Способ подачи ингредиентов при химико-термической обработке Советский патент 1993 года по МПК C23C8/60 

Изобретение относится к металлургии, в частности, к химико-термической обработке, а именно - к процессам газовой нитро- цементации.

Целью изобретения является разработка способа подачи ингредиентов с большим содержанием углерода и азота для повышения эффективности процесса насыщения; упрощения способа путем использования твердофазных компонентов (карбамид, желтая кровяная соль и т.д.); введение доп олни- тельных элементов на любой стадии химико-термической обработки,

Поставленная цель достигается тем, что определенные количества (порции) ингредиентов вводят в реторту печи в течение процесса насыщения периодически в капсулах, т.е. окруженные оболочкой, изготовленной из другого материала, размер капсул может варьироваться в широких пределах и зависит от конкретных условий проведения процесса химико-термической обработки и конструктивных особенностей установки для реализации этого процесса. Попадая в реторту печи, капсула под термическим воздействием вскрывается и, находящееся в ней вещество, попадает в рабочий обьем реторты, где происходит его диссоциация. В зависимости от температуры плавления вещества, из которого изготовлена капсула, вскрытие последней а реторте печи может осуществляться:

- вследствие расплавления оболочки капсулы, если температура ее плавления меньше рабочей температуры процесса:

00

Ј о

ы

- вследствие механического разрушения капсулы з результате резкого увеличения внутреннего давления в ней, причиной которого является начавшаяся диссоциация ингредиента, если температура плавления материала капсулы больше температуры в реторте печи;

- вследствие совместного действия вышеуказанных механизмов.

Материал оболочки капсулы выбирается таким, чтобы при его нагревании выделяющиеся из этого материала составляющие (если это происходит) не привносили в насыщающую атмосферу реторты печи элементов, ухудшающих диффузионные процессы и качество упрочненного слоя. В соответствии с этим, в качестве материалов оболочек капсул при проведении процессов нитроцементация использовались полиак- рилонитрил, прессованный графит и сплав цинк-алюминий-медь, что наглядно демонстрирует процессы вскрытия капсул по описанным механизмам.

Имея высокую температуру диссоциации, много большую температуры процесса нитроцементации, графитовая оболочка вскрывается в результате его разрыва при увеличении внутреннего давления в ней. Кроме того, графит оболочки капсулы при температурах выше 400°С окисляется присутствующим в насыщающей атмосфере кислородом с образованием двуокиси углерода COz причем окисление ускоряется в присутствии железа, ванадия и Других металлов. Наличие в реторте печи атомарного азота при его взаимодействии с графитом также приводит к образованию соединений типа . При высокотемпературных процессах нитроцементации, когда рабочая температура выше 800°С, наличие в атмосфере азота и водорода при их взаимодействии с графитовой оболочкой способствует образованию синильной кислоты НС. Таким образом, графитовая оболочка капсулы играет роль не только контейнера для введения ингредиентов в реторту печи, но и выступает как дополнительный источник углерода.

Лолиакрилонитрил имеет температуру размягчения порядка 230°С. В результате этого вскрытие оболочки капсулы происходит за счет ее размягчения и разрыва силами увеличивающегося внутреннего давления в рабочем объеме реторты печи. Особенностью данного материала оболочки капсулы является то, что при температурах близких к температурам его размягчения он выделяет углерод, азот и водород, т.е. так же способствует повышению активности насыщающей атмосферы.

В качестве оболочек капсул можно использовать также легкоплавкие металлы и их сплавы, такие, например, как свинец (327°С), олово (232°С), сплавы цинк-ал юминий-медь (порядка 400°С) и другие. Попадая в реторту печи с температурой выше 400°С оболочка капсулы, изготовленная из легкоплавкого металла, расплавляется, в результате чего соединение, заключенное в ней и

содержащее необходимые элементы для проведения процесса упрочнения, попадает в рабочее пространство печи.

Примеры предлагаемого способа подачи ингредиентов.

Обрабатываемое изделие помещают в реторту, изготовленную из нержавеющей стали, предварительно нагретую до требуемой температуры процесса, и герметически закрывают. Производят продувку реторты

инертным газом (в данном случае аргоном). Затем начинают подавать с требуемой периодичностью капсулы с ингредиентами. Выдерживают упрочняемое изделие в насыщающей атмосфере требуемое время и

прекращают подачу капсул. Повторно продувают реторту инертным газом и извлекают из печи обработанное изделие.

Параметры процессов: объем реторты 0,0037 м3, температура процесса 510530°С, время процесса 60 мин., карбамид подавался в реторту в капсулах из расчета 100 грамм карбамида в час.

Величина и микротвердость упрочненного слоя регистрировались на образцах

быстрорежущей стали Р6М5. Размер образцов 10x10x4 мм.

Результаты исследований приведены в таблице.

Значения глубины слоя и его микротвердости при использовании в качестве материала капсул графита иполиакрилонитрила близки к приведенным в таблице,

Предлагаемый способ подачи ингредиентов при химико-термической обработке позволяет активизировать процесс насыщения в результате возможности применения в качестве ингредиентов процесса насыщения веществ, имеющих в своем составе большое количество азота и углерода, что позволяет использовать их вместо применяемых в настоящее время газовых и жидкостных компонентов. Использование капсул

позволило значительно упростить установку для химико-термической обработки и улучшить условия труда на ней. Использование капсул дает возможность использовать как твердофазные, так и ингредиенты, имеющие иное агрегатное состояние.

Формула изобретения Способ подачи ингредиентов при химико-термической обработке, включающий подачу в реторту печи насыщающих компонентов, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и упрощения

способа, подачу компонентов осуществляют периодически в капсулах в течение процесса насыщения, причем капсулы выполнены из материала, который вскрыва- ется в печи под воздействием рабочих температур.

Сущность изобретения: способ включает подачу ингредиентов в реторту печи в процессе химико-термической обработки путем капсулирования последних и введения их в рабочий объем печи в капсулах. На конкретных примерах показаны механизмы вскрытия оболочек капсул под действием рабочих температур процесса упрочнения. Приведены возможные материалы оболочек капсул. Показаны преимущества данного способа по сравнению с существующими. 1 табл.

Способ подачи ингредиентов

Прототип

Мочевина транспортируется в реторту печи через трубку сжатым воздухом. Воздух подается из расчета 6 м3/ч импульсами через каждые 10 с в течение 0,8 с при избыточном давлении 0,5 атм

Базовый оъект

Насыщение проводилось в среде разложения отходов аминопластов, загруженных в в специальный контейнер вместе с упрочняемыми образцами из расчета 0,3 г/см2 площади образца Предлагаемый способ Карбамид подавался в реторту в капсулах, из расчета 100 г карбами- да в час

Величина слоя, мкм

Микротвердость,

ед

14- 18

1000 1050

8-12

1100- 1150

22-27

1150- 1200