Способ измерения углеродного потенциала науглероживающей атмосферы Советский патент 1982 года по МПК C23C11/10 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО ПОТЕНПИАЛА НАУГЛЕРОЖИВАЮЩЕЙ АТМОСФЕРЫ

Изобретение относится к измеритель- ной технике и может быть использовано при химико-теру1ической обработке сталь ных изделий для измерения углеродного потенциала науглероживающих атмосфер. Известен способ измерения углеродного потенциала науглероживающей атмосферы путем помещения в нее стальной проволоки, измерения ее сопротивления по окончании диффузионных процессов и перевода значения этого сопротивления с учетом температуры взначение углеро ного потенциала ij . Недостатком этого способа является узкий диапазон намерения. Это объясняется тем, что он может быть реализован только тогда, когда материал проволоки находится в аустенитной фазе. При углеродном потенциале, превышающем предел растворимости углерода в аустените в стальной проволоке выделяется цементит, вследствие чего зависимость сопротивления проволоки от углеродного потенциала утрачивается и измерение становится невозможным. Например, при температуре близкой к верхний предел измерения не может быть больще 0,8%. Кроме того, при выпадении сажи из контролируемой атмосферы на поверхность стальной проволоки снижается точность измерений. Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения углеродного потенциала, заключающийся в том, что в контролируемую шутлероживающую атмосферу помещают стальную проволоку, из меряют ее сопротивление и обезуглероживают ее путем обдува обезуглероживан щим газом. Обезуглероживание проводят в объеме печ15 путем заключения проволоки в трубу и обдува водородом эндога- зом., насыщен 1ым водой. После того, как проволока полностью обезуглерожена, ее обдувают науглероживающей атмосферой, углеродный которой измеряют. При этом время 3 тэчеггае которого проводят обдув, выбирают таким, что даже при высоком уг перодном потешгиапе науглероживающей атмосферы содержание углерода в проволоке не успевает превысить предел растворимости углерода в аусте тите. Затем снова обдувают проволоку обезуглероживающим газом и цикл повторяет ся. Об измеряемом углеродном потенциале судят по процентному содержанию ут лерода в проволоке в конце цикла науглероживания. Указанный, способ позволяет измерять углеродный потенциал в широком диапазоне высоких его значё-, НИИ 2.. Недостаток известного способа - не- возможность непрерывного измерения углеродгюго потенциала, что обусловлено использоват1ем в нем частого периодического обдува проволоки дополнительно обезуглероживающей атмосферой. Кроме того, в процессе обдува прово локи контролируемой атмосферой с выcoKHivi углеродным потенциалом иа iipoao локу выпадает слой сажи, что снижает точность измерения. Цель изобретения - обеспечение непрерывности процесса измерения углерод ного потевдиала и повышение точности измерения, Поставленная, цель достигается тем, что согласно способу юмерения угле- родного потенциала на -тлерожт-нзающей атмосферы, включающему помещение в последнюю стальной проволоки, измере- m-ie сопротивления проволоки и периодическое oбeзyглepoживa rae ее, обезутле- роживашю производят до велтмины, лежащей в пределах растворимости углерода в аустените и поддерживают ее постоянной путем подогрева атмосферы, окружающей проволоку, и по температуре этой атмосферы определяют углеродный потенциал. Принцип предлагаемого способа основан на том, что при повышении темиературы науглероживающей атмосферы ее углеродный потешиал снижается. Путем повышения температуры части атмосферы, окружающей проволоку, можн снизить содержание углерода в ней (т.е. обевуглеродить) до значения, лежащего пределах растворимости углерода в ауст Ш1те (например, до 0,5% для проволоки из технически чистого железа). 