Способ регулирования углеродного потенциала печной атмосферы

"ЬММЩт З-ТЬадттр, "."- "г,ОП БРЕТЕН К ПАТЕНТ и хиеской ь ис - отентения: еряют Комитет Российской Федерации ио патентам и топарньтм знакам(73) Полойко Феликс Соломонович(54) СПОСОб РЕГУЛИРОВАНИЯ УГЛЕРОДГО ПОТЕНЦИАЛА ПЕЧНОЙ АТМОСФЕРЬ 3(57) Изобретение относится к неорганическомии, а конкретно к способам химико-термиобработки металлов и сплавов и может быпользовано для регулирования углеродного ициала печной атмосферы. Сущность изобренагревают твердоэлектролитный датчик, изм(51) 5 Сг 1 туы его температуру и ЭДС, по величине которых определяют величину углеродного потенциала печи и изменяют его уровень в соответствии с определенной программой, определяют величину козффици - ента легирования для различных обрабатываемых деталей, по величине которого вычисляют температуру Т нагрева твердоэлектролитного датчика,одкоторую поддерживают в течение всего процесса регулирования, причем температуру Т вычисляютодв соответствии с математическим выражением, приведенным в формуле и описании. 1 табл.Изобретение относится к неорганической химии, конкретно к способам химикотермической обработки металлов и сплавови может быть использовано для регулирования углеродного потенциала печной атмосферы.Известно устройство, реализующееспособ регулирования углеродного потенциала печной атмосферы.Недостатком известного способа регулирования является малый срок службытвердоэлектролитного датчика,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению являетсявыбранный в качестве прототипа способ регулирования углеродного потенциала печной атмосферы, при котором нагреваюттвердоэлектролитный датчик, измеряют еготемпературу и ЭДС, по величине которыхопределяют величину углеродного потенциала печи и изменяют его уровень в соответствии с определенной программой.Недостатком известного способа является низкий срок службы твердоэлектролитмого датчика.На основании вышеизложенного можносделать вывод, что известные устройства вкоторых реализуется способ регулированияуглеродного потенциала не обеспечиваютточного и качественного регулированияпроцессов обработки изделий, В результатеиэделия, подвергаемые обработке имеютнизкую долговечность и надежность, за счетобразования карбидной сетки. Также в известных решениях срок службы чувствительного элемента выносноготвердоэлектролитного датчика очень низкий и низкая производительность печей химико-термической обработки,Предлагаемое решение позволяет повысить срок службы твердоэлектролитногодатчика, а также увеличить долговечность инадежность изделий, подвергаемых химико-термической обработке.В предлагаемом способе регулирования углеродного потенциала печной атмосферы, при котором нагреваюттвердоэлектролитный датчик. измеряют еготемпературу и ЭДС, по величине которыхопределяют величину углеродного потенциала печи и изменяют его уровень в соответствии с определенной программой,дополнительно определяют величину коэффициента легирования, для различных обрабатываемых деталей. по величине,которого вычисляют температуру нагреватвердоэлектролитного датчика, которуюподдерживают в течение всего процесса регулирования. причем температуру Т,вычисляю в соответствии со следующей формулой:С, + аз Н - 1,0) - а а 7 где а 1 = 1,213%,веса 2 =: 3,264 10,вес/К;аз = 0,926 вес;1 - коэффициент легирования, б/р;С - углеродный потенциал атмосферы,о То =- 1173 КПо сравнению с известными