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    在歷史的進程中,古人是怎么樣對厚壁管進行熱處理的?

    返回列表 來源:厚壁鋼管 發布日期: 2022.03.30

    在歷史的進程中,古人是怎么樣對厚壁管進行熱處理的?

      首先厚壁管化學反應熱處理簡介:

      厚壁管化學熱處理,是把工件放在活性介質中加熱,使工件在一定溫度下加熱,使一種或多種元素滲透到鋼表面,利用化學反應,有時還用物理方法同時改變鋼件表面的化學成分和組織結構,從而獲得優于均質材料的熱處理工藝。

      近代離子氮化技術:

      機器部件的故障和損壞主要發生在表面層,特別是在磨損、疲勞、金屬腐蝕、氧化等條件下。

      鋼構件經過化學熱處理后,可視為一種特種復合材料。心部分為原始成分的鋼,表層為合金元素滲透材料。心和表面之間是緊密的晶形結合,這比電鍍層等表面復層技術得到的心、表部位的結合要好得多。

      離子滲氮爐

      厚壁管化學熱處理有很多種方法,通常以滲碳、滲氮、滲硼、滲硫、滲鋁、滲鉻、滲硅、碳氮化、氧氮化、硫化物、碳氮化、氧氮化、硫氰化、碳氮化、硫氰化和碳,氮、硫、氧、硼、硼、五元共滲、碳、硫、硫、五元共滲、碳、硫、硫、硫、五元共滲、碳、硫、硫、硼五元共滲、碳、硫、硫、五元共滲、碳、氮、氮、硼、硼五元共滲、碳、氮、氮、硼、古老化學熱處理:

      傳統的化學熱處理主要是通過表面滲碳、滲碳增氮、表面氮化等方法來改變設備表面或局部的化學成分和力學性質。

      表面滲碳:

      西漢中葉的劉勝佩劍和錯金書刀中碳含量最低的0.05%,至少可以推到漢魏時期。最大值為0.150.4%,表層碳含量為0.6%以上,漢魏時期洛池地區有一把鐵鐮,刀刃中央珠光體的體積是30%,邊緣則是70%。很明顯,這種碳分布是由表面滲碳引起的。

      圖3錯誤刀片上高碳、低碳層狀組織,夾雜在高碳層。

      通過對劉勝錯金書刀的分析,還發現材料加工層間界面的夾雜中含鈣、磷、鋁含量較高。據稱,這很有可能是使用了骨粉催滲劑。若真如此,則說明我國的滲碳技術在漢魏時期已達到較高水平,使用催滲劑提高滲碳效率。

      根據《春秋》中的《吳越族譜》記載,鑄劍師干將在劍的時候,遇上“金鐵之精不銷賣”,于是就把刀子放進爐子里,然后把刀子放到爐子里去,然后再用刀子把刀子放進爐子里。于是就成劍,陽曰干,陰曰莫,陽做龜,陰作漫理。楊寬認為這是一種以海綿鐵為原料的固體滲碳材料。

      據所述“三百人鼓鼓鼓裝”的情況看,更象一種液體滲碳,可視為劍身之物,在以鐵屑及含碳質材料為主的鐵屑滲劑中加熱,使滲劑中的鐵達到一定含碳量后,便形成了“金鐵粉”,在這個時候,鐵屑、鐵屑與含碳物質發生反應而熔化,“濕”是指鋼坯沒有完全熔化。

      在當時的加熱溫度限制下,用三百人鼓鼓炭可以使煉鋼的爐溫達到鐵碳合金熔點的下限1148℃,這樣就可以使鐵碳鋼鑄坯獲得滲碳效果。

      自那以后,《吳越春秋》描寫的事件很可能成為液體滲碳的開端。很明顯,液態滲碳是當時金屬加工技術上的一項突破,無怪乎前人對這一重彩的贊美。但在此之前,工匠采用了一種沒有熔融滲碳劑的固體滲碳方法。文件分析認為,干將制劍事件發生于公元前6世紀。

      明宋應星在《天工開物》卷十中曾談到一種造針的滲碳工藝:先用冷拔法,將“熟鐵”剪成針的雛形,再將坯料“入釜慢火炒,炒后將土末入松木、火矢,大豆豉三物(yán)蓋,下加火蒸,二、三次,插在它的外面,以試火候。它的外針著手捻成碎,則卜針火候均足,再以開封入水健之”。

