Способ электролитного нагрева

 

I.СПОСОБ ЭЛЕКТРОЛИТНОГО НАГ-. РЕВА металлов преимущественно в сернокислом электролите при термической и химико-термической обработке, включающий наложение на электроды электрического напряжения, о тличающийся тем, что, с целью интенсификации обработки за счет повышения температуры металла выше значения, отвечающего срыву приэлектродной парогазовой оболочки, вначале накладьшают напряжение, превьш1ающее величину напряжения, соответствующую температуре срыва парогазовой оболочки, вьщерживают 5-10 с, после чего напряжение скачком понижают ниже величины, соответствующей температуре срыва парогазовой оболочки, а затем напряжение скачком повьппают до величины, соответствующей заданной температуре S нагрева. 2.Способ ПОП.1, отлича ю- (Л щ и и с я тем, что используют CZ электролит с концентрацией серной кислоты 4%. 3.Способ по п.1и2, отличающийся тем, что, с целью ;о одновременного проведения цемента00 ции нагреваемой поверхности, в электролит вводят ацетон концентрасо со ции 4-15%.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) А (5р4 С 23 С 8/40

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A8TOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3210952/22-02 (22) 02.10.80 (46) 23.12.85. Бюл. N- 47 (71) Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. M.È. Калинина и Высшее техническое учебное заведение (КарлМаркс-Штадт) (DD) (72) А.M. Сухотин, В. Г. Хорошайлов, В.А. Зайцев, иностранцы Реснер Экарт, Маркс Гюнтер и Вихт Ганс (DD) (53) 621 ° 785.539 (088.8) (56) 1. Дураджи В.Н., Брянцев И.В., Пасинковский Е.А. — "Электронная обработка материалов", 9 2, 1977, с. 15-18.

2. Лазаренко Б.Р., Дураджи В.Н. и др. — "Электронная обработка материалов", М- 3, 1974, с. 37-40. (54)(57) I.ÑÏÎÑÎÁ ЭЛЕКТРОЛИТНОГО НАГ- .

РЕВА металлов преимущественно в сернокислом электролите при термической и химико-термической обработке, включающий наложение на электроды электрического напряжения, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью интенсификации обработки эа счет повышения температуры металла выше значения, отвечающего срыву приэлектродной парогазовой оболочки, вначале накладывают напряжение, превьппающее величину напряжения, соответствующую температуре срыва парогазовой оболочки, выдерживают

5-10 с, после чего напряжение скачком понижают ниже величины, соответствующей температуре срыва парогазовой оболочки, а затем напряжение скачком повьппают до величины, соответствующей заданной температуре нагрева.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что используют электролит с концентрацией серной кислоты 4X..

3. Способ по п.1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью одновременного проведения цементации нагреваемой поверхности, в электролит вводят ацетон концентрации 4-157.

20

1 9

Изобретение относится к химико- термической обработке, в частности к анодному нагреву металлов в электролитной плазме.

Известны способы нагрева металлов в различных электролитах с целью термической обработки или цементации о при температурах 800-1200 С. Наилучшие результаты получают в хлоридных, в частности солянокислых электролитах (1) .

Недостатками известных способов являются высокая коррозионная активность хлоридных сред, а также высокая .летучесть хлористого водорода, ухудшающая условия труда.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту являегся способ нагрева в сернокислых электролитах, так как серная кислота менее коррозионноактивна и нелетуча (2j .

Отличительная особеность всех известных способов электролитного нагрева заключается в том, что требуемое для нагрева напряжение подается на электрод либо сразу требуемой величины, либо путем ступенчатого или непрерывного его повыше-. ния.

Однако применение известного способа затрудняется следующим его недостатком. При электролитном нагреве в сернокислых электролитах невозможно достижение температур выше 830 С, так как для их получео ния необходимы электрические напряжения, при которых происходит срыв приэлектродной парогазовой оболочки и самопроизвольное охлаждение эа счет. электрической конвекции.

Согласно известному способу, если ванна содержит проточный раствор серной кислоты электропроводностью 0,5 Ом см " с температурой о

22 С и анод диаметром 4 мм, погруженный в электролит на глубину 16 мм подача на электроды напряжения 70 В о приводит к разогреву анода до 510 С.

Последующее ступенчатое повышение напряжения до 150, 190, 220, 270, 300 В сопровождается изменением температуры анода до 920, 920, 750, 750, 180 С соответственно. Процесс сопровождается срывом пленочного кипения. Иаксимально достижимая температура равна 920 С. Достигнуть о

2 температуры выше 920 С этим способом невозможно.

Применение известного способа проверено также в случае анодного плазменного нагрева электрода из углеродистой стали диаметром 5 мм, погруженного на глубину 15 мм в водный раствор 4 -ной H SO и 10 -ного ацетона с целью цементации стали о при температуре раствора 25 С.

При подаче на ванну напряжения

150 В температура анода поднимает0 ся до 780 С. При подаче напряжения о

190 В достигается температура 830 С.

