Способ цементации стальных изделий Советский патент 1980 года по МПК C23C9/02 

(54) СПОСЮБ ЦЕМЕНТАЦИИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к машинострое нию к может быть использовано в современном транспортном машиностроении при обработке трущихся друг о друга деталей для придания этим парам износостойкости. В настоящее время цементация в газовом карбюризаторе - наиболее распространенный вид химико-термической о&работки стальных излелий. Известен способ цементации с использованием природного газа при температур ре процесса 925-950 С с оптимальным расходом карбюризатора в пределах 0,3-0,8 li . Однако скорость образования диффузио пого слоя в этом способе незначительна. Средняя скорость цементации в опт мальных режимах зависит от продолжительности процесса. При увеличении времепи (глубины) цементации она уменьшается. При цементации на глубину, превышающую 2 мм (здесь за глубину цо- монтпцни принимается весь науглероженный слой), средняя скорость становится равной и ниже 0,1-0,15 мм/ч. Известен способ цементации в кипящем слое, где процесс науглероживания производится в непрерывно кипяшем слое инертных частиц твердого материала при использовании в качестве сжижающего агента смеси эндогаза и избыточного метана. Данный способ характеризуется высокой скоростью нагрева садки деталей, высоким значением коэффициента массообмена И углеродного потенциала, что позволяет значительно сократить продолжительйость процесса (в 5-7 раз по сравнению с газовой цементацией). Практически в кипяшем слое массообмен ocyu ocтвл ется с максимально возможной скоростью(2. Однако данный способ T|jc6yoT большого расхода карбюризатора для поддержания слоя в кипящем состоянии, л следовательно и повышенного рпсходя тшшовой энергии на нагрев это1Х) к/1рОк1ри.-затора. Большая часть карбюризатора барбо- тирует через слой в виде пузырей и тех нологически не используется, В rase, покидающем сплошную фазу, также содержится большая доля подаваемого под сло избыточного метана. В процессе науглероживания практически участвует только та часть метана, которая непосредственн омывает цементуемую поверхность,Кроме того, данный способ сопровож- дается выносом частиц кипящего слоя за пределы печи. Целью изобретения является сокращение расходов карбюризатора, электроэнер гии, уменьшение выноса частиц, а также получение более качественного диффузионного слоя при сохранении высокой скорости насыщения поверхности детали. Поставленная цель достигается организацией прерывистого режима кипения заключающегося в том, что продувание слоя ожижающим агентом производится периодами через определенные, возрас тающие по мере науглероживания детали, промежутки времени. Оптимальные продолжительности периодов кипения и ща гов между ними зависят от конкретньтх условий цементации: размеров слоя, частиц и плотности их материала, величины садки деталей и геометрии их размещения, состава карбюризатора, температуры, продолжительности цементации и ТоД,( и могут быть рассчитаны по фор муламо Период кипения ( t( ) расчитываетс следующим образом С целью максималь ногх) использования углерода, подаваемого в печь в составе карбюризатора, время продувания слоя t Должно быть равно - где Н - высота кипящего слоя, MJ со - скорость начала кипения, M/CJ k - коэффициент, учитывающий увели чение объема газа при полном разложении избыточного метана Для метана k 0,5, для эндогаза К 1, В свободно кипящем слое перемешива ние частиц весьма интенсивно и смена частиц у поверхности образца происходит за 1О.30 с, т.е. в этом случае можно пользоваться приведенной формулой. В заторможенном садкой деталей сло интенсивность перемешивания может ста на порадок ниже. Об интенсивности пере мешивания частиц можно судить по соот

724603 ошению эффективной теплопроводности вободно кипящего и заторможенного лоев. Так, если в свободно кипящем слое Аэ,ц,:с.150 г 200 Вт/(м, К), то в заторможенном Д 10-15 Вт/(м.К.) для электрокорунда с размером 120 мкм. Поэтому в промыщленных печах с слоем, загруженных садкой деталей, время кипения может быть больше также на порядокс Отсода ;bi.(10rl5)M-k Период осажденного состояния (t) может бьАгь рассчитан следующим образом. С целью максимального использования углерода в составе метана, находотаегося в порах слоя, создают условия для его полного разложения, т.е. производят выдержку t:,, . Экспериментально опреде ляют, что при t- 925 С мин. По мере увеличения числа выдержек их продолжительность увеличивается на д-Г 3-7 мин, Закономерность продолжительности осажденного состояния по мере насыщения детали углеродом можно описать следующим выражением Го(5-МОЖЗ-ь7)(и-1Ь где и - порядковый, номер периода осажденияПри прекращении подачи ожижающего агента частицы образуют плотный слой. Погруженная деталь оказывается зажатой плотным слоем зауглероженных частиц, пространство между которыми заполнено печной атмосферой, состоящей из эндогаза и избыточного метана. Метан продолжает разлагаться с выделением твердого углерода. Углерод в виде сажи накапливается на поверхности частиц всего слоя. Науглероживание детали осу ществляется разлагающимся на стальной поверхности метаном, вьщеляюшим атомарный углерод, который и диффундирует в металл, Однбвременно с этим происходит перенос углерода с частиц к поверхности .детали, В период кипения слоя происходит перемешивание частиц. Частицы с израсходЬванной сажей отбрасываются от поверхности детали вглубь слоя, где они вновь покрываются сажей, а на их место поступают свежие частицы, В это же время происходит вытеснение из слоя отрабоганиого газа свежим, а также устрани