СПОСОБ ЗАЩИТЫ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ ПРИ НАГРЕВЕ В ПЕЧАХ Российский патент 2014 года по МПК C21D1/70 

Изобретение относится к способам нагрева металлических деталей, а именно к способам защиты поверхности детали при нагреве в печах (например, в электрических камерных печах), и может найти применение в металлообрабатывающей отрасли, например, при осуществлении процесса термической обработки деталей.

Известно, что при нагреве металлических деталей в печах их поверхность взаимодействует с газами печной атмосферы. Реакции, происходящие на поверхности нагреваемой детали, например, из инструментальной стали, имеют большое значение при ее термической обработке вследствие применения высоких температур. Можно отметить двоякое влияние, оказываемое на нагреваемый металл: окисление поверхности и в результате образование окалины; изменение содержания углерода в поверхностном слое (науглероживание или обезуглероживание) и в результате изменение свойств поверхностного слоя.

Известен способ защиты поверхности детали при нагреве в печах, при котором нагрев осуществляют в вакууме 10^-1 мм рт.ст. (Ю.А. Геллер. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1975 г. - С.584, стр.120).

Недостатками данного способа защиты поверхности детали являются значительное удорожание процесса термической обработки и ограниченные возможности закалки деталей, нагретых данным способом.

Известен способ защиты поверхности детали при нагреве в печах, при котором используют контролируемую атмосферу, содержащую CO, H₂, CH₄, N₂ (Ю.А. Геллер. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1975 г. - С.584, стр.120).

Недостатками данного способа являются трудоемкость создания контролируемой атмосферы, связанная с обеспечением точности ее состава, а также сложность подбора контролируемой атмосферы в зависимости от температуры нагрева и точки росы атмосферы. При этом отклонение от равновесного состояния одного из параметров приводит к окислению, науглероживанию или обезуглероживанию поверхностного слоя детали, то есть к образованию дефектов на поверхностном слое.

Известен способ защиты поверхности детали при нагреве, при котором нагрев осуществляют в отработанном карбюризаторе (Ю.А. Геллер. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1975 г. - С.584, стр.119).

Недостатком данного способа является то, что в зависимости от конкретных условий возможно получение атмосферы с различным соотношением углекислого газа и окиси углерода, которое определяет степень окисления и обезуглероживания либо науглероживания поверхности.

Наиболее близким является способ защиты поверхности детали при нагреве в печах, при котором детали помещают в емкость, засыпают их стружкой и, закрыв емкость крышкой, производят нагрев (Ю.А. Геллер. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1975 г. - С.584, стр.119; С.Г. Кооп. Термическая обработка быстрорежущих сталей. Под ред. А.П. Гуляева. М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, 1956 г. - C.120, стр.112).

Недостатком способа, при котором применяют нагрев в чугунной стружке, является зависимость защитных свойств среды от содержания углерода в стружке. Небольшое отклонение от оптимального состояния может привести как к науглероживанию, так и к обезуглероживанию поверхностного слоя детали.

Техническим результатом, на который направлено изобретение, является создание простого и дешевого способа защиты поверхности деталей при нагреве их в печах, исключающего появление окисных пленок, науглероживания, обезуглероживания и наводороживания поверхностного слоя.

Технический результат достигается тем, что в способе защиты поверхности деталей при нагреве в печах детали помещают в емкость, засыпают их стружкой и, закрыв емкость крышкой, производят нагрев.

Новым в изобретении является то, что используют стружку, полученную при обработке титана или его сплавов, насыпная масса которой не менее 0,2 г/см³, при этом слой стружки над деталями не менее 10 мм, температура нагрева не менее 600°C.

Способ осуществляется следующим образом.

Детали помещают в емкость и засыпают их стружкой, полученной при обработке резанием титана или его сплавов. Не допускается в титановой стружке наличие влаги или других веществ, испаряющихся или разлагающихся при нагреве. Допускается незначительное загрязнение стружки минеральным маслом. Вместо стружки допускается использовать титан в другой форме, важно, чтобы он находился в непосредственной близости от защищаемой поверхности.

Насыпная масса титановой стружки должна быть не менее 0,2 г/см³. При меньшей насыпной массе титановой стружки качество защиты снижается из-за большой пористости стружки, которая приводит к взаимодействию поверхности деталей с печной атмосферой.

Температура нагрева деталей в емкости с титановой стружкой должна быть не менее 600°C, потому что именно с этой температуры титан начинает интенсивно поглощать газы (углекислый газ, окись углерода).

При этом слой титановой стружки над деталями должен быть не менее 10 мм. Такого слоя стружки достаточно для защиты поверхности детали.

Затем емкость с деталями и титановой стружкой закрывают крышкой. Проводят процесс нагрева до требуемой температуры, например до температуры закалки или отжига.

По окончании технологической выдержки емкость выгружают из печи. Детали после их изъятия из емкости можно закалить или оставить в емкости для дальнейшего охлаждения. Поверхность деталей при правильно выполненной защите не имеет окисных пленок, не обезуглерожена и не науглерожена.

Эффект защиты поверхности детали обусловлен поглощением титаном таких газов, как кислород, углекислый газ, окись углерода, водород, и паров воды.

Предлагаемый способ защиты поверхности деталей при нагреве в печах позволяет получить поверхность деталей после нагрева без окисных пленок при отсутствии обезуглероженного и науглероженного слоя.

Изобретение относится к способам защиты поверхности деталей во время их термической обработки. Способ защиты поверхности металлических деталей при нагреве в печах включает помещение деталей в емкость, засыпку их стружкой, закрывание емкости крышкой и нагрев. Используют стружку, полученную при обработке титана или его сплавов с насыпной массой не менее 0,2 г/см³. Слой стружки над деталями составляет не менее 10 мм, а температура нагрева - не менее 600°C. Техническим результатом является получение поверхности деталей после нагрева без окисных пленок при отсутствии обезуглероженного и науглероженного поверхностного слоя.

Способ защиты поверхности деталей при нагреве в печах, включающий помещение деталей в емкость, засыпку их стружкой и нагрев деталей после закрытия емкости крышкой, отличающийся тем, что используют стружку, полученную при обработке титана или его сплавов, насыпная масса которой не менее 0,2 г/см³, при этом слой стружки над деталями в емкости не менее 10 мм, а температура нагрева не менее 600°C.