Способ газовой цементации стальных изделий

 

Изобретение относится к области теплотехники, в частности к способам химико-термической обработки изделий, например их цементации и нитроцементации, и может найти применение в машиностроительной, авиационной, автомобильной промышленности. Целью изобретения является интенсификация процесса насыщения и снижение расхода эндогаза. Способ химико-термической обработки изделий в печах непрерывного действия включает нагрев, насыщение поверхностного слоя, диффузионную выдержку и подстуживание перед закалкой с использованием рециркуляции технологической атмосферы на всех стадиях процесса химико-термической обработки. На стадиях нагрева от 1000 К до температуры процесса цементации и подстуживания перед закалкой циркуляцию технологической атмосферы осуществляют со скоростью 2,0-5,0 м/с, при этом подачу газа-носителя на стадиях нагрева, насыщения и диффузионной выдержки производят в момент загрузки-выгрузки изделий. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5D 4 С 23 С 8 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4187380/23-02 (22) 28.01.87 (46) 07..11.89. Бюп. Р 41 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт "Теплопроект" (72) И.А.Чернов, В,А.Арутюнов и В.А.Ковригин (53) 628.785.51.06 (088.8) (56) Металловедение и термическая обработка металлов, 1987, Р 1, с.30. (54) СПОСОБ ГАЗОВОЙ ЦЕИЕНТАЦИИ СТАЛЬННХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к области теплотехники, в частности к способам химико-термической обработки изделий, например их цементации и нитроцементации, и может найти применение в машиностроительной, авиационной, автоИзобретение относится к теплотехнике, в частности к способам химикотермической обработки изделий, например их цементации и нитроцементации, и может найти применение в машиностроительной, авиационной, автомобильной, тракторной промышленности и в ряде других областей народного хозяйства.

Цель изобретения — интенсификация процесса химико-термической обработки изделий и снижение расхода зндогаэа.

С способе химико-термической обработки иэделий в печах непрерывного действия, включающем нагрев, насыще„„SU„„1520140 А I

2 мобильной промышленности..Целью изобретения является интенсификация процесса насьпцения и снижение расхода эндогаэа. Способ химико-термической обработки изделий в печах непрерывного действия включает нагрев, насьпцение поверхностного слоя, диффузионную выдержку и подстуживание перед закалкой с использованием рециркуляции технологической атмосферы на всех стадиях процесса химико-термической обработки. На стадиях нагрева от 1000 К до температуры процесса цементации и подстуживания перед закалкой циркуляцию технологической атмосферы осуществляют со скоростью

2,0-5,0 м/с, при этом подачу газаносителя на стадиях нагрева, насыще-; ния и диффузионной выдержки проиэ1 водят в момент загрузки-выгрузки изделий. 1 табл. ние поверхностного слоя, диффузионную выдержку и подстуживание перед закалкой с использованием рециркуля" ции технологической атмосферы, при нагреве от 1000 К до температуры цементации и подстуживании перед закалкой циркуляцию технологической атмосферы осуществляют со скоростью

2,0-5 0 м/с. Это позволяет резко сократить подачу свежей технологической .атмосферы, особенно эндогаза.

Предлагаемый способ химико-термической обработки изделий осуществляют следукяцим образом.

В пространстве цементационной (нитроцементационной) печи вентилято1520140 ры или иные средства циркуляции технологической атмосферы устанавливают4 ся толька в зонах нагрева и подстуживания в интервалах указанных температур или в области регулируемого снижения поверхностной концентрации карбюриэатора. Рабочее пространство нагретой печи заполняется технологической атмосферой, состоящей из гaçà- 10 носителя и карбюризатора. Изделия, например поршневые пальцы, загруженные на поддоны с приспособлениями в виде отдельных садок, поступают с заданным интервалом времени с внешнего конвейера через загрузочный тамбур в зону нагрева рабочего пространства печи. Нагрев изделий производится в потоках технологической атмосферы, циркулирующей также и вблизи поверхности нагревателей и стен рабочего пространства, чта способству ет выравниванию температуры деталей по сечению каждой садки.

