HU209457B - Process for uniform thermochemical treating of steel construction units having difficulty accessible surfaces - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás üreges testek és furatok, vagy kívülről nehezen hozzáférhető felületekkel rendelkező acél szerkezeti elemek egyenletes termokémiai kezelésére reaktív gázokkal, 450 °C hőmérséklet felett.

Fém szerkezeti elemek termokémiai kezelése kopás- és korrózióálló felületi rétegek előállítására a gép- és hajtóműgyártásban szélesen elterjedt eljárás. Termokémiai eljárásként a nitridálást, karbonitridálást, cementálást, illetve szenítést, szénben dúsítást alkalmazzák acéloknál. Előnyös eljárási közegként reaktív-gázkeverékeket használnak, melyek a választott kezelési hőmérsékleten a diffúzióképes, illetve vegyületképző (alkotó) anyagokat a munkadarab-felületen leadják. A hőmérséklet, a gázösszetétel és az acélfajta mellett a kezelési eredmények a szerkezeti elemek alakjától, a hőkezelőberendezésbe történő beadagolástól és az adagoknak a reaktívgáz által történő átáramlásától is függ.

A sokéves tapasztalatok és számos élj árás változat ellenére technikailag és gazdaságosság szempontjából csak kevéssé lehetséges a komplikált kialakítású alkatrészek kívülről nehezen hozzáférhető belső felületeit reaktív-gázkeverékekben nitridálni vagy szeníteni. Ezen felületek alatt értendők például a hátraesztergált acélalkatrészek, belső furatok vagy zsákfuratok, illetve csövek, golyókosarak vagy fuvókatestek, edzendő belső felületekkel. A belső és külső felületek egyenletességének hiánya abból adódik, hogy a reaktív-gázok számára az üreges testek belseje nem könnyen hozzáférhető. A reaktívgáz kitölti ugyan az üreget, azonban ez az eljárási gázközeg elszegényedik a nitridáló- szenítőképes, cementálható anyagban, mivel nem cserélődik a gáz a kömyezttel, tekintve hogy az üreges test belsejében a gáz áramlási sebessége közel nulla-értékű. Szokásos módon 0,1 MPa abszolút reaktív-gáznyomással dolgoznak, azaz a normális nyomás alatt.

Az alacsony - normális alatti - nyomású tartományban végzett periodikus nyomásváltoztatás, amint ezt például az US-PS 4 160 680 számú leírás ismerteti, csak jelentéktelen mértékben javítja a nehezen hozzáférhető felületeken a nitridált vagy szemtett, cementált réteget.

ADE-OS 1 901 607 számú leírásból megismerhető egy eljárás csövek belső felületeinek nitrálásához, ahol a csövek hosszának az átmérőhöz való viszonya nagyobb, mint 50. Ennél a belső felületeket egy aktivátorral hozzák érintkezésbe és aktív ammóniagázt vezetnek át 450-650 °C hőmérséklet mellett a csövön, amikor az ammónia áramlási irányát szabályos időközönként meg kell cserélni.

De itt sem kapnak egyenletes nitrált réteget, mivel a reaktív gáz a cső közepe környezetében már elszegényedett az aktív alkatelemekben. Ezenkívül ezt az eljárást csakis csövek esetében lehet alkalmazni.

Továbbá a DE-OS 2 851 983 számú leírásból olyan eljárás ismerhető meg furatokkal rendelkező és különböző falvastagságú üreges munkadarabok egyenletes szenítésére, azaz szénben való feldúsítására, ahol az üreges test egyes részei el vannak takarva, illetve kisebb szenítési hatásnak vannak kitéve. Ez az eljárás azonban igen időigényes és nehezen kezelhető.

Ismeretesek olyan eljárások is (például a UP-PS 2 779 697 számú leírásból), ahol az acélt gázalakú ammóniában, nyomás alatt nitridálják, egy nyomástartályban. Ezeket az eljárásokat azonban nem alkalmazzák olyan acélalkatrészeknél, amelynek kívülről nehezen hozzáférhető felületei vagy üregei vannak.

A jelen találmány feladata ezek után olyan eljárás létrehozása üreges testek és furatok, vagy nehezen hozzáférhető felületekkel rendelkező acélszerkezetek egyenletes termokémiai kezeléséhez 450 °C feletti hőmérsékletű reaktív gázokkal, amely eljárás egyszerűen foganatosítható és még kívülről nehezen hozzáférhető felületen is egyenletes kezelési réteget biztosít.