44 В случае поддержания постоянного по величине (например, 0,5%) углеродного потенциала части науглероживающей атмосферы, окружающей проволоку, путем пювыщения ее талпературы между значением температуры этой части атмосферы и углеродным потенциалом всей атмосферы устанавливается однозначное соответствие. На чертеже изображено устройство, реализующее предлагаемый способ. Устройство содержит подогреватель 1 газа, состоящий из трубы 2 и расположенного на ее внутренней поверхности нагревателя 3. Нагреватель 3 выполнен, например, в виде спирали. Внутри подогревателя 1 газа вдоль оси трубы 2 размещены стальная проволока 4 и термопара 5. Подогреватель 1 газа помещен в пространство термической печи 6 таким образом, что ось трубы 2 расположена вертикально, а выводы от нагревателя 3, стальной проволоки 4 и термопары 5 выведены за пределы термической печи 6. .- При этом выводы термопары 5 подсоединены к измерительному прибору 7, выводы нагревателя 3 подключены к выходу регулятора 8, а выводы стальной проволоки 4 - к измерителю 9 содержания углерода в проволоке. Вход измерителя 9 соединен с измерительным прибором 7, а выход - с регутштором 8. Способ осуществляют следующим образом. После разогрева термической печи, например, до 90О С включают устройство в сеть питания и подают в печь науглероживающую атмосферу, которая заполняет также и подогреватель 1 газа. При этом подача атмосферы в подогреватель 1 Осуществляется за счет конвективного массообмена, но может быть проведена отдельным вентилятором. Контролируемая науглероживающая атмосфера, проходя через подогреватель 1, приобретает его температуру в конце прохождения, и в указанной атмосфере заканчиваются все химические реакции (т.е; атмосфера становится равновесной). В случае, если угаеродный потенциал науглероживающей атмосферы печи не превышает заданной веяЕСчи{1ы (например, 0,5%), то сигнал на регулятор 8 с измерителя 9 не поступает, газ не подогревается и значение углеродного потенциала определяется по сопротивлению и темпера туре проволоки 4 юмерителем 9. Если углеродный потенциал атмосферы превышает заданное значение,измеритель 9 выдает сигнал на регулятор 8, которы подает ток нагрева; на нагреватель 3. В результате повышения температуры науг лероживающей атмосфе1Л51 внутри подогревателя 1 ее углеродный потенциал снижается и в дальнейшем поддерживается регулятором 8 на заданном значении. Температура газа внутри подогревате. ля 1 .измеряется термопарой 5 и Т1зм&рительным прибором 7, показания которо го отражают углеродный потенциал атмосферы тер 1ической печи. Обезуглероживание стальной проволоки до постоянной величины в пределах растворимости yrviepoua в аустените путем подогрева части атмосферы, окружающей проволоку, обеспечивает непрерывное измерение углеродного потенциала науглероживающей атмосфера. в широком диапазоне высоких его значений Вместе с тем, подогрев указанной части атмосферы позволяет исключить выпадение сажи на поверхность прсволоки, что способствует повышению точности измерения углеродного потенциала. Предлагаемый способ может быть ш№роко использован в системах автоматиче кого регулирования контролируемых атмосфер в.термических печах, особенно пр интенсивном науглероживании с целью получения глубоких цементированных слоев поверхностейстальных деталей, работающих в абразивной среде (например, втулок и пальцев звеньев гусениц тракторов, бурошлх долот и т.д.). Формула изобретения Способ измерения углеродного поте диала науглероживающей атмосферы путем помещения в нее стальной проволоки, измерения сопротивления проволо ки и пернодичесясого обезуглероживания ее, отличающийся тем, что, с целью обеспечения непрерывности измерения углеродного потенциала и повышения точности иэмерения, обезуглероживание производят до величины, лежащей в пределах растворимости углерода в аустените и поддерживают ее постоянной путем подогрева атмосфера, окру жающей проволоку, и по температуре этой атмосферы определяют углеродный nt тенциал. Источники информашш, принятые во внимание при экспертизе 1.Методы контроля углеродного потенциала. Перевод № Ц-76383. М., ВЦП, 1976, с. 19-23. 2.Муниа В. А. Исследование масо. обмена в цементационных печах с целью разработки способа регулирования.углеродного потенциала печной среды. Автореф. дис. на соиск, учен, степени канд. техн. наук. Свердловск, УПИ, 1979, с. 14-17.