Способ защиты металлов и сплавов от окисления

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сфвз Советскнк.СоциалистическихРеспубликв 960278(22) Заявлено, 130181 (21) 3233376/22-02Фс присоединением заявки Йо -(ЩМ Кп з С 21 0 1/74 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(53) УДК 821.785.06(088.8) Дата опубликования описания 23.09.82(54) ГПОСОБ ЗАЩИТЫ МЕТАЛЛОВ И СПЛЫЗОВ ОТ ОКИСЛЕНИЯИзобретение 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 котлостроении, например, для защиты от окисления. трубных блоков при их термообработке. .10В современной металлообрабатывающей промышленности почти все изготавливаеьые детали проходят режима нагревов под тот или другой вид горячей,обработки металлов.Вследствие того, что в Обычных пе чах присутствует, как правило, окис . лительная атмосфера,.происходйт потеря металла из-эа его окисления и образования дефектных повЕрхностных слоев, которые в целом ряде случаев удаляют тем или другим способом очистки.Известен способ безокислительного нагрева, например в вакууме 1).Известен способ скоростного на греза, позволяющий уменьшить обеэ углероживание поверхности иэделий 2).Однако .эти способы безокислительного нагрева требуют значитель- 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 свбйствИзвестен способ защиты металлических иэделий путем нанесения специальных жаростойких покрытий кратковременного действия 3. Однако при низКих температурах нагрева (400500 аС) 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 изза отсутствия спецИ альных эффективных покрытий.Таким образом, перечисленные недостатки данного способа приводят к снижению качества изделий, повышению трудоемкости процесса и ог-раничению технологических возможностей защиты металлических изделий5 от окисления.Наиболее близким к изобретению . по технической сущности и достигае-, мому результату является способ защиты металлов и сплавов от вторич ного окисления, по которому в специальную камеру подаются пары лития, иониэирующиеся при высокой темпера туре, причем между изделием й окру-. жакщим его дополнительным проводни ком создают стационарное электричес- кое поле. В результате катионы лития устремляются к изделию, где, разряжаясь, образуют на поверхности металла тонкую пленку, препятст р вующую 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 пространстве 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 литияе35 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, выЗванному недолговечностью образующейся пленки при высокой температуре и значительной конструктивной сложностью его осуществления.Цель изобретения - уменьшение окалинообразования при нагреве метал 50лов и сплавов,Указанная цель достигается тем,что согласно способу защиты метал.лов и сплавов от окисления, преимувественно при нагреве, включающемуобработку металле в стационарномэлектрическом поле, где нагреваемийметалл имеет отрицательный потенциал, а окружающий металл - положительный, пространство между нагретым металлом и проводником подвергают воздействию ионизирующего излучения с градиентом потенциала элект-рического поля, непревышающим 1,5 жх 10 В/см. 65 На фиг,1 представлена схема для реализации способа; на фиг.2 - график зависимости силы токаот 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 ионизирующего излучения и снабженной кварцевыми стеклами 9, защищающими лампу от высокой .температуры.Лампа 8 подсоединена к источнику 10 питания, а подача потенциала на образцы 7 осуществляется посредством источника 11 напряжения.Предлагаеьий способ осуществляется следующим образом.Образцы 7, одно из которых иэделие, закрепляют в 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 гаеа. Предотвращение контакта газов-окислителей с поверхностью изделий должно осуществляться, начиная с низких температур нагрева 100-200 ОС). Для этого необходимо создать термодиффузионный барьер окисляющего реагента. Таким барьером может служить электрическое поле, воздействующее на обрам зующиеся в результате принудительной иониэации ионы газов-окислителей.