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电热辐射管失效的原因是什么?电热辐射管失效分析的研究

作者:华东电热 发布时间:2019-09-08 浏览次数: 来源:jinshitaiyangmojing.com
[导读]:1.前言 电热辐射管是可控气氛热处理炉的关键件,目前使用厂家大部分仍依赖于进口。为研究开发国产辐射管,对北京液压件三厂已使用近两年的电热辐射管进行了全面的失效分析。 2.使用状态

  1.前言

  电热辐射管是可控气氛热处理炉的关键件,目前使用厂家大部分仍依赖于进口。为研究开发国产辐射管,对北京液压件三厂已使用近两年的电热辐射管进行了全面的失效分析。
 

  2.使用状态

  电热辐射管垂直安装在UNIC多用炉上。多用炉属周期式炉型,开机、关机情况较频繁。

  在炉子升温、降温过程中,辐射管在700℃以下工作时,炉内为氧化气氛。在高于700℃以上时炉内为还原、渗碳气氛。在正常工作(渗碳气氛,碳势在0.8%~1.1% C)时,沿辐射管轴向温度梯度见图1从图1可看出,辐射管A段在妒体外部,使用温度为室温~100℃之间;B段在隔热层区,使用温度为100~950℃之间:C段在多用炉工作温度区,使用温度为950t。
 

辐射管

  3.失效分析条件

  3.1 检测部位

  如图1所示,分别在辐射管所处的3个温度区域中的d、e、f位置截取试样。在辐射管发热芯上裁取了电热元件试块。
 

  3.2 检测仪器

  采用扫描电镜对材料组织进行分析。

  使用化学分析法测定材料的化学成分。

  使用D/max-YA型z光射线衍射测定材料的相结构。

  采用金相法分析材料组织形态
 

       4.结果及分析

  (1)在辐射管外管d处取样进行分析,该骨材的合金含量见表1.金相组织见图2

  从图2中可看出,该材料是奥氏体型耐热钢。这样与表1中含量相吻合,故相当于我国 Cr23Ni14牌号的耐热钢板.

  (2)在辐射管外管厂处取样进行分析,见图3中的黑色组织(A点)及在黑色组织附近的白色组织中(B点),Cr.Ni含量见表2

  从表2中可看出,A点Cr的含量达20%,而B点Cr的含量为3%,只为原始材料中的 14%。从图3中可看出,黑色组织的深度已达0.65 mm。造成上述现象在于基体善碳后,大量的馅以碳化物或氧化物的形态出现在晶界上,而晶内贫铬,抗氧化性能极差。

  (3)辐射管外管e处是辐射管失效最严重的地方。国内许多厂家也有此现象[1],该处的使用温度处在100~950 ℃的中间位置,估计在400~800℃之间。e处的宏观照片见图4,e处取样的金相组织见图5

  从图4看出,2 mrm厚的Cr23Ni14耐热钢板已被气体腐蚀穿。与f处黑色组织层深度比为2 :0.65,是其损坏层深度的3倍。从图5可看出,在被腐蚀成孔洞的断面上呈锯齿形,经z光衍射断面上的相结构发现在其断面上有大量的碳化物CrC.CzsC、氧化物CrO、CrO3生成。

  造成上述现象的原因在于: ①碳的来源 在多用炉进行渗碳时,一殷温度选在930℃,气氛碳势控制在1% 1.2%之间。气氛中C0含量在20%-30%之间.C02含量在0.2%左右,通过方程式:2c0 =002+1C1来实施渗碳工艺。e点所处温度在 400~800℃之间,在该温度区域,渗碳气氛将发生很大的变化,见图6

  以图6可看出,随温度的降低,C0%含量不断减少,C02含量将接近100%。这样,大约 20%~30%C0要分解为Co2 + [C].[C]析出部分潘入金属表面,一部分变成碳黑依附在辐射管外管e处(C0在金属表面的分解速度是而且上述析出的碳与渗碳气氛同时存在,这样,在辐财外臂e处的碳源是充分的、源源不断的。
 

