Способ защиты металлов и сплавов от окисления

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соаетскик.

Социалистическик

Республик

<щ960278 (61) Дополнительное к авт. саид-ву-. (22) Заявлено. 130181 (21) 3233376/22-02

Ф с присоединением заявки ¹. = И М Ntl з

С 21 0 1/74

Государственный комнтет

СССР

00 делам изобретений н открытий (23) Приоритет—

Опубликоавио 2309.82, бюллетень ¹35 (33) УДК 821.785. ,06(088.8) Дата опубликования описания 23.09.82

P2) Автор изобретения

5CKCC,":;":: 7Г "".

НМ ЕГ

ТЙХИ И,"...,": " 1 ого млюсцостроен4

В.Н. Лобжанидзе

Научно-производственное объединение ат и котлостроения "Атомкотло (71) Заявитель (54) ГПОСОБ ЗИЦИТЫ МЕТАЛЛОВ И CGJIABOB

OT ОКИСЛЕНИЯ

Изобретение относится к способам защиты металлических изделий от окисления при нагреве в термических печах и другик устройствах и может быть использовано..«в любой области машиностроения, в частнОсти в котло строении, например, для защиты от окисления. трубных блоков при их термообработке. .10

В современной металлообрабатывающей провышленности почти все изготавливаемые детали проходят режима нагревов под тот или другой вид горячей.обработки металлов.

Вследствие того, что в Обычных печах присутствует, как правило, окис-. лительная атмосфера,.происходит потеря металла из-эа его-окисления и образования дефектных повЕрхностных слоев, которые в целом ряде случаев удаляют тем или другим способом очистки.

Известен способ безокислктельного нагрева, например в вакууме 1).

Известен способ скоростного на- 25 греза, позволяющий уменьшить обеэ« углероживание поверхности иэделий (2).

Однако .этк способы безокислительного нагрева требуют значктель- ЗО ных затрат на реконструкцию печей и создание дополнительных устройств дпя их осуществления, сложны в эксплуатации, находятся в зависимости от габаритов деталей и в ряде случаев не гарантируют получение необходиьых эксплуатационных свойств

Известен способ защиты металлических иэделий путем нанесения специальных жаростойких покрытий кратковременного действия (3g.

Однако при нкзКих температурах . нагрева (400«500вС) покрытия не предотвращают окисления и только при более высоких температурах, расплавляясь, растворяют образующуюся окисную пленку, в результате чего возможно образование обезуглеро» женных поверхностных слоев изделий, при этом после проведения режима термообработки покрытие необходимо. удалять с поверхности иэделия механическим путем, например пеокоструйной обработкой. Кроме того, для ряда сталей (например, углеродистых, низколегированных ) прйменение данно« го способа защиты не представляется возможным из за отсутствия специ» альных эффективных покрытий.

960278

Таким образом, перечисленные недостатки данного способа приводят к снижению качества изделий, повышению трудоемкости процесса и ог- раничению технологических возможностей защиты металлических изделий 5 от окисления.

Наиболее близким к изобретению . по технической сущности и достигае-, мому результату является способ защиты металлов и сплавов от вторич- 10 poro окисления, по которому s специальную камеру подаются пары лития, иониэирующиеся при высокой темпера туре, причем между изделием и окру-. жакщим его дополнительным проводни- 15 ком создают стаЦионарное электричес-. кое поле. В результате катионы лития устремляются к изделию, где, разряжаясь, образуют на поверхности металла тонкую пленку, препятст- 2п вуюцую процессу окисления 4 ). Однако известный способ предусматривает защиту изделий от окисления в период его охлаждення.вне печи и не может быть использован в рабочем 25 пространстэе печи из-эа быстрого разрушения поверхностных диффузионных слоев на металле, отрицательно влияющих на коррозионные и эксплуатационные свойства металлов и сплавов.

Кроме этого, для осуществления иэвестного способа необходимо модерни зировать печи путем создания дополнительной камеры с системой подачи литиями

Стоимость лития относительно высока, поэтому в ряде случаев известный способ экономически неэфср фективен.

Таким образом, перечисленные недостатки известного способа приводят к ограничению сферы его использования, снижению .качества защиты, выэванному недолговечностью образующейся пленки при высокой температуре и значительной конструктивной сложностью его осуществления.

Цель изобретения — уменьшение окалинообразования при нагреве метал лов и сплавов, Указанная цель достигается тем, что согласно способу защиты метал.лов и сплавов от окисления, преимувественно при нагреве, включающему обработку металле в стационарном электрическом поле, где нагреваемий металл имеет отрицательный потенциал, а окружающий металл — положительный, пространство между нагретым металлом и проводником подвергают воздействию ионизирующего излучения с градиентом потенциала электрического поля, непревышаюцим 1,5<

:х10 В/см. 65

На фиг.1 представлена схема для реализации способа; на фиг.2 - график зависимости силы тока от градиента потенциала Е.

