Способ получения защитной экзотермической атмосферы при термообработке сталей и сплавов Советский патент 1992 года по МПК C21D1/74 C21D1/76 

Изобретение относится к термической обработке в общем машиностроении, в частности к источникам создания защитных атмосфер при различных видах термообработки сталей и сплавов.

Известны способы получения защитной экзотермической атмосферы, сжиганием при недостатке воздуха природного газа или сжиженных пропанбутановых смесей.

- Недостактом указанных защитных атмосфер является окисление в них поверхности термообрабатываемых изделий, а также необходимость специального подвода к объекту, например от газопровода, или хранения газовых смесей в специальных сосудах под давлением.

Наиболее близким к изобретению является способ получения защитной атмосферы при термообработке сталей и сплавов, заключающийся в сжигании углеводородсо- держащего топлива и дополнительной подаче водяного пара в защитную атмосферу печи. Количество подаваемого водяного пара определяют из условия обеспечения содержания окислителей С02 + №0 равным 45-50 %, что соответствует созданию защитной пленки на поверхности изделий, препятствующей процессам обезуглероживания.

Однако известный способ не обеспечивает хорошего смешения водяных паров с защитной атмосферой, а водяной пар содержит большое количество воды, снижая качество термообработки. Способ требует отдельного источника водяного пара, специального подвода углеводородсодержа- щего топлива, что усложняет оборудование и технологию ведения процесса, не позволяя вести термообработку, например, в полевых условиях .

Целью изобретения является обеспечение компактности оборудования и безопасности ведения процесса, например, в полевых условиях.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения защитной экзотермической атмосферы при термообработке сталей и сплавов, включающему сжигание углеводеродсодержащего топлива в замкнутом объеме при недостатке окислителя, для получения защитной атмосферы в качестве топлива используют баллистит- ный порох.

XI

сл ho xi со со

Использование баллиститного пороха дает более качественную по смешению газообразную атмосферу с меньшим количеством воды, так как продукты сгорания i баллиститных порохов распределены в газовой фазе более равномерно и идет активное взаимодействие с обрабатываемой поверхностью. Отпадает необходимость дополнительного смещения защитной атмосферы с водяным паром. Эти источники защитной атмосферы более компактны и безопасны, чем газообразные, а 1 кг сжигаемого порох дает до 800 л экзотермической атмосферы, что позволяет использовать его в полевых условиях.

Способ осуществляется следующим образом.

Баллиститный порох сжигают в замкнутом объеме (в камере сгорания), где образуются газообразные продукты сгорания, представляющие защитную экзотермическую атмосферу, которые подаются в герметическую печь с термообрабатываемыми изделиями.

Процесс горения баллиститного пороха описывается следующим уравнением:

СзбН4д078№з 36СО+24.5Н2+11,5№+

+2102 - 21С02+15СО+21 Н20+3,5Н2+11,5№ 30

Теплота реакции 2680 ккал/моль, температура 3500 К.

Примерный состав газов при давлении 30 МПа приведен в таблице.

Как видно из таблицы, состав продуктов сгорания близок к составу богатой неочищенной экзотермической атмосферы по содержанию в ней окиси углерода. , Такая атмосфера получается при коэффициенте расхода воздуха а 0,5-0,6 и препятствует процессам окисления поверхности и обезуг- лераживания при высокотемпературной обработке сталей и сплавов.

Кроме того, содержащиеся в продуктах неполного сгорания углекислый газ и водяные пары создают защитную пленку на поверхности изделий, препятствующую обезуглераживанию стали. Суммарный состав этих продуктов близок к составу газов прототипа, соответственно 51,8 и 45-50%.

П р и м е р. В камере сгорания объемом 0,2 л при комнатной температуре сжигают навеску артиллерийского пороха (баллиститного) величиной 3 г. При сжигании навески образовалась защитная атмосфера в количестве около 1,8 л. Защитная атмосфера подается в герметическую камеру с исследуемым образцом, находящуюся в печи. Исследуют образцы из стали марки Ст.З диаметром 10 мм и высотой 5 мм. Поверхность образцов шлифуют до класса 7-8. Давление

в герметической камере поддерживают до 3 кгс/см2 при температуре термообработки 900°С. По прототипу в герметическую камеру порциями подают пропан-бутановую газовую смесь и водяной пар. В зависимости

от марки стали и вида термообработки режимы могут меняться.

5

0

5

0

На чертеже приведены кривые, характеризующие изменение поверхностных свойств нормализованной стали Ст.З при 880-900°С в защитной атмосфере, полученной при сгорании баллиститного пороха (кривая 1), в защитной атмосфере по прототипу (кривая 2) и без защитной атмосферы (кривая 3).

Из графика следует, что твердость поверхности стали по Роквеллу с алмазным наконечником (HRA) в предлагаемой защитной атмосфере через 5 ч термообработки практически равна исходному уровню твердости до термообработки. Поверхность образцов чистая,светло-серая, подокаленный дефектный слой отсутствует. Меньшие значения твердости вначале термообработки обусловлены присутствием в газовой смеси паров воды и углекислого газа, затем за счет образования защитной пленки и процессов науглераживания поверхность восстанавливается. Твердость образцов в защитной атмосфере прототипа вначале уменьшается из-за интенсивного процесса ока- линообразования, затем достигает постоянного уровня, но ниже чем твердость по предлагаемому способу. Поверхность светло-коричневого цвета. Твердость образцов, обрабатываемых без защитной атмосферы, понижена и уменьшается со временем термообработки из-за разрушения поверхности вследствие окалинообра- зования. Образцы имеют темно-коричневую окалину, толщина которой после 6 ч термообработки достигает 3 мм.

Величина угара (количества окалины по разнице массы образцов до и после нагрева и травления) для образцов, обработанных в течение 6 ч, в защитной атмосфере не превышаетЗмг/см2(0,1%), при нагреве в атмосфере прототипа 3-6 м/см2 (0,1- 0,2%), а при нагреве в обычном режиме 55 (без атмосфер) величина угара достигает 100-120 мг/см2(3-4%).

Использование предлагаемого способа получения защитной экзотермической атмосферы при термической обработке сталей и сплавов обеспечивает по сравнению с из5

0

5

0

вестными способами использование способа в конверсии производства баллиститных порохов; упрощение технологии за счет устранения источников подвода углеводород- содержащего топлива и водяного пара; повышение безопасности и упрощение ведения процесса термообработки; возможность использования компактного эффективного источника защитной атмосферы, например в полевых условиях.

0

Формула изобретения Способ получения защитной экзотермической атмосферы при термообработке сталей и сплавов, включающий сжигание углеводоросодержащего топлива в замкнутом объеме при недостатке окислителя, отличающийся тем, что, с целью обеспечения компактности оборудования и безопасности ведения процесса, в качестве топлива используют баллиститный порох.

Сущность изобретения: в замкнутом объеме при недостатке окислителя для получения защитной атмосферы производят сжигание баллиститного пороха. 1 ил., 1 табл.

HRA №

46 4

40

3d 36

j//////////////j//j/////L//.uj//./j.A/jUjj LjUJjQ2jj-U.

/