Способ получения защитной экзотермической атмосферы при термообработке сталей и сплавов

 

Сущность изобретения: в замкнутом объеме при недостатке окислителя для получения защитной атмосферы производят сжигание баллиститного пороха. 1 ил., 1 табл.

СОЮЗ .СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s С 21 0 1/74, 1/76

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

К.АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ пятствующей процессам обезуглероживания.

Однако известный способ не обеспечивает хорошего смешения водяных паров с. защитной атмосферой, а водяной пар содержит большое количество воды„снижая качество термообработки. Способ требует отдельного источника водяного пара, специального подвода углеводородсодержа- а щего топлива, что усложняет оборудование и технологию ведения процесса, не.позво- у ляя вести термообработку, например, в полевых условиях.

Целью изобретения является обеспечение компактности оборудования и без- Ю опасности ведения процесса, например, в ОО полевых условиях.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения защитной зк- . зотермической атмосферы при термообработке сталей и сплавов, включающему сжигание углеводородсодержащего топлива в замкнутом объеме при недостатке окислителя, для получения защитной атмосферы в качестве топлива используют баллиститный порох.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4832182/02 (22) 30.05.90 (46) 07.08,92. Бюл. М 29 (71) Пермский политехнический институт (72) А,И.Лазукин и А.С..Ермилов (56) Авторское свидетельство СССР

% 986941, кл, С 21 D 1/74, 1983.

Изобретение относится к термической . . обработке в общем машиностроении, в частности к источникам создания. защитных атмосфер при различных видах термообработки сталей и сплавов.

Известны способы получения защитной экзотермической атмосферы, сжиганием при недостатке вбздуха природного газа или сжиженных пропанбутановых смесей.

- Недостактом указанных защитных атмосфер является окисление в них поверхности термообрабатываемых изделий, а также необходимость специального подвода к объекту, например от газопровода, или хранения газовых смесей в специальных сосудах под давлением.

Наиболее блйзким к изобретению является способ получения защитной атмосфе ры при термообработке сталей и сплавов, заключающийся в сжигании углеводородсодержащего топлива и дополнительной подаче водяного пара в защитную атмосферу печй. Количество подаваемого водяного пара определяют из условия обеспечейия содержания окислителей СО2 + НгО равным

45-50, что соответствует созданию защитной пленки на поверхности изделий, пре„)5U(„) 1752788 А1

1 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАЩИТНОЙ ЭКЗОТЕ РМИЧЕСКОЙ. АТМОСФ Е РЫ ПРИ

ТЕРМООБРАБОТКЕ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ (57) Сущность изобретения: в замкнутом объеме при недостатке окислителя для получения защитной атмосферы производят сжигание баллиститного пороха. 1 ил., 1 табл.

1752788

Использование баллиститного пороха дает более качественную по смешению газообразную атмосферу с меньшим количеством воды, так как продукты сгорания баллиститных порохов распределены в газовой фазе более равномерно и идет активное взаимодействие с обрабатываемой поверхностью. Отпадает необходимость дополнительного смещения защитной атмосферы с водяным паром, Эти источники . защитной атмосферы более компактны и безопасны, чем газообразные, а 1 кг сжига- емого порох дает до 800 л экзотермической атмосферы, что позволяет испольэовать его в полевых условиях, Способ осуществляется следующим образом.

Баллиститный порох сжигают в замкнутом объеме (в камере сгорания), где образуются газообразные продукты сгорания, представляющие защитную экзотермическую атмосферу, которые подаются в герметическую печь с термообрабатываемыми изделиями.

Процесс горения баллиститного пороха описывается следующим уравнением:

СзвН4в07вйгз - 36СО+24,5Нг+11 5N2+

+210г -+ 21 СОг+15СО+21 Н20+3,5Н2+11,5йг . Теплота реакции 2680 ккал/моль, температура 3500 К.

Примерный состав газов при давлении

30 МПа приведен в таблице.