Интенсивная циркуляция атмосферы на стадии нагрева в области существования изменяющегося градиента углеродного потенциала атмосферы вблизи ,поверхности изделий сопровождается,скачкообразным ускорением васстанов1 ления состава и науглероживающей спо собности технологической атмосферы. Это приводит к ускорению первого этапа науглераживания — предельного насыщения поверхности изделий, а также к ускорению процесса в целом и снижению отклонений по толщине упрочняемого слоя.

После предельного насыщения поверхностного слоя изделий завершается

40 их нагрев. На стадии диффузионной выдержки интенсивность перехода углерода через границу газ-металл на

2-3 порядка ниже, чем на первом этапе, и не зависит от скорости цирку45 ляции технологической атмосферы. Б эту зону перетекают потоки циркулирующей атмосферы из зоны нагрева, предотвращая образование локальных застойных объемов технологической атмосферы, так как устранены пережимы50 рабочего пространства, разделяющие зоны нагрева, цементации и дифузионной выдержки.

После проведения диффузионной выдержки и образования цементованного 55 слоя от заданной толщины поддоны с изделиями попадают в зону подстуживания, отделенную режимом. Эта ста- дия химико-термической абрабстки проводится в циркулирующем со скоростью 2,0-5,0 м/с потоке технологической атмосферы, что позволяет обеспечить стабильную величину концентрации карбюриэатара на поверхности всех изделий и равномерность температуры садки перед выгрузкой.

Газоввод расположен в зоне нагрева и отводится технологическая атмосфера через тамбур выгрузки на свечу.

При уменьшении скорости циркуляции технологической атмосферы в процессе нагрева ниже 2,0 м/с резко снижается конвективная теплаотдача от нагревателей к изделиям, расположенным в центре садки, и замедляется их нагрев, 1

Это приводит к увеличению перепада температуры па сечению садки и ускоренному сажеобразованию в более холодных точках садки, перемещаемой в зону диффузионного насыщЕния..

Вследствие увеличения продолжительности нагрева некоторых изделий и задержки начала процесса науглероживания увеличиваются отклонения по содержанию углерода в слое и толщине науглераженного слоя, Кроме того, повышается температура поверхности нагревателей и сокращается срок служ.г бы, увеличиваются отклонения в составе технологической атмосферы печи. ,Чем ниже скорость рециркуляции техно,логической атмосферы печи, тем боль ше время восстановления состава тех нологической атмосферы печи.

В глубинных областях садки, где циркуляция вследствие местных сопротивлении минимальна или отсутствует, предельное насыщение поверхности изделии соответствует не среднему уровню углеродного потенциала, а локальному составу технологической атмосферы, и может продолжаться на порядок дольше, способствуя дополнительному замедлению процесса и увеличению разброса по качеству науглероженнаго слоя. Для ускорения процесса науглероживания этих изделий увеличивают. подачу карбюризатора, что способствует еще дальнейшему ухудшению качества химико-термической обработки, ускорению сажеобразования в холодных зонах застойной малоподвижной атмо". сферы, сокращению срока службы нагревателей.

В таблице приведены сравнительные данные исследований при осуществле20140 6

f5

55

5 15 нии известного и предлагаемого способов.

Пример 1. Рабочее пространство цементационной печи заполняется технологической атмосферой. Вентиляторы размещены в зонах нагрева и подстуживания. Поддоны споршневыми пальцами, размещенными на них в виде от- дельных садок, поступают через загрузочный тамбур в зону нагрева печи с заданным интервалом времени. Технологическая атмосфера циркулирует как вокруг садки, так и вблизи поI .верхности нагревателей и стен рабоче го пространства, скорость циркуля1ции технологической атмосферы в печи на стадии нагрева составляет 1,5 м/с, на стадии подстуживания — 3,0 м/с.

Циркулирующий поток технологической атмосферы омывает каждую садку в направлении, поперечном ее перемещению через печь.

