Способ регулирования углеродного потенциала печной атмосферы Советский патент 1992 года по МПК C21D1/76 

Изобретение относится к неорганической химии, конкретно к способам химикотермической обработки изделий и может 6iiiTb использовано для измерения и регул 1|эования углеродного потенциала печных атмосфер, цементационных атмосфер и других газовых сред.

Известно устройство, реализующее способ регулирования углеродного потенциала печной атмосферы.

Недостатком данного способа регулирования является низкая долговечность изделий, подвергаемых обработке.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ регулирования углеродного потенциала

печной атмосферы, при котором изменяют расход добавки углеродного газа в печь при отклонении величины углеродного потенциала атмосферы от уставки С.

Недостатком известного способа является низкая долговечность изделий, подвергаемых обработке, так как при регулировании не учитывается предел растворимости углерода в легированном аустените.

Целью изобретения является повышение долговечности изделий, подвергаемых обработке..

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу регулирования углеродного потенциала печной атмосферы, при котором изменяют расход добавки углеводородного газа в пе|чь при отклонении величины углеродного пс|тен1 иала атмосферы от уставхи С, ycTaeky С выбирают из условия Cmin (Спр, Со), причем величина Спр вычисляется по формул ,

Спр - 1.213 + 3,264 10(Т-1173)- 0,926 -(f-I.O),

где Спр - предельная концентрация углерода в стали, правая граница области по диаграмме железо-углерод;

Со заданное значение углеродного потенциала;

уставка (значение, поддерживаемое регулятором); Т температура печи, °С;

f - коэффициент легирования стали, определяется по эмпирической формуле, по составу легированной стали. Эта формула имеет вид f ехр 0,1340% SI + 0,0907% АИ+0,0276% Ni - 0,0320% W - 0,0410 % Мп 0,0405% Мо-0,2830% V-0,4770% Tl-0,0880% Cr. В математическом выражении для Спр полученные обработкой экспериментальных данных чиспозвые коэффициенты имеют следующую размерность: 1,213 мас.%: 3,264 мас.%/К; 0,926 - мас.%: 1173 К; 1,0 -безразмерная величина.

Способ осуществляют следующим образом;

Процесс цементации осуществляют путем нагреваизделия в среде-газов, содержащих углерод, и проводят как в шахтных печах, так ив безмуфеяьных печах непрерывного действия при 900-930°С. В качестве атмосферы используется, например, эндотермический газ с добавками природного газа. Основным преимуществом такой атмосферы является возможность автоматического регулирования углер одного потенциала. На показатели прочности цементируемой стали большое влияние оказывает концентрация углерода на поверхности; например, максимальные значения контактной выносливости получают при содержании углерода в пределах 1,1-1,3 % С. При этом нельзя допускать образование карбидной сетки, снижающей долговечность изделий. Это можно достичь, соблюдая условие С Спр, т.е. когда углеродный потенциал атмосферы ниже предельной растворимости углерода в железе.

Примеров качестве цемеитируемой стали обрабатывали сталь 18 х 2НЧВА с коэффициентом легирования f 0,96, Заданное значение углеродного потенциала Со 1,25. Температура процесса t . При этих условиях предельная растворимость углерода в стали Спр 1,348.

Уставка С выбирается из условия минимума предельной растворимости углерода в, стали и заданного значения углеродного потенциала, т.е. Cmin (Спр, Со). Сигнал, равный

С Со 1,25, поступает на регулятор углеродного потенциала, и в печи поддерживается углеродный потенциал, равный заданному значению углеродного потенциала.

0 Процесс был проведен при тех же условиях, но при температуре t 900°С. Величина Спр 1,24. Уставка С будет составлять; С Спр 1,24.

6 Регулятор углеродного потенциала поддерживает в печи углеродный потенциал, равный предельной растворимости углерода, препятствуя образованию карбидов. В данном примере показано влияние

0 температуры процесса на регулирование углеродного потенциала в печи.