техническими решениями предлагаемое решениепозволяет существенно увеличить срокслужбы чувствительного элемента выносного твердоэлектролитного датчика за счет понижения его температуры до минимальновозможной. Также заявляемое решение позволяет увеличить надежность и долговечность обрабатываемых деталей эа счетисключения воэможности образования карбидной сетки и позволяет увеличить производительность печей химико-термическойобработки эа счет увеличения углеродногопотенциала до предела растворимости углерода в легированном аустените и интенсификации процесса массообмена,Предлагаемый способ регулированияуглеродного потенциала печной атмосферыреализован следующим образом.Процесс химико-термической обработки осуществляют нагревом изделия в средегазов, содержащих углерод. Изделия нагревают как в шахтных печах, так и в безмуфельных печах непрерывного действия притемпературе 800-1250 С. В качестве атмосферы используется, например эндотермиче 40 ский газ с добавками природного газа.Основным преимуществом печной атмосферы является возможность автоматического регулирования углеродногопотенциала, На показатели прочности це 45 ментованной стали большое влияние оказывает концентрация углерода наповерхности изделия, например, максимальные значения контактной выносливости получают при содержании углерода впределах 0,8.1,3 . При этом нельзя допускать образование карбидной сетки, снижающей долговечность и надежность изделий.Для контроля углеродного потенциала используется твердоэлектролитный датчик,55 надежность и долговечность которого является важной эксплуатационной характеристикой оборудования. Так как рабочаятемпература датчика в значительной мереопределяет срок его служм, то наиболеенадежнь)ми яГ)ляк)тся датчики вь)носного тиг)а, работающие т)ри линимально возложной температуре. Однако, предельное значение углеродного потенциала атл 1 осферы в печи существенно определяется рабочей температурой и в случае, когда температура датчика ТдсТо;, углеродный потенциал атмосферы может принимать значение большт;е предельного, соответствующего границе у -области для данной легированной стали, что недопустимо.С целью максимально возможного уменьшения рабочей температуры датчика и работы в у-области температурудатчика целегообразно выбирать в соответствии с зависимостью:т.: с" + "- Ж Е . т, 1)од огде а 1 =- 1,213 мас. ,ар = 3,264 1 О мас,/К;аз = 0,926 мас,"/,;1 - коэффициент легирования, б/р;Сат-углеродный потенциал атмосферы, мас,%;То - 1173 КП р и м е р 1. Коэффициент легирования и коэффициент, учитывающий зависимость коэффициента легирования от состава стали определяли по известному техническому решению 1 =- 0,134%51 + 0,0907% А 1 + 0,0276111 + 0,032% И/ - 0,041 оМп 0,0405% Мо - 0,283 Ч - 0,447 Т 1 - 0,088 Сг.В качестве цементуемой стали обрабатывали сталь 14 ХНЗМА с Г = - 0,041 0,65- -0,0405 0,33 - 0,088 0,9 + 3,0 0,0276 = =- 0,036415 1 = 0,96 при температуре 950 С в атмосфере эндогаза с добавкой природного газа, Заданное значение углеродного поте н циал а - 1,2 ма с. / .