При скорости циркуляции технологической атмосферы на стадии нагрева, равной 1,5 м/с, снижается ковективная теплоотдача от нагревателей к пальцам, расположенным как в центре садки, так и в нижней ее части, что приводит к замедлению их нагрева, увеличению перепада температуры по сечению сацки и дополнительному сажеобразованию на более холодных пальцах.

Замедление процесса нагрева приводит также к отставанию начала науглероживания поверхностного слоя более холодных пальцев, увеличению отклонения содержания углерода и толщины науглероженного слоя.

Замедление циркуляции технологической атмосферы в зоне нагрева влияет на зону насыщения и приводит к замедлению восстановления состава технологической атмосферы как в зоне нагрева, так и в зоне насыщения.

Для ускорения процесса науглероживания изделий необходимо увеличить подачу карбюризатора, что приводит к ухудшению качества химико-термической обработки, либо уменьшить коли— чество изделий каждой садки, подаваемой в цементационную печь.

Пример 2. В отличие от условий цементации, описываемых в примере

1, скорость циркуляции технологической атмосферы в печи на стадии нагрева составляет 5,5 м/с. Ускорения процесса науглероплвания поверхностного слоя не наблюдается. Однако для увеличения скорости циркуляции необходима установка более мощного вентилятора, что приводит к значительному увеличению энергетических затрат, усложнению и удорожанию конструкции.

Пример 3. Размещенные в печи садки с поршневыми пальцами после завершения процессов нагрева и диффузионного насыщения поступают на стадию подстуживания перед закалкой.

Скорость циркуляции технологической атмосферы на стадии нагрева 3,0 м/с, на стадии подстуживания — 1,5 м/с.

Пальцы остывают неравномерно по объему садки, так как теплоотдача от центра садки затруднена (и излучением, и конвекцией). В процессе подстуживания при открывании заслонки выгрузки периодически нарушается состав технологической атмосферы, а скорость его восстановления низка, поэтому часть изделий подвергается частичному обезуглероживанию. В результате химико-термической обработки в атмосфере нестабильного состава и ""àêàëêè с неравномерной по объему садки температурой изделия имеют отклонения в объеме садки и по X

С(0,3Е С и выше), и по твердости.

Пример 4. Превышение скорости циркуляции технологической атмосферы вблизи поверхности поршневых пальцев

5,0 м/с и более не позволяет оценить эффективность улучшения качества, так как отклонения по концентрации углерода на поверхности изделий при скорости циркуляции 2-5 м/с не превышают

0,05Х С, а иэделий, обрабатываемых навалом в корзинах, около 0,17 С благодаря достаточной величине скорости восстановления состава технологической атмосферы. При этом равномерность химико-термической обработки изделий в объеме садки йе превышает указанных величин, а усложнение конструкции устройства для рециркуляции и увеличение энергозатрат приво" дит к увеличению себестоимости продукции °

Формула изобретения

Способ газовой цементации стальных иэделий, включающий нагрев, диффузионное насыщение с регуляцией эндогаза, подстуживание и последующую! 520140

Расход эндогаэа.Скорость принудительной рециркуляции технологической атмосферы, и/с

Способ

Относитель Фактичесный кий

U,lU„0„, мз

В процессе диффуэии

40 22,0 5-8 1 10-!60

34 22,0 5-8 140-160

39, 7 31 3,3-4, О 100-125

0i003

0,004

0,5

0,003

0,004

0,004

38 28,0 0,71-0,90 20-25

34 28,0 0,14 4,0

0,5-1,5

2,0-5,0

0,5

0,5

Составитель И.Петров

ТехредЛ.Сердюкова Корректор Т.Палий

Редактор И.Дербак

Заказ 6727/31

Тираж 942 Подписное В1!ИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина,101 закалку, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса и снижения расхода эндогаза, на стаИзвестный

2

До модерниэации

Предлагаемый

2 дни подстуживания, рециркуляцию эндогаза осуществляют со скоростью 2,05,0 и/с.

В процессе нагрева и насыщения поверхности