Рабочее пространство печи 1 закрывается приспособлением, состоя.щим из крышки 2, токопроводящих контактов 3, проходящих через крышку.

Держатель 4 образцов закреплен с возможностью перемещения на изолирующих трубках 5 посредством,зажимов б и выполнен иэ-огнеупорной керамики.

Образцы 7 размещены на держателе 4.

Ртутная кварцевая лампа 8 установлена на крышке 2, имеющей отверстие для прохода ионизируюцего излучения и снабженной кварцевыми стеклами 9, защищающими лампу от высокой .температуры.

Лампа 8 подсоединена к источни ку 10 питания, а подача потенциала на образцы 7 осуцествляется посредством источника 11 напряжения.

Предлагаеьий способ осуществляется следуюцим образом.

Образцы 7, одно из которых изделие, закрепляют s держателе 4 приспособления, расстояние между верхней плоскостью образцов до лампы выбирают в зависимости от мощности излучения, т.е. чем мощнее, тем дальше размещают образцы.

Затем опускают приспособление в печь 1 и подключают к нему источник питания. Одновременно с нагревом печи включают источники 11 напряжения и источник 10 питания ртутной лампы 8 ° .

При ибдаче потенциала на токонроводящие контакты 3 между образцами 7 создается электрическое поле.

Воздействие ионизирующего излучения лампой 8 на воздушное пространство между образцами 7 приводит к образованию ионизированных атомов и молекул raea. Предотвращение контакта газов-окислителей с поверхностью изделий должно осуществляться, начиная с низких температур нагрева (100-2ОООС). Для этого необходимо создать термодиффузионный барьер окисляющего реагента. Таким барьером может служить электрическое поле, воздействующее на обрам зуюциеся в результате принудительной иониэации ионы газов-окислителей.

В связи о тем, что в реальных условиях нагрева в рабочем пространстве печи давление равно атмосферному, процесс необходимо осуществлять в пределах, близких к несамостоятельному разряду.

Еа фиг.2 приведена полученная заBHcHMocTb силы тока 4 от.градиента по960278 тенциала Е при несамостоятельйом -разряде и переходе в самостоятельный для воздуха при давлении

760 мм рт., ст.

Как видно из приведенной зависимэсти, .при увеличении градиента: потенциала на участке AB ток достигает почти постоянного значения - тока насыщения. Этот участок является областью несамостоятельного разряда, существование которого возможно только при наличии внешних иониэаторов.

Участок ВС соответствует самостоятельному разряду. Значение Е, при котором начинается увеличение тока, прямо пропорционально давле.нию газа и зависит от его природы.

Переход от несамостоятельного разряда и самостоятельному характеризуется отношением E8/Р, которое называется относительным градиентом потенциала. Для воздуха

Еэ/P = 20 В/см ° aee рт. ст., следовательно, при давлении 760 мм рт.ст.

Е8 = 1,5 ° 10" В/см.

Таким образом, при нормальном атмосферном давлении для возбуждения несамостоятельного разряда в воздухе к электродам (образцам) не« обходимо приложить потенциал с градиентом от 6 10 до. 1,5 ° 104 В/см.

В.качестве внешних иониэаторов, наиболее доступных и безопасных, вы бйраются источники ультрафиолетового излучения.

По предложенному способу образцы 7 заряжаются один положительно (проводник) (фиг.1), другой отрица. тельно (изделие). Так как ислоррд является электроотрицательным газом, то воздействие ионизирующего излучения приводит к образованию в воздушном пространстве между образцами кислорода s форме О, который под воздействием электростатического поля;перемещается к образцу 7 (проводнику) . Образец 7-(изделие) при этом не окисляется.

После проведения режима нагрева отключают источники питания и вынимают приспособление из печи 1. Образец 7 (изделие) снимают с держателя и в дальнейшем он может быть подвергнут (по необходимости) охлаждению в воде, масле и так далее или горячей штамповке.

Затем на держателе крепят новое иэделие и цикл нагрева повторяетсяФ

Пример. Проводится термическая обработка образцов из сталей аустенитного класса (12Х18Н10), перлитного (12Х1ИФ ), углеродистой (2Q), размером 30" 30 8 по схеме, представленной на фиг.1.

В качестве источника ионизирующего излучения берут ртутную кварцевую лампу ОМ-18 с кожухом.

Источник постоянного тока — трансформатор TBC-110Л2-39, выпрями тель, лабораторный автотрансфбрматор.

