СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕТОРТЫ ДЛЯ ПЕЧИ ДЛЯ АЗОТИРОВАНИЯ И РЕТОРТА Российский патент 2019 года по МПК C23F1/28 C23G1/08 C23C8/24 C25F3/16 F27B5/10 

Изобретение относится к способу изготовления реторты для печи для азотирования, в которой металлические детали подвергаются термической обработке в предварительно заданной атмосфере, причем реторта изготавливается из нержавеющей стали. Кроме того, изобретение относится к реторте для печи для азотирования. Наконец, изобретение предусматривает печь для азотирования.

Металлические детали могут быть термически обработаны в предварительно заданной атмосфере многообразными способами. Общеизвестным способом является азотирование деталей из стали. При этом речь идет о способе поверхностного упрочнения стали, причем азот из азотсодержащей атмосферы насыщает поверхность стальной конструкционной детали. Азотирование представляет собой способ повышения твердости поверхностного слоя сталей. Комбинацией азотирования и науглероживания является нитроцементация.

Процессы азотирования и нитроцементации проводятся в эвакуируемых ретортах печей для азотирования. Реторты состоят из нержавеющей стали или, соответственно, из высокосортной стали. Для процессов азотирования и нитроцементации между 500°С и 580°С применяются газообразные среды, а именно, главным образом азот (N₂), диоксид углерода (СО₂), водород, то есть, Н₂, эндогаз, углеводороды (C_xH_y), и аммиак (NH₃). В качестве источника азота в процессе должен присутствовать аммиак.

Для введения азота в поверхность стальных конструкционных деталей и, соответственно, обрабатываемых изделий из стали азот должен присутствовать в атомарном состоянии. В молекулярной форме азот уже не может быть использован в процессе вследствие высокой стабильности связи.

Создание атомарного азота производится в процессе при заданных условиях температуры и давления добавлением газообразного аммиака. Аммиак ведет себя согласно следующей реакции:

NH₃→[N]+3/2H₂

и, соответственно,

2NH₃→N₂+3H₂,

причем атомарный азот, то есть, [N], только в первом случае доступен для диффузионного транспорта в стальную деталь. Если аммиак расщепляется частично на поверхности стальной детали или, соответственно, обрабатываемого изделия, образующийся при этом атомарный азот внедряется в обрабатываемую деталь и образует цементированный слой. Высвобождающийся при азотировании водород выводится из печи вместе с непрореагировавшим аммиаком и, как правило, утилизируется в виде отходов. Если же полностью происходит нежелательная рекомбинация до N₂, то процесс азотирования прекращается.

Вводимый аммиак предпочтительно должен диссоциировать непосредственно на стальной детали, чтобы там предоставлять достаточное количество атомарного азота, то есть, высокий потенциал азотирования. Количественная оценка этого потенциала азотирования позволяет вывести так называемый индекс K_N азотирования. Он определяется как

K_N=p_NH3/p_H2^1,5

причем p представляет парциальное давление. На протекание реакции диссоциации, кроме условий температуры и давления, также влияет катализатор. Эта каталитически стимулируемая диссоциация аммиака нежелательна, однако в принципе происходит на всех металлических и активных поверхностях внутри реакционной камеры. В установках с ретортными печами они главным образом представляют собой внутренние поверхности реторты, но также поверхности транспортных устройств для деталей. Для реторт, как правило, используется высокосортная нержавеющая сталь 1.4841 (X15CrNiSi25-21) или 1.4828. Четко выраженная склонность аммиака к преждевременному разложению обусловливается высоким содержанием никеля среди компонентов этой стали. . По этой причине для настройки определенного потенциала азотирования должно подводиться сравнительно большое количество аммиака. Кроме того, этот материал тоже неизбежно азотируется в процессе азотирования, что приводит к нежелательному повышению шероховатости поверхности и недостаткам в отношении срока службы.

Соответственно этому, задача изобретения состоит в разработке способа изготовления реторты, чтобы устранить вышеуказанные недостатки, в частности, предотвратить азотирование при процессе азотирования. Кроме того, задача изобретения состоит в получении усовершенствованной реторты, которая, в частности, проявляет повышенную устойчивость к азотированию, и печи для азотирования с усовершенствованной ретортой.