      這種“慢火煎煮”的目的主要是消除坯料成型時的內應力。松木火矢是固體滲碳劑的一種,同書中還指出,木為“非閉穴火”所得木材為主要滲透劑;豆豉含碳物為輔助滲入劑,土末為分散劑,對防止碳物質相互粘結、炭黑析出有一定作用。

      宋應星天工開物中抽線琢針圖

      松木屬、火矢、豆豉為滲碳劑?!赶禄馃?,即滲碳過程。介紹了一套滲碳工藝操作:滲碳在釜內進行,有消除應力作用,滲碳效果好,有指示針。這種工藝比較成熟。我國民間稱之為“燜鋼”,到了近代,仍盛行于河南等地。

      宋應星所說的滲碳劑是固體,我國在明清時期還用過膏狀的滲碳劑。其過程是,首先將滲碳劑涂在需要處理的地方,然后進入火爐,加熱,使碳滲入。

      《實用圖篆》卷十五制造類。點鐵條上寫著:“點鐵塊,亂發俱鍛灰,細研,水調涂刀,燒紅,磨之?!边@一所謂的“羊角灰”,“亂發灰”都含有碳酸鈣,作為滲碳劑,研磨后與水調和成膏狀,涂在刀口就可以“入火”加熱滲碳。

      清代,陳克恕《篆刻堿度》七“煉刀”條寫道:“以酒蟹鉗嘴燒灰。還用蟹酒調涂刀口,入火燒紅。并用蟹酒淬之。先用火鉗把灰漿先燒紅。變得愈加堅固。依法煉畢,仍以火燒紅寸許,取懸火上,加昂出火。漸退,相其口上色變白,不可亦淬,變之脆。即轉黃轉青,淬火適度可用。為時已晚,則已過矣”。這是一種滲碳劑,它是一種催滲劑,一種淬火用的蟹酒。全過程分兩步進行:一是通過對滲碳淬火反復加熱以提高刀刃硬度;二是回火處理,根據回火的顏色判斷“適度”火候。

      滲碳增氮:

      表面滲劑一般為部分含碳物,主要是對工件進行滲碳;另外,明清時期,人們又用一種含氮滲劑,也常制成膏狀,在滲碳時,可能會有一些氮滲入,即現在所稱的碳氮共滲。

      “以菊花鋼鍛為刀,刀成乃礪,以劍為劍,以劍為劍,劍為劍,劍為劍,劍為劍,劍為劍。以桂(ruó)皮灰、牛角灰、鹽、鹵砂為原料,每一分、五分、五分。在燈上燒紅為度。一法加甘草水,一法加醋,一法加醋。復煉如前。藥到病除。煉鋼再磨”。這種「煉」就是加熱來進行碳、氮共滲。"菊花鋼"是有花紋的鋼。

      在這種工藝配方中,若皮是禾本科竹的一種皮革,其毛皮和毛皮燒制的灰分中含有一定的碳成分,當然含有氮。然而,綠鹽的主要成分是氯化鈉,這是滲碳處理中常用的促進劑。綠鹽主要用于熔化。因此,它可能屬于固液化學熱處理。

      該工藝中鹵砂是氯化銨的一種天然產品,含氮,主要目的是提供氮氣。復煉如前”主要是循環式滲透,根據“燒紅為度”,可判定其溫度在650℃左右,因此,此工藝極有可能是一種氮碳共滲。

      表面滲氮:

      同時,在對古代文獻進行分析時,也發現古人只對含氮物質進行處理?!竾L新刀者,以豬的牙齒、發與硝,各燒灰等分,調畫刀口,如鋸齒,號為馬牙鋼。它是一種硝酸鉀,屬于氮源原料。

      《物理小識》卷八“器用類淬刀”條說:“以醬同硝涂刀,鍛赤淬火。

      在這種情況下,可主要用作粘合劑,而硝酸鉀為主滲劑。當加熱時,硝酸鉀分解成亞硝酸鉀,而亞硝酸鉀加熱時會使氮原子發生沉淀,所以硝酸鉀可以用作氮化鉀。用硝酸鉀作滲氮劑的滲氮法目前仍有替代氰化鹽用于液滲氮。其中,氯胺和硝酸鉀的有效作用溫度都在700℃以下。如果以鹵砂和硝為滲入劑,古人一般不采用700℃以上的處理方法,因此,上述處理可考慮為氮化作用。

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