СПОСОБ ГАЗОВОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1994 года по МПК C23C8/22 

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к способам химико-термической обработки, применяемым в машиностроении и других отраслях промышленности.

Известен способ газовой цементации стальных изделий в условиях направленной циркуляции со скоростью, равной 0,6-1,5 м/с, включающий стадии нагрева, насыщения, диффузии и подстуживания, при котором цементационная атмосфера в печи создается путем подачи в рабочее пространство эндотермического газа от эндотермической установки и регулируемой добавки углеводородного газа (природного газа, городского газа, пропана, бутана и т. д. ).

Наиболее близким к предложенному способу является принятый за прототип способ газовой цементации крупногабаритных стальных изделий, включающий нагрев в атмосфере природного газа и воздуха, диффузионную выдержку и подстуживание с заданным значением углеродного потенциала на каждой стадии процесса в условиях непрерывной циркуляции.

Недостатком известного способа является низкая равномерность обработки и, как следствие, невысокий срок службы обрабатываемых изделий и их низкое качество. Целью изобретения является повышение равномерности обработки и увеличение за счет этого срока службы изделий.

Поставленная цель достигается тем, что в способе газовой цементации крупногабаритных стальных изделий, включающем нагрев в атмосфере природного газа и воздуха, диффузионную выдержку и подстуживание с заданным значением углеродного потенциала на каждой стадии процесса в условиях непрерывной циркуляции, природный газ подается в рабочий объем по основному и регулирующему каналу на всех стадиях процесса с подачей 0,75-0,80 объема по основному и 0,01-0,25 по регулирующему, нагрев ведут в течение 0,33-0,44 от времени диффузионной выдержки при углеродном потенциале атмосферы 0,1-0,2 с подачей за один час углеводородной смеси в количестве 0,9-1,0 от объема печи при соотношении воздуха и природного газа 0,40-0,45, диффузионную выдержку ведут сначала в течение 0,32-0,85 от всего времени выдержки при углеродном потенциале атмосферы 1,2-1,3 с подачей за один час углеводородной смеси в количестве 1,25-1,3 объема печи при соотношении воздуха и природного газа 0,42-0,44, затем в течение 0,15-0,68 при углеродном потенциале 0,7-0,8 с подачей за один час углеводородной смеси в количестве 0,45-1,9 при соотношении воздуха и природного газа 1,10-1,15, а подстуживание в течение 0,09-0,11 от времени диффузионной выдержки при углеродном потенциале 1,2-1,3 с подачей за один час углеродной смеси 0,25-1,3 объема печи при соотношении воздуха и природного газа 0,40-0,45.

Предлагаемый способ газовой цементации реализован следующим образом. В ПО "Куйбышевбурмаш" на шахтных электропечах фирмы "Нортроп" были проведены эксперименты по цементации деталей буровых долот-лап и шарошек из сталей 14ХНЗМА и 15НЗМА предлагаемым способом.

Загрузку изделий в шахтные печи производят в корзинах с решетчатым дном. Для загрузки используют цеховые подъемно-транспортные механизмы. Чтобы защитить изделие от прямого излучения нагревателей, между ними установлен тепловой экран (муфель).

Печи оборудованы вентиляторами, расположенными в поду печи, создающими интенсивную циркуляцию печной атмосферы. Подвод контролируемой атмосферы выполнен также в нижней части печи. Герметичность рабочего пространства печи достигается с помощью песочных затворов. Результаты экспериментов сведены в таблице.

Из таблицы следует, что качество цементованного слоя удовлетворяет требованиям ОСТ по распределению концентрации углерода, твердости и микроструктуре.

В результате повышения равномерности обработки и качества цементованного слоя изделий увеличивается срок службы изделий, например бурового инструмента. В связи с этим повышается надежность бурового инструмента на 3% , производительность оборудования увеличивается на 5% , а продолжительность процесса цементации сокращается на 15-20% . (56) Каталог фирмы Ибсен Инв. N 301/87-17 (ВНИИЭТО).

Сущность изобретения: изделия нагревают в течение 0,33 - 0,44 от времени диффузионной выдержки при углеродном потенциале 0,1 - 0,2, выдерживают при углеродном потенциале 1,2 - 1,3 в течение 0,32 - 0,85 от общего времени выдержки, а при углеродном потенциале 0,7 - 0,8 в течение 0,15 - 0,68, после чего подстуживают в течении 0,09 - 0,11 от времени выдержки при углеродном потенциале 1,2 - 1,3. На каждой стадии процесса природный газ подается в рабочий объем по основному и регулирующему каналу с подачей 0,75 - 0,80 объема по основному и 0,01 - 0,25 по регулирующему. На каждой стадии процесса задается количество подаваемой углеводородной смеси и соотношение в ней воздуха и природного газа. 1 табл.

СПОСОБ ГАЗОВОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ, включающий нагрев в атмосфере природного газа и воздуха, диффузионную выдержку и подстуживание с заданным значением углеродного потенциала на каждой стадии процесса в условиях непрерывной циркуляции, отличающийся тем, что, с целью повышения равномерности обработки и увеличения за счет этого срока службы изделий, природный газ подается в рабочий объем по основному и регулирующему каналам на всех стадиях процесса с подачей 0,75 - 0,80 объема по основному и 0,01 - 0,25 по регулирующему, нагрев ведут в течение 0,33 - 0,44 времени диффузионной выдержки при углеродном потенциале атмосферы 0,1 - 0,2, с подачей за 1ч углеводородной смеси в количестве 0,9 - 1,0 объема печи, при соотношении воздуха и природного газа 0,40 - 0,45 диффузионную выдержку ведут сначала в течение 0,32 - 0,85 всего времени выдержки при углеродном потенциале атмосферы 1,2 - 1,3, с подачей за 1ч углеводородной смеси в количестве 1,25 - 1,3 объема печи при соотношении воздуха и природного газа 0,42 - 0 , 44, затем в течение 0,15 - 0,68 всего времени выдержки при углеродном потенциале 0,7 - 0,8, с подачей за 1 ч углеводородной смеси в количестве 0,45 - 1,9, при соотношении воздуха и природного газа 1,10 - 1,15, а подстуживание в течение 0,09 - 0,11 времени диффузионной выдержки при углеродном потенциале 1,2 - 1,3 с подачей за 1 ч углеродной смеси 0,25 - 1,3 объема печи при соотношении воздуха и природного газа 0,40 - 0,45.