Согласно изобретению, задача решается с помощью способа согласно пункту 1 формулы изобретения. По меньшей мере поверхности реторты, приходящие в контакт с предварительно заданной атмосферой в рабочем состоянии печи для азотирования, протравливаются с помощью травильного состава. С предварительно заданной атмосферой приходит в контакт, в частности, внутренняя поверхность и, соответственно, внутренняя стенка реторты. В отношении предварительно заданной атмосферы речь идет, в частности, об азотсодержащей атмосфере.

Изобретение основывается на знании того, что нежелательные реакции могут быть сведены к минимуму, когда металлические поверхности, которые в рабочем состоянии печи для азотирования приходят в контакт с предварительно заданной атмосферой, в частности, поверхности внутреннего пространства реторты, имеют по возможности высокую пассивность. Обработанные травильным составом поверхности реторты теперь проявляют лишь незначительную каталитическую активность. Вследствие этого возможно достижение высокого потенциала азотирования во время азотирования в реторте с меньшим количеством аммиака. Травильный состав предпочтительно включает азотную кислоту и плавиковой кислоту, в частности, смесь из азотной кислоты и плавиковой кислоты.

Поверхности после травления предпочтительно полируются с помощью электролита в гальванической ванне. Это приводит к уменьшению поверхностной шероховатости, то есть, в итоге к меньшей общей площади поверхности. Тем самым сокращается адсорбция аммиака на поверхности как первая стадия диссоциации. Благоприятным образом также возрастает коррозионная стойкость. Благодаря этому удлиняется общий срок службы реторты. В отношении поверхностей, которые подвергаются электрополированию, речь идет, в частности, о внутренних поверхностях реторты. Согласно изобретению, электролит включает фосфорную кислоту и серную кислоту. Электрополирование предпочтительно проводится в гальванической ванне, состоящей из фосфорной кислоты и серной кислоты. Отполированные поверхности предпочтительно пассивируются азотной кислотой.

В рамках изобретения реторта, которая имеет цилиндрическую форму, изготавливается из листовых заготовок, которые привариваются друг к другу. Реторта предпочтительно включает концентрически размещенный направляющий цилиндр для принятия деталей во время термической обработки.

Кроме того, изобретением предлагается реторта для предпочтительно эвакуируемой печи для азотирования, в которой металлические детали подвергаются термической обработке в предварительно заданной (азотсодержащей) атмосфере, причем реторта изготавливается из нержавеющей стали или, соответственно, высокосортной стали, отличающаяся тем, что по меньшей мере поверхности реторты, приходящие в контакт с предварительно заданной атмосферой в рабочем состоянии печи для азотирования, протравливаются с помощью травильного состава.

Термическая обработка деталей производится в реторте. В отношении поверхностей, которые протравливаются, речь идет, в частности, о внутренних поверхностях реторты.

В одном предпочтительном варианте осуществления реторта изготавливается из сваренных листовых заготовок. Реторта предпочтительно имеет цилиндрическую форму. Реторта предпочтительно включает концентрически размещенный направляющий цилиндр для принятия детали во время термической обработки.

Протравленные поверхности реторты предпочтительно подвергаются электрополированию. В частности, они представляют собой внутренние поверхности реторты и поверхности направляющего цилиндра, которые приходят в контакт с атмосферой во время термической обработки.

Отполированные поверхности реторты предпочтительно пассивируются азотной кислотой.

Наконец, изобретение включает печь для азотирования, в которой металлические детали подвергаются термической обработке в предварительно заданной атмосфере, отличающуюся тем, что печь для азотирования включает реторту по одному из пунктов 1-12 формулы изобретения. Печи для азотирования для проведения процессов азотирования и нитроцементации, как правило, имеют эвакуируемые реторты, в которых происходят вышеуказанные процессы.

Далее изобретения более подробно разъясняется с помощью предпочтительного варианта осуществления.

