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, применяемой в машиностроении и других отраслях промышленности.

Известен способ газовой цементации стальных изделий в условиях направленной циркуляции, 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 др.).

Наиболее близким к предложенному способу является принятый за прототип способ газовой цементации крупногабаритных стальных изделий, включающий нагрев в атмосфере азота, 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 недостаточная величина коэффициента массоотдачи β, малая глубина площадки цементации и как следствие этого низкая равномерность обработки, что приводит к уменьшению срока службы изделий.

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 азота, природного газа и воздуха, диффузионную выдержку подстуживание с заданным значением углеродного потенциала на каждой стадии процесса в условиях непрерывной циркуляции, азот подается в печь за 1 ч на всех стадиях обработки в количестве 0,95-1,0 объема печи, природный газ подается в рабочий объем по основному и регулирующему каналам на всех станциях процесса с подачей 0,6-0,7 объема природного газа по основному и 0,3-0,4 - по регулирующему каналу, нагрев ведут в течение 0,33-0,44 от времени диффузионной выдержки при углеродном потенциале атмосферы 0,1-0,2 с подачей за 1 ч углеводородной смеси в количестве 0,9-1,0 объема печи при соотношении воздуха и природного газа 0,01-0,15, диффузионную выдержку ведут сначала в течение 0,32-0,85 от всего времени при углеродном потенциале 1,2-1,3 с подачей за 1 ч смеси в количестве 1,7-1,75 от объема печи при соотношении воздуха и природного газа 0,75-0,8, а затем в течение 0,15-0,68 при углеродном потенциале 0,7-0,8 с подачей за 1 ч смеси в количестве 1,7-1,75 объема печи при соотношении воздуха и природного газа 0,9-0,95, а подстуживание осуществляют в течение 0,09-0,11 от времени диффузионной выдержки при углеродном потенциале атмосферы 1,2-1,3 с подачей за 1 ч углеводородной смеси в количестве 1,65-1,7 от объема печи при соотношении воздуха и природного газа 0,65-0,7.

Предлагаемый способ газовой цементации реализован следующим образом.

В цементационную печь, например шахтную, в которой осуществляется циркуляция атмосферы посредством вентилятора со скоростью 0,6 м/c; 1,2 м/c-1,5 м/c подают (непосредственно в рабочее пространство) азот, природный газ и воздух.

Природный газ подается в рабочий объем печи по основному к регулирующему каналам на всех стадиях процесса с подачей 0,6-0,7 объема природного газа по основному каналу и 0,3-0,4 - по регулирующему каналу. Процесс цементации крупногабаритных стальных изделий осуществляется по следующим стадиям: нагрев, насыщение, диффузия и подстуживание. На всех стадиях обработки азот подается в печь за 1 ч в количестве 0,95-1,0 объема печи.

Эксперименты были проведены на шахтной электропечи фирмы "Нортроп" в ПО "Куйбышевбурмаш". Обработке подвергались детали буровых долот-лап и шарошек из стали 14ХНЗМА и 15НЗМА.

Загрузку изделий в шахтные печи производили в корзинах с решетчатым дном. Для защиты изделий от прямого излучения нагревателей между ними устанавливали 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. Объем рабочего пространства печи ≈ 3,4 м³. Требуемая глубина цементации 1,8-1,9 мм, продолжительность процесса цементации 9 ч.

Температурный режим процесса:
Нагрев 800-940^оС
Насыщение 940^оС
Диффузия 940^оС
Подстуживание 900^оС
Результаты экспериментов сведены в таблице.

Из данных таблицы следует, что качество цементованного слоя полностью удовлетворяет требованиям ОСТ по распределению концентрации углерода, твердости и микроструктуре. Продолжительность процесса цементации сократилась на 15-20% по сравнению с традиционной технологией.

Использование способа позволяет повысить равномерность обработки и увеличить за счет этого срок службы обрабатываемых изделий. В связи с этим повышается надежность и долговечность бурового инструмента на 3%, а производительность оборудования увеличивается на 5%.

Сущность изобретения: изделия нагревают в течение 0,33 - 0,44 от времени диффузионной выдержки при углеродном потенциале атмосферы 0,1 - 0,2, выдерживают в период активного диффузионного насыщения в течение 0,32 - 0,85 от общего времени диффузионной выдержки при углеродном потенциале 1,2 - 1,3 на стадии диффузии при углеродном потенциале 0,7 - 0,8 и подстуживают в течение 0,09 - 0,11 от продолжительности диффузионной выдержки при углеродном потенциале атмосферы 1,2 - 1,3. При этом процесс ведут в атмосфере азота, природного газа и воздуха в условиях их непрерывной циркуляции. Азот подают за 1 ч на всех стадиях обработки в количестве 0,95 - 1,0 от объема печи, природный газ - по основному и регулирующему каналам (0,6 0,7 объема природного газа по основному каналу и 0,3 0,4 - по регулирующему). На каждой стадии процесса задается количество подаваемой в печь углеводородной смеси и соотношение в ней воздуха и природного газа. Обработка изделий по изобретению позволяет увеличить из срок службы за счет повышения равномерности насыщения. 1 табл.

СПОСОБ ГАЗОВОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ, включающий нагрев в атмосфере азота, 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, азот подается в печь за один час на всех стадиях обработки в количестве 0,95 - 1,0 объема печи, природный газ подается в рабочий объем по основному и регулирующему каналам на всех стадиях процесса с подачей 0,6 - 0,7 объема природного газа по основному и 0,3 - 0,4 по регулирующему каналу, 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 объема печи при соотношении воздуха и природного газа 0,01 - 0,15, диффузионную выдержку ведут сначала в течение 0,32 - 0,85 от всего времени при углеродном потенциале 1,2 - 1,3 с подачей за один час смеси в количестве 1,7 - 1,75 от объема печи при соотношении воздуха и природного газа 0,75 - 0,8, а затем в течение 0,15 - 0,68 при углеродном потенциале 0,7 - 0,8 с подачей за один час смеси в количестве 1,7 - 1,75 объема печи при соотношении воздуха и природного газа 0,9 - 0,95, а подстуживание осуществляют в течение 0,09 - 0,11 от времени диффузионной выдержки при углеродном потенциале атмосферы 1,2 - 1,3, с подачей за 1 ч углеводородной смеси в количестве 1,65 - 1,7 от объема печи при соотношении воздуха и природного газа 0,65 - 0,7.