  ②基体渗碳 众所周知,耐热钢中的碳含量要严格控制。一般含碳量<0.1%。由于络与碳的亲和力大于铁。碳的存在将与铬形成一系列碳化物.如图7所示。

  图7 铁-碳-馅三元状态图在650℃的等泪藏面从图7看出,随着铬含量的增加,基体中 CrC.CrCs.CrgG生成,当铬含量> 12%时,以生成CryC为主[2)。在不断升温、降温过程中,含铬碳化物不断析出,见图8

  从图8看出,在降温过程中,碳化物沿着 A-B曲线不断析出。使基体中的铬含量大量损失。尤其是CrG,的析出,该碳化物的碳与铬的重量比为1:17,即钢中17倍于碳量的铬要被用于形成碳化物。


  在升温过程中,由于CrzG在奥氏体中的溶解度为850 ℃[31,它高于e处的使用温度,故析出的Cr2C6在升温过程中很难溶解到奥氏体中,即损失掉的铬很难再溶解到基体中。随着炉于的开机、关机,基体中的储不断地以碳化物形态析出,直至基体贫务,丧失掉抗氧化能力。

  从图9看出,当基体中的含铬量<6%时, 575℃时就氧化;当钢中含饰量<12%时,800 ℃严重氧化;当含铬量< 22%时,1000 ℃严重氧化。辐射管外管e处,由于使用温度、碳源充分、形成碳化物不易重新溶解到基体,故使基体中铬含量仅为3%,见表2在失效部位e处有大量的氧化铬、碳化铬生成(相结构分析结果),对照图9可看出,由于基体中铬含量仅为 3%,这样,在e处的温度下外管已更丧失了抗氧化的能力。在相结构分析中,e处试样中有大量的氧化铬、碳化铬生成。故e处的失效最终是由于氧化造成的,

  ④辐射管的发热芯,是由发热元件串在陶瓷架上组成的,见图10.

电热辐射管

  图10电辐射管剖面图

  在图10的A处截取了发热体元件,经化学分析为:C20Ni80,并发现在B处的陶瓷盘有炸裂现象,电阻丝与外管导通,使辐射管过早损坏。先后在日本和美国DOW公司生产的辐射管上都发现有上述现象,大约占总数的5%。

  原因在于,在不断升温、降温过程中电阳丝的体积也随之不断膨胀、收缩,在U字型电阻丝与陶瓷盘串入处电阻丝把陶瓷盘挤裂。
 

  5.结论

  (1)辐射管外管的材质为Cr23Ni14,发热体为Cr20N180电阴丝。

  (2)外管主要失效部位在B段e处,其使用温度在400--800℃之间。失效原因:①基体渗碳形成CraCG高铬碳化物,该碳化物析出后,很难再重新溶解到基体中。从而使基体中铬含量为3%,仅为原材料的14%。②基体中3%的铬含量在400~800 ℃之间严重氧化。

  (3)辐射普管芯在不断升、降湿的过程中电阻丝冷、热应力使瓷盘挤裂,导致该管早期损坏

  (4)处在工作温度950℃的外管.在0.65 mm深度沿晶界生成铬的氧化物或碳化物。
 

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辐射管加热芯的质量非常棒,谁用谁知道。

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东西是非好用,多多去看下购买燃气辐射管,华东电热挺不错的

华东电热来自福建省莆田市朋友的评论   [2019-10-11]

厂里的辐射管加热芯、辐射管加热管基本都是他家的,东西质量好,不回出差错

华东电热来自安徽省芜湖市朋友的评论   [2019-10-11]

推荐买华东电热家的辐射管,价格实惠,我用了许久都没有坏。

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马弗罐一直找他家做,没想到还可以的定制电热辐射管!

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