Изготавливается реторта для эвакуируемой печи для азотирования. Сначала из прокатанного листа высокосортной стали изготавливаются листовые заготовки, формируется реторта по существу с цилиндрической формой, и листовые заготовки свариваются друг с другом. Реторта включает общеизвестный направляющий цилиндр из высокосортной стали. Направляющий цилиндр служит для принятия и, соответственно, для укладки деталей во время осуществления способа азотирования.

Внутренние поверхности реторты и направляющего цилиндра протравливаются. Для этого применяется смесь из азотной кислоты и плавиковой кислоты. Обработанные с использованием травильного состава поверхности теперь проявляют лишь незначительную каталитическую активность. Благодаря этому возможно создание высокого потенциала азотирования во время азотирования в реторте с небольшим количеством аммиака.

По окончании травления протравленные поверхности подвергаются электрополированию в гальванической ванне, состоящей из фосфорной кислоты и серной кислоты. После этого протравленные поверхности пассивируются азотной кислотой. Электрополирование ведет к уменьшению поверхностной шероховатости, то есть, в итоге к сокращению общей площади поверхности. Тем самым уменьшается адсорбция аммиака на поверхности как первая стадия диссоциации. Благоприятным образом также возрастает коррозионная стойкость. Благодаря этому значительно удлиняется срок службы реторты.

Изобретение относится к способу изготовления реторты для печи для азотирования, в которой металлические детали подвергаются термической обработке в предварительно заданной атмосфере, а также к реторте для печи для азотирования и к печи для азотирования с соответствующей изобретению ретортой. Согласно способу реторту изготавливают из нержавеющей стали и по меньшей мере поверхности реторты, приходящие в контакт с предварительно заданной атмосферой в рабочем состоянии азотирующей печи, протравливаются с помощью травильного состава. Поверхности после травления предпочтительно подвергаются полированию с помощью электролита в гальванической ванне. Затем полированные поверхности реторты предпочтительно пассивируют азотной кислотой. Изобретение обеспечивает усовершенствование реторты, проявляющееся в повышении устойчивости к азотированию. 3 н. и 10 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления реторты из нержавеющей стали для печи для азотирования, в которой металлические детали подвергают термической обработке в предварительно заданной атмосфере, отличающийся тем, что по меньшей мере поверхности реторты, приходящие в контакт с предварительно заданной атмосферой в рабочем состоянии печи для азотирования, протравливают с помощью травильного состава.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что травильный состав включает азотную кислоту и плавиковую кислоту.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что поверхности после травления полируют с помощью электролита в гальванической ванне.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что электролит включает фосфорную кислоту и серную кислоту.

5. Способ по п. 3 или 4, отличающийся тем, что отполированные поверхности пассивируют азотной кислотой.

6. Способ по одному из пп. 1-5, отличающийся тем, что реторта имеет цилиндрическую форму, причем реторту изготавливают из листовых заготовок, которые сваривают между собой.

7. Реторта из нержавеющей стали для печи для азотирования, в которой металлические детали подвергаются термической обработке в предварительно заданной атмосфере, отличающаяся тем, что по меньшей мере поверхности реторты, приходящие в контакт с предварительно заданной атмосферой в рабочем состоянии печи для азотирования, протравлены с помощью травильного состава.

8. Реторта по п.7, отличающаяся тем, что реторта изготовлена из сваренных друг с другом листовых заготовок.

9. Реторта по п. 7 или 8, отличающаяся тем, что реторта имеет цилиндрическую форму.

10. Реторта по одному из пп. 7-9, отличающаяся тем, что реторта включает концентрически размещенный направляющий цилиндр для принятия деталей во время термической обработки.

11. Реторта по одному из пп. 7-10, отличающаяся тем, что протравленные поверхности реторты подвергнуты электрополированию.

12. Реторта по п.11, отличающаяся тем, что подвергнутые травлению и электрополированию поверхности реторты пассивированы азотной кислотой.

13. Печь для азотирования, в которой металлические детали подвергаются термической обработке в предварительно заданной атмосфере, отличающаяся тем, что она содержит реторту по одному из пп. 7-12.