Способ азотирования стальных и чугунных изделий

 

Класс Ис, о

В 43658

АВТОРСНОЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО НА ИЗОБРЕТЕНИЕ

ОПИСАНИЕ способа азотирования стальных и чугунных изделий.

К авторскому свидетельству М. А. Оржеровского, заявленному 8 декабря 1934 гола (спр. о перв. № 1586241.

О выдаче авторского свилетельства опубликовано 31 июля 1935 года.

Предлагаемое изобретение касается методов ускорения и регулирования процессов азотир вания путем понижения концентрации водорода в газовой фазе.

Применяемый в настоящее время процесс азотирования заключается в образовании на поверхности стального или чугунного изделия слоя нитридов железа и проводится в специальных печах при температурах 450 — 600 в струе аммиака. При этом имеют место следующие реакции: а) диссоциация аммиака

2Н,N=N,+ЗН, б) соединение азота с железом

2N+2mPe 2Ре N, где m=2 или 4.

Присутствующий водород может ухудшать состояние азотированной поверхности. частично диазотируя ее:

ЗН, — 2Ре,„Х вЂ” 2тРе+ 2Н,Х.

Успешность азотирования находится в прямой связи со степенью диссоциации аммиака. Последняя зависит, при неизменной поверхности азотируемых изделий, от температуры процесса и скорости прохождения газа. Повышение температуры, хотя и увеличивающее (1907 степень диссоциации аммиака, для различных сортов стали имеет определенные границы (500 — 600 ), выше которых получается менее твердый поверхностный слой вследствие усиления диффузии азота вглубь металла.

Вредное явление водорода уменьшается быстрым уводом продуктов диссоциации вместе с не разложившимся аммиаком из рабочего пространства печи, т. е. увеличением скорости протекания газа.

При этом, вследствие уменьшения срока пребывания аммиака в печи, степень лиссоциации его сильно снижается.

Практические условия, при которых,, обычно, получается требуемая глубина и твердость азотированного слоя и наиболее короткий срок (45 — 50 часов), заключаются в температуре процесса 450—

500 и скорости прохождения аммиака

0,5 — 06 лз/ ас. Этим условиям приблизительно соответствует степень диссоциации аммиака15 — 20% (иногда при подходящей поверхности изделий доходящая до 30с/с). Столь низкий процент диссоциации сильно замедляет процесс азотирования и влечет увеличенный расход аммиака.

Для устранения указанных недостат, ков применяется введение в рабочее пространство печи „катализаторов", в данном случае тел, способных в значительных количествах адсорбировать водород, сдвигая этим равновесие в газовой фазе в сторону большего образования продуктов диссоциации. При этом про- ( должительность процесса сокращается J почти вдвое.

К недостаткам подобных катализаторов (а к ним относятся магнезит, медь, песок и др.) следует отнести а) неравномерность действия вследствие ослабления поглощающей способности по мере насыщения водородом; б) часть объема печи вместо продукции загружается катализатором; в) в печах с вентилятором мелко истертый катализатор выдувается и засоряет трубопроводы, а крупные куски, вследствие малой поверхности, дают малый ощутимый эффект; r) необходимость дополнительных затрат на приготовление или на регенерацию катализаторов.

Настоящее предложение устраняет все перечисленные недостатки и дает новое средство управления процессом следующим образом. В рабочее пространство печи вводится диафрагма из материала, проницаемого только или преимущественно для водорода. За диафрагмой создается различной степени вакуум, которым регулируется количество отводимого из газовой фазы водорода, а следовательно и степень диссоциации аммиака при неизменных остальных факторах, влияющих на степень диссоциации.

В сравнении с применяемыми способами предлагаемый имеет следующие преимущества:

1. Ilpn неизменных температурах, скорости движения аммиака и поверхности изделий степень диссоциации может быть увеличена и выдержана на более высокой ступени.

2. Обычная степень диссоциации 20—

30 /, может быть достигнута: а) при более низкой температуре, что уменьшит глубокую диффузию азота; б) при меньших скоростях течения газа (так как вредное влияние водорода благодаря его непрерывному отводу сводится до минимума). Этим увеличивается коэфициент использования аммиака.

3. Сравнительно с катализаторами, при том же сокращении продолжительности процесса, способ отвода водорода через полупроницаемую перегородку отличается: a) ничтожностью места, занимаемого в печи диафрагмой, б) непрерывностью действия, в) нет нужды в систематической замене и регенерации, г) возможностью регулировать в широких пределах степень диссоциации аммиака, пользуясь только отводом водорода.

Материалом для полупроницаемой перегородки могут служить платина, палладий (нагретый выше 200 ), железо (нагретое выше 700 ) и различные пористые материалы: необожженная глина, стеклянный бисквит (шоттовское стекло) и пр.

Проницаемость твердых тел газами приблизительно определяется формулой:

dm йр — = — йр — - dxdy, Ch o5z где dm — масса газа, проходящего через диафрагму в течение времени dt

Ьр — разность давлений

Ы вЂ” толщина диафрагмы

dx dy — площадь диафрагмы

o, — плотность газа и — коэфициент проницаемости (для водорода имеет наибольшее значение).

Так как скорость диффузии газов обратно пропорциональна корню квадратному из их молекулярных весов, то при прохождении через пористые диафрагмы смеси аммиака, азота и водорода преимущественно будет проходить водород.

Поэтому и при употреблении пористых диафрагм равновесие в газовой фазе будет сдвигаться в сторону образования новых количеств азота и водорода. Необходимо только подбирать такую пористость и толщину перегородки, чтобы этот сдвиг был наибольшим.

Благодаря увеличенному проценту диссоциации аммиака коз фициент его использования повышается и продолжительность процесса соответственно снижается, что делает способ более экономичным, Так как поверхностная твердость азотированных изделий сильно колеблется в зависимости от небольших изменений в режиме азотирования, то предлагаемый способ, открывающий возможность точной регулировки режима процесса, сификации процесса путем понижения обеспечивает стандартность качества концентрации водорода в газовой фазе, азотированных изделий. отличающийся тем, что отработавшие газы отводят через диафрагму, пропуПредмет изобретения. скающую исключительно или преимуСпособ азотирования стальных и чу- щественно водород и задерживающую гунных изделий с применением интен- целиком или частично остальные газы.

Эксперт и редактор В. В. Половников

Тип..Проинодмгреф . Таибовснап, 12. Здх. 39бЗ