会在京成 立 中图分类 号 TF 1 2 文献 标识 码 D 2 0 1 2年 4月 8日， 中国稀 土 行业协 会 在 京成 立 。该 协 会 为 国家 一 级 行业 协 会 ， 拥 有包 括 中铝 、 五矿 、 中 国有色、 中国钢研、 有研总院、 包钢集 团、 赣州稀土 、 广晟有色等 1 3家发起单位在内的 1 5 5家会员 ， 覆盖我国 稀土行业矿山、 冶炼分离 、 深加工、 应用等产业链各环节 。工信部部长苗圩和 中国工程院副院长干勇为中国 稀 土行 业协 会揭 牌 。干 勇出任 中 国稀土行 业 协会第 一 任会 长 ， 同时兼 任 中国稀 土学会 理事 长 。 工信部副部长苏波在成立大会上表示， 中国稀土行业协会要充分发挥协会服务、 自律和维权职能 ， 进一 步推动稀土行业健康发展 ， 继续整顿稀土行业秩序 ， 继续开展稀土行业环境治理 ， 加强环保核查 ， 对稀土资源 实行更为严格的环保性开采政策 ， 加快组建大型稀土企业集 团， 严格执行指令性计划 ， 进一步加强法规建设 ， 推动 稀 土行业 调整 升级 。 干勇指出， 国务院关于促进稀土行业持续健康发展的若干意见 出台后 ， 我 国稀土行业发展出现了好势 头 一是通过开展专项整治行动， 行业秩序进一步规范 ； 二是提高稀土资源税征收标准 ， 稀土工业污染物排 放标准 等配套政策陆续 出台实施 ， 稀土行业管理法规体系逐步完善 ； 三是整合步伐逐步加快 ， 大企业主导稀 土 产业 发展 的格 局正在 形成 ； 四是 发 展高端 稀 土应用 产业 成为 地方 和企 业 的主攻 方 向 ， 带动稀 土产 业结 构进 一 步优 化 ； 五是稀 土产 品价 值理 性 回归 ， 世 界稀 土供应 和产业 发 展 格局 逐 步 改变 ， 我 国稀土 行业 正 逐 步迈 人 新 的发 展 阶段 。 干勇强调， 要清醒认识行业发展中存在的资源利用率低 、 环境污染严重、 应用产业发展滞后等问题 。特 别是今年 3月 1 3日， 美 、 欧 、 日就我国稀土出 口向世贸组织提起诉讼 ， 迫切要求我们尽快适应世贸组织规则 ， 加强稀土管理， 努力实现稀土行业持续健康发展。同时 ， 要抓紧建立行业 自律规范， 积极 引导会员企业遵守 国家稀土政策 ， 开展诚信经营 ， 倡导公平竞争 ， 树立企业承担社会责任的良好形象 ； 探索建立行业价格形成机 制 ， 推 动上下 游产 业 协调发 展 。该协 会成 立后 ， 有望 推进 我 国稀 土 行业 布 局 的进 一 步优 化 ， 形成 数 家 大 型轻 稀土企业集 团和中重稀土企业集团。包头稀土研究院院长杨 占锋表示， 包头从采矿 、 冶炼分离 、 材料等各环 节引领着国内稀土行业发展 ， 不仅可 以打造大型稀土集团， 而且可 以建设示范性稀土生产基地。 道 松 摘 自中国 冶金报 3 2 0 1 2 0 4 1 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m