Образцы крепят на держателе приспособления, расстояние между образцами от 5 до 100 мм. Расстояние от источника излучения до образцовг верхнее 100 мм,нижнее 300 мм.

Затем приспособление с образцами опускают в печь СШОЛ-1 . 1,6/12 и нагревают образцы до 1000 С со скоростью нагрева 100 /ч и:выдерживают 2 ч. При этом подают напряжение на образцы через токоподводящие кон.такты --максимальное напряжение

17 кВ, градиент потенциала электри20 ческого поля не нревыаает 1,5 10 В/см.

Одновременно с подачей напряжения на образцы, один из которых изделие, а второй проводник, включают источник .излучения, ртутную лампу, 2$ при этом длина волны излучения находится в пределах 100-400 нм. После нагрева образцы вынимают из печи и охлаждают на воздухе.

Для получения сравнительных дан 6 ных параллельно в эту же печь загру- . жаются контрольные образцы, не подвергаемае воздействию электрического поля и ионизирующего излучения.

Глубину коррозии оценивают весоЗ$ вым и металлографическим методом, причем толщину окалины оценивают на стороне, подвергавшейся непосредственно воздействию электрического поля и излучения. Данные приведены в таблце.

Оптимальные режимы, обеспечиваю:щие наилучшие результаты, составляютг напряжение 6,5 кВ; градиент по- тенциала электрического поля .не должен превышать 1,5-104 В/см; рас4$ стояние между:образцами 65 мм; длина волны ионизирующего излучения не более 250 нм.

Расстояние от источника ионизирующего излучения до образцов в дан-

$О ном случае оказывается влияющим на процесс безокислительного нагрева.

Использование предлагаемого изобретения позволяет за счет проведения непосредственного безокислительного

$$ нагрева в печи сократить потери металла от окалинообразования, снизить трудоемкость проведения очист- > ных операций.

Применение предлагаемого способа

g} позволяет снизить угар металла в ,среднем на углеродистых сталях от

2;5% до 0,013; аустенитных сталях от 0,8Ъ до ОВ; перлитных сталях от

::2,3% до 0,015%.

960278 4 о с о

Ch с

D Ч с ь е с о

I

I

ОО м с о

ОО с

Ill

D о

\ о

Ц о

Ю

D с ь

Ю

D с о ь

<Ч с ь. Ф.

% с

% с

D н и

ОЧ с

EA

Ю о с ь "! о с о ч

D я-4 а

CO (Ч

D с о cl о с о РФ о с о

lA о с

Ф 3 с

СЧ

СЧ с о

Я Ч

СЧ с

ОО (Ч сЧ с

I

1

Ю с о

% !

С Ъ

Ю с

% 3

ОЧ

ОО с

Р Ъ с о.

Ю с

Ч1

3 и о Ф с

6 ) <Ч с

f4

1О с о

%-! о с о о

СЧ с о

Ch с ь ь.

CO с

ОО

LA с о (Ч

С ) с о

l

I

I !

I ! .

I

1 !

1 ! ! !

1 о, ф к о

Р1 н х ы ое

14 Я (I

I

1

1

О! 2

М Э х о мк ом о о о !

1 и

Са

I g I

1 Э

l!I

1 !О

I и о

О!, Ц о

Ь 1

О! .I

1 1

Ц

1 Ц

I .о ! е

1 М.

l l! О! о

I М

1 63

1 Х а о

4 ÿ 4

glO Й . 1=!

I !

1

I !

ll !

1

1 !

I !

1

I

I

1

I

I

I !

„ l

I

1

I !

1

I

I !

I

I

1

I

1. !

1

1

I

I

I

1

1

1

I

1

I

I

I

960278

Формула изобретения

Способ защиты металлов и сплавов от окисления, преимущественно при нагреве, включающий обработку металла в:стационарном электрическом поле, где нагреваеьий металл имеет отрицательный потенциал, а окружающий металл-проводник - положительный, о т л и ч а ю щ и. й— с я тем, что, с целью уменьшения окалинообразования, пространство между нагретым металлом и проводником подвергают воздействию ионизирующего излучения с градиентом потенциала электрического поля, не превышающим 1,5 ° 10 В/см.

Источники информации, 5 принятые во внимание ири экспертизе

1. АВторское свидетельство СССР в 413201, кл. С 21 D 1/74, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 241484, кл. В 21 д 1/06, 1968.

3. Авторское свидетельство СССР

8 321547, кл. С 21 0 1/70, 1969.

4. Авторское свидетельство СССР

Р 487949, кл. С 21 0 1/74, 1974.

960278 сх f0-4, а.СМ

° Ю ИО Е;Ю/см

Составитель И. Липгарт

Техред А. Бабинец Корректору- Пономаренко

Редактор Л. Лукач филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ, 7152/32 Тираж 587 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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