발열 분위기의 두 가지 주요 유형은 풍부(또는 농축) 및 희박(또는 경량)입니다. 이는 공기 대 가스 혼합 비율에 따라 구분되며, 이는 화학적 구성과 "환원" 잠재력을 결정합니다. 풍부 분위기는 산화를 방지하기 위해 더 높은 수준의 수소와 일산화탄소를 포함하는 반면, 희박 분위기는 환원제가 적으며 표면 보호가 덜 중요하거나 산화가 필요한 경우에 사용됩니다.
풍부 분위기와 희박 분위기 사이의 선택은 근본적으로 보호와 비용 간의 절충입니다. 풍부 분위기는 강철 표면을 보호하기 위한 "환원" 환경을 제공하는 반면, 희박 분위기는 구리와 같은 비철금속 또는 의도적인 산화가 필요한 공정을 위한 비용 효율적인 솔루션입니다.
1. 풍부 발열 분위기
이 분위기는 공기 대 가스 혼합 비율이 낮기 때문에 종종 "농축"이라고 불립니다. 환원 가스의 농도가 높아 화학적으로 활성이 있어 표면 손상을 방지합니다.
화학적 구성
풍부 분위기는 일반적으로 질소(N2) 71.5%, 수소(H2) 12.5%, 일산화탄소(CO) 10.5%, 이산화탄소(CO2) 5%, 메탄(CH4) 약 0.5%로 구성됩니다.
"환원" 기능
수소와 일산화탄소의 상당한 존재(총 약 23%)는 환원 환경을 조성합니다. 이는 분위기가 산소를 적극적으로 제거하여 처리 중인 금속과 반응하는 것을 방지한다는 것을 의미합니다.
주요 응용 분야
보호 특성 때문에 풍부 발열 가스는 철강 열처리의 표준입니다.
- 강철 템퍼링 및 어닐링: 저탄소강을 탈탄(강철 표면에서 탄소 손실)하지 않도록 처리하는 데 필수적입니다.
- 브레이징: 구리 및 은 브레이징에 널리 사용됩니다.
- 소결: 분말 야금 소결 응용 분야에 선호되는 분위기입니다.
2. 희박 발열 분위기
"경량" 발열 분위기라고도 하는 이 분위기는 더 높은 공기 대 가스 비율로 생성됩니다. 이는 거의 완전한 연소를 초래하여 가스에 가연성 또는 환원성 성분이 거의 남지 않게 합니다.
화학적 구성
희박 분위기는 주로 질소(86.8%)와 이산화탄소(10.5%)로 구성됩니다. 환원 가스 함량이 매우 낮으며, 일산화탄소는 약 1.5%, 수소는 1.2%에 불과합니다.
"산화" 기능
수소 함량이 낮고 이산화탄소 함량이 높기 때문에 이 분위기는 강철의 밝은 열처리에 적합하지 않습니다. 강철의 맥락에서 높은 CO2 함량은 산화제로 작용하여 금속 표면을 스케일링하거나 변색시킵니다.
주요 응용 분야
희박 분위기는 환원 환경이 필요하지 않거나 의도적인 표면 산화가 필요한 공정에 사용됩니다.
- 구리 어닐링: 강철에 산화성이지만 이 분위기는 구리 어닐링에 적합합니다.
- 제어 산화: 표면으로부터의 보호보다는 표면과의 화학 반응을 요구하는 공정에 특별히 선택됩니다.
절충점 이해
분위기를 선택할 때는 화학적 활성과 재료 민감도 간의 균형을 맞춰야 합니다.
탈탄 위험
강철에 희박 분위기를 사용하면 높은 CO2 함량이 강철 표면의 탄소와 반응합니다. 이는 탈탄을 유발하여 부드럽고 약한 표면층을 생성합니다. 저탄소강의 탄소 수준을 유지하려면 풍부 분위기가 필요합니다.
안전 및 가연성
풍부 분위기는 20% 이상의 가연성 가스(H2 및 CO)를 포함하므로 인화성이 있어 신중한 취급 및 안전 프로토콜이 필요합니다. 희박 분위기는 4% 미만의 가연성 가스를 포함하여 일반적으로 비인화성이며 취급이 용이하지만, 철강에 대한 보호력이 부족합니다.
목표에 맞는 올바른 선택
결정은 처리하는 금속과 필요한 표면 마감에 전적으로 달려 있습니다.
- 저탄소강 보호가 주요 초점인 경우: 풍부 발열 분위기를 사용하여 탈탄을 방지하고 어닐링 또는 소결 중에 깨끗한 표면을 보장합니다.
- 구리 어닐링이 주요 초점인 경우: 희박 발열 분위기를 사용합니다. 이는 고수소 혼합물의 비용이나 인화성 없이 충분한 공정 환경을 제공합니다.
궁극적으로 강철의 산화를 방지하려면 풍부 분위기를 사용하고, 산화를 유도하거나 비철금속을 처리하려면 희박 분위기를 사용합니다.
요약 표:
| 특징 | 풍부 발열 분위기 | 희박 발열 분위기 |
|---|---|---|
| 주요 구성 | ~12.5% H2, 10.5% CO, 71.5% N2 | ~1.2% H2, 1.5% CO, 86.8% N2 |
| 화학적 성질 | 강력한 환원성 | 약한 산화성 |
| 가연성 | 인화성 (>20% 가연성) | 비인화성 (<4% 가연성) |
| 주요 응용 분야 | 강철 어닐링, 소결, 브레이징 | 구리 어닐링, 제어 산화 |
| 주요 장점 | 탈탄 및 산화 방지 | 비용 효율적; 안전한 취급 |
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