Способ цементации стальных деталей в циркуляционном газовом потоке под давлением Советский патент 1977 года по МПК C23C11/12 

1

Изобретение относится к области металлургии, Преимущественно к химико-термической обработке металлов, и может быть использовано как способ поверхностного насыщения стальных изделий углеродом.

Известен способ газовой цементации стальных изделий, заключающийся в нагреве и их выдержке в регенерируемом газовом потоке в замкнутой системе 1. Газовую среду (60% азота, 40% окиси и двуокиси углерода) получают путем пропускания воздуха через нагретый древесный уголь. Древесный уголь нагревают до температуры несколько ниже, чем температура стальных изделий.

Однако известный способ цементации мало производителен, не позволяет повышать скорость насыщения поверхности изделия без изменения температуры процесса и скорости газового потока, цементационный слой имеет неодинаковую глубину в различных участках поверхности изделия, состав газовой среды в зависимости от состава вдуваемого воздуха из атмосферы, который не постоянен, меняется. Малая производительность известного способа цементации обусловлена невысокой разницей между равновесным содержанием окиси углерода в газовой среде и равновесным содержанием окиси углерода в газовой среде с теми же компонентами, но нейтральной по отношению к стальному изделию. Эта разница еще

более уменьшается вследствие различных температур, до которых нагреты стальные изделия и газовая среда.

Цель изобретения - повысить производительность процесса и получить равномерно насыщенные углеродом диффузионные слои, обеспечивающие высокие эксплуатационные свойства, а также использовать отработанную газовую среду посредством циркуляции ее в замкнутом объеме в присутствии твердого углерода.

Поставленная цель достигается тем, что по предлагаемому способу цементации стальные изделия, газовая среда, состоящая из окиси и. двуокиси углерода, и твердый углерод (древесный уголь) нагреваются до одной и той же температуры в пределах 850-1000°С.

Кроме того, в процессе химико-термической обработки направление циркуляционного газового потока периодически изменяют на противоположное.

Изменяя скорость тазового потока, можно получать диффузионные слои с различной глубиной и с различной концентрацией углерода. Изменение направления циркуляционного газового потока в процессе работы позволяет получить одинаковую глубину цементованного слоя в различных частях поверхности стальлых изделий. На чертеже представлена схема установки для проведения предлагаемого способа цементации. уЧуфель 1, снабженный вводом 2 с вентилем 3, герметически закрывается крышкой 4 с вентилятором 5 и манометром 6, который позволяет замерять давление газовой среды в муфеле. Кроме того, в муфеле помещен внутренний цилиндрический экран 7, заполненный стальными изделиями 8 и древесным углем 9, используемым в качестве твердого углерода. Способ осуществляется следующим образом. Проводят химико-термическую обработку изделий, изготовленных из стального прутка размеро.м 20X20 мм. Состав стали (20ХЗМВФ), %: Углерод 0,19 2,67 0,35 Вольфрам Ванадий 0,72 0,49 Молибден Остальное Железо Из подготовленното к работе муфеля через ввод откачивают воздух. Муфель с изделиями и твердым углеродом нагревают до 920°С и подают в него через ввод небольшую порцию углекислого газа. После взаимодействия СО2 с раскаленным углем в муфеле создают тазовую среду, состоящую из окиси и двуокиси углерода. Химико-термическую обработку проводят в течение 6 ч под давлением газовой среды 6 кгс/см и скорости циркуляционного газового потока 1,1 м/сек. Данные физических свойств, полученные после цементации предлагаемым (1) и известньш (2) способом, представлены ниже. 12 °С 920+ 920+ Те.шерат}ра цементации ,°С Время выдержки, ч66 Давление газовой среды,61 Скорость циркзляции га-1,11,1 за, м/сек Глубина цементованного 1,5+1,55 0,63+0,65 слоя, мм Твердость на поверхности750610 Концентрация углерода на1,781,34 поверхности, % Таким образом при цементации по предлагаемому способу скорость насыщения поверхности стальных изделий углеродом, а следовательно, и производительность повышаются. Формула изобретения Способ цементации стальных деталей в циркуляционном газовом цотоке под давлением, включающий нагрев и выдержку деталей в газовой среде, отличающийся тем, что, с целью ускорения процесса химико-термической обработки и повышения равномерности диффузионного слоя, Процесс ведут в присутствии твердого углерода, причем газовую среду, твердый углерод и стальные детали нагревают до температуры цементации, а нап вавление циркуляционного газового потока в процессе цементации периодически изменяют на Противоположное. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 67018, кл. С 23С 11/12, 1944. 2.Райцес В. Б. «Технология химико-термической обработки, 1965, с.- 82.