Химический состав стали 14 ХНЗМА, %; С 0,11 - 0,17; Мп 0,5-0,8; Сг 0,7-1,1; М 12,75- 3,25: Мо 0,25-0,40.19 1 с = -% РЛп 0,018 - % Мо 0,0176+ ь / М 1 0,012 - % Сг 0,038 = -0,65 0,018- - 0,33 0,0176 + 3,0 0,012 - 0,9 0,038 = =- 0,0117 - 0,005808 ) 0,036 - 0,0342 =0,015708Т 984292 = Т) 9843 Гс = 0,96тс" = опроделяк)т по известному техническому решениюДатчик нагревак)т до температуры Тод,которая согласно , ормуле (1) составляет;131.2 + 0,9 6(0,96 - 1,0Тод3.64 10Тол = "85 СТаким образом, температура датчиказначительно ниже тел 1 пературы печи, что существенно увеличит срок его службы.5 П р и м е р 2. В качестве цементируел 1 ойстали обрабатывали сталь 15 НЗМА,0,0276 3,0 - 0,0405 0,33-0.0694351=1,0710 Температура - 950 С, Заданное значение углеродного потенциала - 1,1 мас,7 ь.Датчик нагревают до температуры Тод, которая согласно формуле (1) составляет:Химический состав стали 15 НЗМА,:15 С 0,10-0,18; М 1 2,75-3,25; Мо 0,25-0,40; Сготс; 1 Лп отс,19 Т с = +% М 10,012 -% Мо 0,0176 =(1173-273)- 1,0 - 1,213- + Тод Тод = 893 СТаким, образом, температура датчика значительно ниже температуры печи что существенно позволяет увеличить срок его службы. Тод = 885 СТаким образом, температура датчиказначительно ниже температуры печи, чтопозволяет существенно увеличить срок егослужбы,П р и м е р 3, В качестве цементуемойстали обрабатывали сталь 19 ХГНМЛ.0,02761,25 - 0,0405 0,48-0,088 1,05 - 0,041 1,05 = - 0,120391=0,88Температура -950 С. Заданное значение углеродного потенциала -1,30% вес,Химический состав стали 19 ХГНМА,%:40 С 0,15-0,23; М 11,0-1.5; Мо 0,40-0,55: Сг 0,901,20; Мп 0,90-1,2.19 1 с = оМ 10,012 - %Мо0,0176-С) 0,038-%Мп 0,018 = 1,25 0,012-0,48 0,0176 - 1,05 0,038 - 1,05 0,018 =45 =0,015 - 0,008448 - 0.0399 - 0,0189Т+1)а им образом, температура датчика за ительн ниже темппрагурь печи, что гг:ояег суц)ственно увели иь срок его служб ь.Предложенный способ ргулирования углеродного потенциала был проверен на печи типа СНЗ, устаовленной в ОГНИИЭТО г.Истра,Результаты эксгериментальных исследований приведены в таблице.Из таблицы видно, что срок службы чувствительного элемента выносного твердоэлекгролитного датчика увеличивается вдт)ое, производительность печи увеличиваетсч на 5-10%. а надежность и долговечность обрабатываемых изделий увеличивается на 3%. 0,9 + 0,926(1,07 - 1,Я - 1,213 Тол, -- + 3264 10(56) Авторское свидетельст во СССРМ 1458399, кл, С 21 О 1/76 1989,Пре Протот 1 лыи спос(тыс. ч) мента Т Среднееку, (шт)Проиэво на прох исло ша о / гп чи (кг/ч 210 210 тельно Формула изобретения СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ УГЛЕРОДНОГО ПОТЕНЦидлА РечнОЙ АтмОсФеРы, включающий нагрев твердоэлектролитного датчика. измерение его температуры и ЭДС, определение по этим значениям величины углеродного потенциала печи и изменение его уровня в соответствии с определенной программой, отличающийся тем, что дополнительно определяют величину коэффициента легирования для различных обрабатываемых деталей, по величине которого вычисляют температуру Тлд нагрева твердоэлектролитного датчика, которую оддерживегулироваычисляютматематич ают в теченния, причев соответстским выражЗ(.г -.О) - а+ ие всего процесса м температуру Тод вии со след/ющим ением: с,+то) где а = 1,213 мас,%; а 2 = 3,26410 мас,аз = 0,926 мас,%; 1 - коэффициент леги Са - углеродный пот мас, о(,0 То=1173 К, ования;енциал атмосферы,Г 1 р и м е р 1, В качестге ц ментуллойстали обрабатывали сталь 12 НЗМА,0,0276 3,0 - 0,0405 Г)33.-:0,0694351= 1,07 5Температура -950( Заданное значение углеродного потенциала - 0,9 мас.%Химический состав стали 12 НЗМА,%: С0,10-0,16: )ч 2.,75-3,25; Мо 0,25-0,40; Сг отс.Мп отс, 10=3,0 0,012 - 0,33 0,0176 = 0,036-0,005808 =- 0,0301921 "= 1,07,Датчик нагревают до температуры Т,д, 15которая согласно формуле (1) составляет: