CZ2014178A3 - Způsob chemicko-tepelného zpracování ocelí s využitím termoaktivních prášků - Google Patents
Způsob chemicko-tepelného zpracování ocelí s využitím termoaktivních prášků Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2014178A3 CZ2014178A3 CZ2014-178A CZ2014178A CZ2014178A3 CZ 2014178 A3 CZ2014178 A3 CZ 2014178A3 CZ 2014178 A CZ2014178 A CZ 2014178A CZ 2014178 A3 CZ2014178 A3 CZ 2014178A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- powder
- thermoactive
- chemical
- steel
- powders
- Prior art date
Links
Landscapes
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
Při způsobu chemicko-tepelného zpracování ocelí s využitím termoaktivních prášků (3) je nejméně jeden zpracovávaný ocelový předmět (1) společně s termoaktivním práškem (3) umístěn v retortě (2) proplachované horkým plynem z fluidního lože (4), přičemž dochází k fluidaci termoaktivního prášku (3). Objem retorty (2) s umístěným ocelovým předmětem (1) je před spuštěním fluidace zasypán termoaktivním práškem (3) do výše ocelového předmětu (1), zvýšené o nejméně 5 cm.
Description
Způsob chemicko-tepelného zpracování ocelí s využitím termoaktivních prášků
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu chemicko-tepelného zpracování ocelí s využitím fluidního lože ivj umožňující/homogenní ohřev, které pomocí horkého plynu promíchává pevný termoaktivní prášek.
Dosavadní stav techniky
Cílem chemicko-tepelného zpracování ocelí je změna chemického složení v jejich povrchových vrstvách. Složení povrchu se tedy po chemicko-tepelném zpracování liší od základního materiálu. Difúzním sycením funkčních částí nástrojů a strojních součástí určitými prvky se zvyšuje tvrdost a odolnosti proti opotřebení, popř. odolnosti proti cyklickému namáhání či korozi. Vždy je zachováno houževnaté jádro materiálu, jehož vlastnosti se chemicko-tepelným zpracováním nemění, nebo se mění jen zcela minimálně. Úprava chemického složení povrchu je dosažena ohřevem v termoaktivním prostředí. Prostředí může mít plynné skupenství (čpavek, uhlovodíky aj.), kapalné skupenství (solné lázně), nebo pevné skupenství (prášek, ze kterého se působením vysoké teploty uvolňuje požadovaný plyn). Je-li teplota na rozhraní mezi tímto prostředím a povrchem zpracovávaného materiálu optimálně vysoká, prostředí uvolňuje požadovaný prvek v atomárním stavu disociací molekul sloučenin aktivního prostředí. Tento prvek se následně adsorbuje do povrchu oceli a difunduje do mřížky železa. Tyto dílčí procesy jsou ovlivňovány povahou prostředí, teplotou, strukturou a chemickým složením oceli. Rychlost chemické reakce je závislá na koncentraci prostředí. Průběh reakce na fázovém rozhraní je velmi ovlivňován stavem nasycovaného (adsorbčního) povrchu.
Mezi nejčastěji používané metody chemicko-tepelného zpracování práškovou technologií patří cementace. Při cementaci je povrch oceli sycen uhlíkem a požadované vysoké povrchové tvrdosti se docílí až následným tepelným zpracováním (kalení a popouštění při nízkých teplotách). Vlastní proces cementace (tj. sycení uhlíkem) se uskutečňuje při teplotách nad AC3, tedy v oblasti stabilního austenitu, ve kterém se uhlík snáze rozpouští/ než ve feritu.
« 4
í J · « » ·
Při cementování ocelí v prášku jsou součásti či nástroje zasypány cementačním práškem v uzavřených krabicích. Při cementační teplotě dochází k reakci uhlíku s kyslíkem za vzniku oxidu uhelnatého CO. Oxid uhelnatý se následně po styku s rozžhaveným povrchem rozloží na uhlík a oxid uhličitý CO2. Uhlík je poté adsorbován na povrch a difunduje dále do součásti. Chemicko-tepelné zpracování touto práškovou technologií není příliš efektivním způsobem sycení povrchů ocelí. Proces je zdlouhavý, neekonomický a náročný na obsluhu. Doba procesu se z důvodu pomalého prohřevu špatně tepelně vodivého cementačního prášku prodlužuje. Velmi obtížné je získání rovnoměrné vrstvy (obsah uhlíku, hloubka vrstvy). Nauhličovací schopnost a rychlost je nízká, protože dochází k vyčerpání vrstev prášku blízko povrchu, které nejsou nijak míchány.
Pokrokovým řešením způsobu chemicko-tepelného zpracování ocelí s využitím termoaktivních prášků je umístění zpracovávaného ocelového předmětu společně s termoaktivním práškem v retortě. Retorta je proplachovaná horkým plynem,přičemž dochází k fluidaci termoaktivního prášku. Tato metoda je známa například z odborného článku Boriding of ferrous and non-ferrous metals and alloys in fluidised bed reactor; K. G. Anthymidis, E. Stergioudis, D. Roussos, P. Zinoviadis, D. N. Tsipas; Surface Engineering, Vol. 18, No. 3, 2002. Zde popsaný obecný princip však neřeší problematiku množství termoaktivního prášku, která má být v retortě použito. Pokud je použito příliš malé množství termoaktivního prášku, nedojde k dostatečnému nasycení plynu ve fluidaci. To má za následek nedostatečné a/nebo nerovnoměrné nasycení povrchu zpracovávaného předmětu, je zde riziko nežádoucí oxidace povrchu předmětu.
Podstata vynálezu
Podstatou vynálezu je způsob chemicko-tepelného zpracování ocelí s využitím termoaktivních prášků. Při tomto způsobu je nejméně jeden zpracovávaný ocelový předmět společně s termoaktivním práškem umístěn v retortě. Retorta je proplachovaná horkým plynem přičemž dochází k fluidaci termoaktivního prášku.
Objem retorty s umístěným ocelovým předmětem je před spuštěním fluidace zasypán termoaktivním práškem do výše ocelového předmětu, zvýšené o nejméně 5 cm. Tím je zajištěno optimální množství termoaktivního prášku ve fluidním loži pro dostatečné zásobení ocelového předmětu prvky.
t ’ w 4 J ‘ ·.«·«·»
Popsaný způsob chemicko-tepelného zpracování je výrazně rychlejší a efektivnější oproti doposud známým zpracování v prášku. Fluidace je proces, při němž je vrstva termoaktivního prášku uvedena do pohybu pomocí speciálního fluidního lože, skrz které proudí horký plyn. Při malých rychlostech průtoku plynu zůstane vrstva prášku nehybná, při vyšší rychlosti (práh fluidace) se prášek působením plynu uvede do vznosu, nastává turbulentní proudění prášku. Vytvoří se fluidní vrstva částic, která je pohybem podobná vroucí kapalině. Tato vrstva vzniká pouze v jistém intervalu rychlostí průtoku plynu, při překroční prahu úletu je prášek ze zařízení vynášen ven a fluidní vrstva zaniká. Výhodou fluidace je, že jsou pevné částice zcela obklopeny plynem, jedná se o velmi intenzivní přenos tepla a hmoty. Navíc intenzivním promícháváním ve vrstvě dochází k rovnoměrnému rozložení teploty a koncentrace částic a plynu nasyceného požadovaným prvkem. Hladina nasypaného prášku se díky prahu fluidace vyrovnává. Na rozdíl od klasického chemicko-tepelného zpracování, kdy nedochází ve vrstvě vyčerpaného prášku k obměně částic, u fluidního zpracování je zaručen nepřetržitý přísun a odvod částic do/z vrstvy. Geometrie vnitřku fluidního lože, tvar a rozmístění trysek a tlak přivedeného plynu jsou navrženy tak, aby při procesu docházelo k homogennímu ohřevu a zároveň promíchávání prášků. Tím se dosahuje vyšších životností termoaktivních prášků^ než u běžných postupů práškového chemicko-tepelného zpracování a rovněž dochází ke snížení celkových nákladů a energetické náročnosti celého technologického procesu. Požadované výsledné parametry součástí po finálním zpracování jsou přitom zachovány.
Tímto způsobem a zařízením pro fluidní chemicko-tepelné zpracování lze provádět mimo cementace také karbonitridaci, nitridaci a další metody chemicko-tepelného zpracování.
Zpracování s využitím fluidizace nahrazuje klasické metody chemicko-tepelného zpracování v prášku. Možné aplikace spadají do oblasti chemicko-tepelného zpracování různých typů nástrojů a strojních součástí.
Objasnění výkresů
Příkladné provedení navrhovaného řešení je popsáno s odkazem na výkresy, na kterých je na obr. 1 - porovnán průběh akustické emise klasicky a fluidně zpracovaných soustružnických nožů. Na svislé ose y je uvedena akustická emise v %, na vodorovné ose x je normálová síla v Newtonech. Je patrno větší porušování na vzorcích po klasickém zpracování bez fluidace (křivka A), zatímco vzorky fluidně zpracované vykazují vyšší odolnost (křivka B);
-4a > » » * * ’ * 9 · i i · 5 * 4 » * * · · obr. 2 - schematicky znázorněna retorta s fluidním ložem, skrz které proudí horký plyn do vrstvy termoaktivního prášku.
Příklad uskutečnění vynálezu
Způsob chemicko-tepelného zpracování ocelí s využitím termoaktivních prášků je proveden tak, že zpracovávané ocelové předměty 1 ve formě soustružnických nožů z rychlořezné oceli ČSN 41 9830.4 jsou společně s termoaktivním práškem 3 umístěny v retortě 2. Retorta 2 je pomocí fluidního lože 4 proplachovaná horkým plynem, v tomto případě dusíkem. Tím dochází k fluidaci termoaktivního prášku 3. Během fluidace v tomto případě proběhla karbonitridace v chemicky aktivním prášku při teplotě 540 °C po dobu 30 minut s následnou oxidací po dobu 60 minut.
Objem retorty 2 s umístěnými ocelovými předměty 1 byl před spuštěním fluidace zasypán termoaktivním práškem 3 tak, že vrstva termoaktivního prášku převyšovala v něm zasypané předměty 1 o 5 cm.
Výsledky zkoušek fluidního zpracování ukazují, že karbonitridované vrstvy vytvořené na soustružnických nožích pomocí fluidace mají lepší vlastnosti B< než vrstvy vytvořené klasickým zpracováním v prášku bez fluidace A.
Příkladné provedení je patrné z obr. 1 a obr. 2.
Seznam vztahových značek
- zpracovávaný ocelový předmět
- retorta
- termoaktivní prášek
- fluidní lože fv ' nf
Claims (1)
- Patentové nárokyZpůsob chemicko-tepelného zpracování ocelí s využitím termoaktivních prášků, kde nejméně jeden zpracovávaný ocelový předmět (1) je společně s termoaktivním práškem (3) umístěn v retortě (2) proplachované horkým plynem z fluidního lože (4), přičemž dochází k fluidaci termoaktivního prášku (3), vyznačující se tím, že objem retorty (2) s umístěným ocelovým předmětem (1) je před spuštěním fluidace zasypán termoaktivním práškem (3) do výše ocelového předmětu (1), zvýšené o nejméně 5 cm.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2014-178A CZ2014178A3 (cs) | 2014-03-24 | 2014-03-24 | Způsob chemicko-tepelného zpracování ocelí s využitím termoaktivních prášků |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2014-178A CZ2014178A3 (cs) | 2014-03-24 | 2014-03-24 | Způsob chemicko-tepelného zpracování ocelí s využitím termoaktivních prášků |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ305453B6 CZ305453B6 (cs) | 2015-09-23 |
| CZ2014178A3 true CZ2014178A3 (cs) | 2015-09-23 |
Family
ID=54151485
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2014-178A CZ2014178A3 (cs) | 2014-03-24 | 2014-03-24 | Způsob chemicko-tepelného zpracování ocelí s využitím termoaktivních prášků |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ2014178A3 (cs) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3332809A (en) * | 1962-11-28 | 1967-07-25 | Kokusai Electric Co Ltd | Sulphurizing treatment of iron and steel |
| JPH068494B2 (ja) * | 1989-03-29 | 1994-02-02 | 新日本製鐵株式会社 | 拡散被覆鋼材の製造方法 |
| DE4443914A1 (de) * | 1994-12-09 | 1996-06-13 | Bayerische Motoren Werke Ag | Thermochemische Wärmebehandlung eines Metall-Bauteiles mittels Diffusion eines Elementes in einer Wirbelbett-Vorrichtung |
| CA2240476C (en) * | 1996-10-25 | 2001-07-03 | Noi Ha Cho | Apparatus for coating zinc on steel sheet, and method therefor |
-
2014
- 2014-03-24 CZ CZ2014-178A patent/CZ2014178A3/cs not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ305453B6 (cs) | 2015-09-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8845823B2 (en) | Method of activating an article of passive ferrous or non-ferrous metal prior to carburising, nitriding and /or nitrocarburising | |
| US20150159259A1 (en) | Low Alloy Steel Carburization and Surface Microalloying Process | |
| US10214805B2 (en) | Enhanced activation of self-passivating metals | |
| Belkin et al. | Anodic plasma electrolytic saturation of steels by carbon and nitrogen | |
| JP2018040061A (ja) | 金属及び合金で作られた製品の機械的特性の改良方法 | |
| CN104451534B (zh) | 用于对由奥氏体防锈不锈钢制成的深拉件或冲压弯折件渗碳的方法 | |
| JP4771718B2 (ja) | 金属の窒化方法 | |
| Małdziński et al. | Concept of an economical and ecological process of gas nitriding of steel | |
| CZ2014178A3 (cs) | Způsob chemicko-tepelného zpracování ocelí s využitím termoaktivních prášků | |
| US4268323A (en) | Process for case hardening steel | |
| RU2639755C1 (ru) | Способ газового азотирования изделий из конструкционных сталей | |
| JP7397029B2 (ja) | 鋼製部品の浸炭方法及び鋼製部品の製造方法 | |
| US5580397A (en) | Carbide and carbonitride surface treatment method for refractory metals | |
| JPS60215756A (ja) | ステンレス鋼の硬化方法 | |
| JP5798463B2 (ja) | 浸炭処理方法及び浸炭処理装置 | |
| Guseva et al. | Methods of graphitized steels obtaining | |
| US9738964B2 (en) | Method for the nitro carburization of a deep-drawn part or a stamped-bent part made of austenitic stainless steel | |
| Kowalska et al. | ZeroFlow-new, environmentally friendly method of controlled gas nitriding used for selected car parts | |
| Sakuda et al. | Prevention of Soot Deposition in Direct Carburizing by Injection of Water Vapor | |
| EP0059803B1 (en) | A process for case hardening steel | |
| JP2007297650A (ja) | ホウ化法 | |
| Biro et al. | Surface layers produced by modified Floe ferritic nitrocarburising | |
| Homjabok et al. | Effect of gas nitrocarburizing process on hardening of high speed tool steel grade SKH51 | |
| JP2005200695A (ja) | ガス浸炭方法 | |
| Losinskaya et al. | Surface alloying of cylindrical steel parts using non-vacuum electron beam treatment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20170324 |