При подаче напряжения 200 В и более возникает срыв парогазовой оболочки и связанное с ним резкое уменьшение температуры анода до

100 С и ниже.

Цементация стали по известному способу в указанных условиях не могла быть осуществлена, так как она требует температуры более высокой, чем 830 С;

Цель изобретения — интенсификация процесса обработки за счет повышения температуры металла выше значения, отвечающего срыву приэлектродной парогазовой оболочки.

Поставленная цель достигается тем, что в способе электролитного нагрева металлов преимущественно в сернокислом электролите при термической и химико-термической обработке, включающем наложение на электроды электрического напряжения, согласно изобретению, вначале накладывают напряжение, превышающее величину напряжения, соответствующую температуре срыва парогазовой оболочки, выдерживают 5-10 с, после чего напряжение скачком понижают ниже величины, соответствующей температуре срыва парогазовой оболочки, а затем напряжение опять скачком повышают до величины, соответствующей заданной температуре нагрева.

При этом в используемом электролите серную кислоту берут в концентрации 4 . Кроме того, согласно

50 изобретению в электролит вводят ацетон концентрации 4-15 .

В результате такой обработки можно достичь требуемьж высоких температур, не достижимых обычными способами, т.е. избегнуть появления срыва парогазовой оболочки. Дополнительным преимуществом является то, что при этом не происходит

55 ухудшения класса шероховатости поверхности металла.

Пример 1. При анодном электролитном нагреве цилиндрического образца из стали ст.3 диаметром 5 мм, погруженного в электролит на глубине 15 мм при. напряжении

240 В в области электрогидродинамического режима в электролите состава, мас.,%: серная кислота 4,0 ацетон 10,0 вода остальное; плотности тока 1,8 А/см, температура о электролита 25 С, в течение 5 с достигается температура образца 95. С.

Затем напряжение переключается на

180 В, температура металла повышается до 820 С, плотность тока

1,2 А/см . Через 10 с напряжение переключается на 250 В, что приводит к установлению температуры металла

980 С, плотность тока 1,6 А/см .

При этих условиях начинается поверхностная цементация стали. Через

6 мин получается цементированный слой глубиной 0 1 мм и твердостью

НУ о 830 кг/мм . Класс шероховатости поверхности стали до обработки v6, после обработки 7 7.

Пример 2. Испытания про водят в тех же условиях, что и в примере 1, в электролите состава, мас.%: серная кислота 4, ацетон 4, вода остальное. При напряжении

250 В, плотности тока i;7 А/см, о температуре электролита 27 С в течение 5 с достигается температура образца 83 С. Затем напряжение переключается на 170 В, температура металла повышается до 780 С, плото ность тока 1,3 А/см . Через

10 с напряжение переключается на

250 В, что приводит к установлению о температуры металла 950 С, плотность тока 1,9 А/см . При этих условиях начинается поверхностная цементация стали. Через 6 мин образуется цементированный слой глубиной 0,07 мм и твердостью НУ = 835 кгс/мм .

Пример 3. Испытания проводят в тех же условиях, что и в примерах 1 и 2, в электролите состава, мас.%: серная кислота 4, ацетон

15, вода остальное. При напряжении

230 В, плотности тока 1,6 А/см, о температуре электролита 25 С в течение 5 с достигается температура

95 С. Затем напряжение переключает5

40 ся на 160 В, температура металла повьппается до 750 C,ïëoòíîñòü тока

1,5 А/см ° Через 10 с напряжение переключается на 230 В, что приводит к установлению температуры

940 С, плотность тока 1,7 А/смп.

При этих условиях начинается поверхностная цементация стали. Через 6 мин получается цементированный слой глубиной 0 ° 12 мм и твер-, достью 830 кгс/мм .

Пример 4. Испытания проводят в тех же условиях, что и в примерах 1-3, в электролите состава, мас.%: серная кислота 4, вода остальное. При напряжении 240 В, плотности тока 1,7 A/см в течение

5 секунд достигается температура

90 С. Затем напряжение переключао ется на 180 В, температура металла повышается до 850 С, плотность тока 1,6 А/см . Через 10 с напряжение переключается на 240 В, что приводит к увеличению температуры металла до 950 С.

Пример 5. Испытания проводят в тех же условиях, что и в примерах 1-4, в электролите состава, мас.%: серная кислота 8, вода остальное. При напряжении 240 В, плотности тока 1,75 A/см в течение 6 с достигается температура

95 С. Затем напряжение переключао ется на 180 В, температура металла о повьппается до 860 С, плотность тока

1,6 А/см . Через 10 с напряжение переключается на 240 В, что приводит к увеличению температуры металла до 960 С.

Использование предлагаемого способа электролитного нагрева обесчивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: получение требуемых высоких температур, недостижимых в сернокислых электролитах известными способами анодного электролитного нагрева из-за появления срыва пленочного кипения; проведение цементации стали в сернокислотном электролите с добавкой ацетона, улучшение качества поверхности деталей, прошедших обработку; улучшение санитарно-гигиенических условий труда.