П р и м е р 2. В предыдущем примере при обработке стали 18X2Н4ВА с коэффициентом легирования f 0,96 при температуре

5 процесса t 900°С и заданном значении углеродного потенциала Со .25., уставка С Спр. 1,24. В качестве цементируемой стали обрабатывали сталь ЗОХГТ с коэффициентом легирования f 0,83, при температуре t 900°С. Предельная растворимость углерода Спр. 1.35.

Уставка С , выбираемая из условия минимума предельной концентрации углерода в стали и заданного значения углеродного

5 потенциала, будет составлять С Со 1,25. Регулятор углеродного потенциала будет поддерживать в печи углеродный потенциал, равный заданному значению углеродного потенциала.

0 В данном примере показано влияние состава обрабатываемой стали на регулирование углеродного потенциала.

Примерз. Процесс газовой цементации происходит в режиме, при котором углеродный потенциал эндотермической атмосферы вначале поддерживают высоким (1,3% С), а затем его снижают до 0,8% С. Температура процесса t 900°С.

В качестве цементируемой стали обрабатывали сталь 20Х2Н4А с коэффициентом легирования f 0,94. Предельная концентрация углеро/ а в стали Спр. 1,269.

Уставка С выбирается из условия Cmin (Спр, Со) и составляет С Спр. 1.269. Регулятор углеродного потенциала пдддерживает в печи углеродный потенциал, равный предельной растворимости углерода, препятствующий образованию карбидов. На второй стадии процесса заданное значение углеродного потенциала С о 0.8. Уотавка

С ,выбирается из условия Cmin (Спр. Ср) и составляет С Со 0,8.

Регулятор углеродного потенциала поддерживает в печи углеродный потенциал, равный заданному значению углеродного потенциала. В данном примере регулирование углеродного потенциала проходит в две стадии,

В предлагаемом способе по сравнению с известным производят выбор уставки С это значение постоянно и равно заданному значению углеродного потенциала Со. При этом учитывается температура процессаи состав обрабатываемого изделия, что приводит к снижению вероятности образования .карбидной сетки, повышающей долговечность изделий, подвергаемых обработке.

Экспериментальные исследования проводили при обработке шарошек буровых долот (примеры 1-3). После обработки (примеры 1-3) были проведены испытания буровых долот. Сравнительные испытаний показали, что среднее число долот на одну проходку уменьшилось.

Результаты испытаний сведены в таблицу.

V .

Из данных, приведе«ных в таблице, видно, что долговечность буровых долот возрастает в среднем не менее чем на 3%.

Формул а из о б рете ни я Способ регулирования углеродного потенциала печной атмосферы, включающий изменение расхода добавки углеводородно го газа в печь при отклонении величины углеродного потенциала атмосферы от уставки, отличающийся тем, что, с целью повышения долговечности изделий, подвергаемых обработке, дополнительно измеряют температуру атмосферы в печи, вычисляют предельную концеи1трацию углерода в стали для обрабатываемого изделия по следующему математическому выражению: Спр 1.213+ 3,264 - 10 ГГ- 1173)-0,926 f -1,0), где Спр - предельная концентрация углерода в стали; Со - заданное значение углеродного потенциала, мас.%; Т температура в печи. К; f - коэффициент легирования стали (безразмерная величина), и поддерживают значения углеродного потенциала в печи, исходя из условия:

С|п1п (Спр, Со)

где С - уставка, мас.%.

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к способам химико- термической обработки изделий, и может быть использовано для измерения и регулирования углеродного потенциала печных атмосфер, цементационных атмосфер и других газовых сред. Целью изобретения является повышение долговечности изделий, подв^^ергаеМых обработке. Способ заключается в изменении расхода добавки углеводородного газа в печь при отклонении величины углеродного потенциала атмосферы от уставки С , причем уставку С выбирают из условия Смин (Спр. Со), а величина Спр вычисляется по формуле Сир = =1,213 + 3,264/10-3 (Т-1173) -0.926 (f-1,0), где Спр - предельная концентрация углерода в стали (Х-правая граница области по диаграмме железо-углерод): Со - за;^анное значение углеродного потенциала; С - уставка (значение, поддерживаемое регулятором); Т - температура печи, °С; f - козффициент легирования стали. 1 табл.fe