Как видно из таблицы, состав продуктов сгорания близок к составу богатой неочищенной экзотермической атмосферы по содержанию в ней окиси углерода, Такая атмосфера получается при коэффициенте расхода воздуха а =0,5-0,6 и препятствует процессам окисления поверхности и обезуглера>кивания при высокотемпературной обработке сталей и сплавов.

Кроме того, содержащиеся в продуктах неполного сгорания углекислый газ и водяные пары создают защитную пленку на поверхности изделий, препятствующую обезуглераживэнию стали, Суммарный состав этих продуктов близок к составу газов прототипа, соответственно

51,8 и 45-500, Пример. В камере сгорания объемом

0,2 л при комнатной температуре сжигают навеску артиллерийского пороха (баллиститного) величиной 3 г. При сжигании навески образовалась защитная атмосфера в количестве около 1Я л. Защитная атмосфера подается в герметическую камеру с исс5

10 ледуемым образцом, находящуюся в печи

Исследуют образцы из стали марки Ст.3 диаметром 10 мм и высотой 5 мм. Поверхность образцов шлифуют до класса 7-8, Давление в герметической камере поддерживают до

3 кгс/cM при температуре термообработки

900 С. По прототипу в герметическую камеру порциями подают пропан-бутановую газовую смесь и водяной пар. В зависимости от марки стали и вида термообработки режимы могут меняться.

На чертеже приведены кривые, характеризующиее изменение поверхностных

15 свойств нормализованной стали Ст,3 при

880-900 С в защитной атмосфере, полученной при сгорании бэллиститного пороха (кривая 1), в защитной атмосфере по прототипу (кривая 2) и беэ защитной атмосферы

20 (кривая 3).

Иэ графика следует, что твердость поверхности стали по Роквеллу с алмазным наконечником (НВА) в предлагаемой защитной атмосфере через 5 ч термообработки

25 практически равна исходному уровню твердости до термообработки. Поверхность образцов чистая, светло-серая, подокаленный дефектный слой отсутствует, Меньшие значения твердости вначале термообработки

30 обусловлены присутствием в газовой смеси паров воды и углекислого газа, затем за счет образования защитной пленки и процессов науглераживания поверхность восстанавливается. Твердость образцов в защитной

35 атмосфере прототипа вначале уменьшается из-за интенсивного процесса окакинообразования, затем достигает постоянного уровня, но ниже чем твердость по предлагаемому способу. Поверхность

40 светло-коричневого цвета. Твердость образцов, обрабатываемых без защитной атмосферы, понижена и уменьшается со временем термообработки из-за разрушения поверхности вследствие окалинообра45 зования. Образцы имеют темно-коричневую окалину, толщина которой после 6 ч термообработки достигает 3 мм, Величина угара (количества окалины по разнице массы образцов до и после нагре50 ва и травления) для образцов, обработанных в течение 6 ч, в защитной атмосфере не превышает3 мг/см (0,1 ), при нагреве г в атмосфере прототипа 3 — 6 м/см (0,10,2 ), а при нагреве в обычном режиме

55 (без атмосфер) величина угара достигает

100-120 мг/см (3-4%).

Использование предлагаемого способа получения защитной экзотермической атмосферы при термической обработке сталей и сплавов обеспечивает по сравнению с из1752788 вестными способами использование способа в конверсии производства баллиститных порохов; упрощение технологии за счет устранения источников подвода углеводородсодержащего топлива и водяного пара; 5 повышение безопасности и упрощение ведения процесса термообработки; воэможность использования компактного эффективного источника защитной атмосферы, например в полевых условиях. 10

Формула изобретения

Способ получения защитной экзотермической атмосферы при термообработке сталей и сплавов, включающий сжигание углеводоросодержащего топлива в замкнутом обьеме при недостатке окислителя, отличающийся тем,что,сцелью обеспечения компактности оборудования и безопасности ведения процесса, в качестве топлива используют баллиститный порох.