В связи с тем, что в реальных условиях нагрева в рабочем пространстве печи давление равно атмосферному, процесс необходимо осуществлять в пределах, близких к несамостоятельному разряду.На фиг.2 приведена полученная зависимость силы токаот градиента потенциала Е при несамостоятельйом -разряде и переходе в самостоятельный для воздуха при давлении760 мм рт., ст.Как видно из приведенной зависимэсти, .при увеличении градиента потенциала на участке ЛВ 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 увеличениетока, прямо пропорционально давле.нию газа и зависит от его природы.Переход от несамостоятельного разряда и самостоятельному характеризуется отношением Е/Р, которое называется относительным градиентом потенциала. Для воздухаЕ/Р = 20 В/смет рт. ст., следовательно, при давлении 760 мм рт.ст.Е 8 = 1,510" В/см.Таким образом, при нормальноматмосферном давлении для возбуждения несамостоятельного разряда ввоздухе к электродам (образцам) необходимо приложить потенциал с градиентом от бф 10 до. 1,5104 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 ислорац является электроотрицательным газом, то воздействие ионизирующего излучения приводит к образованию в воздушном пространстве между образцами кислорода в 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 повторяетсяеП р и м е р, Проводится термическая обработка образцов из сталей аустенитного класса (12 Х 18 Н 10), перлитного ( 12 Х 1 МФ ), углеродистой (29), размером 30" 30 к 8 по схеме, представленной на Фиг.1. 1В качестве источника ионизирующего излучения берут ртутную кварцевую лампу ОМс кожухом.Источник постоянного тока - трансформатор ТВСЛ 2-39, выпрямитель, лабораторный автотрансфбрматор.Образцы крепят на держателе приспособления, расстояние между образцами от 5 до 100 мм. Расстояниеот источника Излучения до образцов:верхнее 100 мм,нижнее 300 мм.Затем приспособление с образцами опускают в печь СШОЛ. 1,6/12 инагревают образцы до 1000 фС со ско 15 ростью нагрева 100 ф/ч и:выдерживают 2 ч. При этом подают напряжениена образцы через токоподводящие кон.такты максимальное напряжение17 кВ, градиент потенциала элекри 20 ческого поля не превыаает 1,510 В/см.Одновременно с подачей напряжения на образцы, один из которых изделие, а второй проводник, включаютисточник .излучения, ртутную лампу,25 при этом длина волны излучения находится в пределах 100-400 нм,После нагрева образцы вынимают изпечи и охлаждают на воздухе.Для получения сравнительных дану ных параллельно в эту же печь загружаются контрольные образцы, не подвергаеьаюе воздействию электрическогополя и ионизирующего излучения.Глубину коррозии оценивают весоЗз вым и металлографическим методом,причем толщину окалины оцениваютна стороне, подвергавшейся непосредственно воздействию электрическогополя и излучения. Данные приведеныв таблце.Оптимальные режимы, обеспечиваю:щие наилучшие результаты, составляютг напряжение 6,5 кВ; градиент по-тенциала электрического поля .недолжен превышать 1,5.104 В/см; рас 45 стояние между:образцами 65 мм; длина волны ионизирующего излучения неболее 250 нм.Расстояние от источника ионизирующего излучения до образцов в дан-Я ном случае оказывается влияющим напроцесс безокислительного нагрева.Использование предлагаемого изобретения позволяет за счет проведения;непосредственного безокислительного5 нагрева в печи сократить потери металла от окалинообразования, снизить трудоемкость проведения очист-ных операций.Применение предлагаемого способапозволяет снизить угар металла в,среднем на углеродистых сталях от2;5 до 0,01; аустенитных сталяхот 0,8 до 0; перлитных сталях от2,3 до 0,015.1формула 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 воодействию ионизирующего излучения с градиентом потенциала электрического поля, не превышающим 1,510 В/см.Источники информации,5 принятые во внимание ири экспертизе 1, АВторское свидетельство СССР 9 413201, кл. С 21 О 1/74, 1971. 2. Авторское свидетельство СССР Р 241484, кл. В 21 д 1/06, 1968. 10 3, Авторское свидетельство СССР 8 321547, кл, С 21 О 1/70, 1969. 4. Авторское свидетельство СССР 9 487949, кл. С 21 О 1/74, 1974.