A feladatot a találmány értelmében úgy oldják meg, hogy a kezelést 0,2 MPa feletti nyomáson végezzük. A nitridáláshoz reaktív gázként előnyösen ammóniát alkalmazunk, amikor is kedvező, ha az ammóniához 5-95%-ban molekuláris nitrogént keverünk hozzá. A cementáláshoz, illetve szenítéshez, szénben dúsításhoz reaktív-gázként szénleadó gázt, előnyösen metánt vagy metán-elegyet alkalmazunk, 870-1000 °C hőmérsékleten. Előnyös ezenkívül, ha a reaktív-gázzal végzett kezelést állandó nyomáson hajtjuk végre.

Meglepő módon úgy találtuk, hogy a reaktívgáznak a kezelési fázis folyamán történő nyomásnövelésével éspedig 0,2 MPa érték fölé - az előzőekben említett nehézségek nem lépnek fel. Egy üreges testben ez a nagyobb nyomású reaktív-gáz a felületi rétegek gyorsabb és teljesebb kialakulását eredményezi. A reaktívgázban tárolt reaktív-anyag mennyisége elegendő ahhoz, hogy a tipikusan megkövetelt edzésmélységet, illetve vegyületi rétegvastagságot alakítson ki. Az üregek belsejében a reaktív anyagokban való elszegényedés ugyan fellép, azonban nem addig a koncentrációértékig, amelyben például már nem zavartalan a vegyületi rétegek kialakulása. A reaktív-gázok koncentrációja kívül és belül is mindenkor elegendően nagy ahhoz, hogy pl. a N, C vagy B leadása a kezelt termékbe, az összességében rendelkezésre álló koncentrációt kisebb mértékben csökkentse, mint normális vagy alacsonyabb nyomáson történő kezelés esetében. Minél inkább felette van a kezeléskor alkalmazott nyomás a 0,2 MPa értéknek, annál kisebb lesz az eljárási gáz összetételének százalékos változása a munkadarabba való diffundálás, illetve azzal való reakcióbalépés következtében. Ezáltal az eddig ismert, a kezelendő üreges testek belső és külső felületei közötti nemkívánatos eltérések is kiküszöbölődnek.

Mindez azt jelenti, hogy a belső és külső felületek közötti különbségek igen kicsinyek lesznek. Ezért nincs szükség járulékos gázbefúvásra vagy gázkeringtetésre, a belső terekben.

Reaktív-gázként például ammónia, szénhidrogének, mint a metán, vagy bőrt leadó gázok, mint a bór-trifluorid alkalmazható. A nyomásértékek általában 0,2 és 10 MPa között mozognak, ahol is a felső nyomáshatár a rendelkezésre álló kemencétől függ.

A találmány szerinti eljárás és annak előnyeit a következő példában mutatjuk be, az ábrára is hivatkozva:

Az ábrán látható, 16MnCr5 anyagból készült porlasz2

HU 209 457 Β tófuvókát nyomásálló kemencében 50 térfogat% ammóniából és 50 térfogat% nitrogénből álló gázkeverékben, 0,5 MPa nyomáson, 2 órán keresztül, 500 °C hőmérsékleten nitridáltuk. A porlasztófúvókákat ömlesztett anyagként, minden különösebb elrendezés nagy irányítottság külső felület „a” jelzésnél belső felület „b” jelzésnél belső felület „c” jelzésnél fúvókafurat 00,2 mm „d” jelzésnél

Fontos megemlíteni, hogy a porlasztócsúcsnál lévő kilépési furat, amelynek átmérője 0,2 mm, hossza pedig 1,5 mm, a belső felületén átnitridálódott. A rétegvastagság azonos a porlasztó „f” fúvókatestének „e” belső furata teljes hosszában.

Ugyanezen eljárás alkalmazható a reaktív-gázként metánt alkalmazó szenítésnél, 0,8 MPa nyomáson és 930 °C hőmérsékleten. Itt hasonlóképpen egyenletes széndúsított rétegmélységet kaptunk kívül és belül, csakúgy, mint a nitridálásnál.

A kezeléshez használt gáz magas reaktívelemkoncentrációja lehetővé teszi az adagok egyes részeinek szoros bepakolását. Eddig az egyes alkatrészek egyenletes kezelése érdekében bizonyos, tapasztalati úton meghatározott távolságot kellett betartani az egyes alkatrészek között. Ezen távközök a 0,2 MPa nyomásérték felett csökkenthetők anélkül, hogy emiatt károsodást szenvedne a rétegek egyenletessége.

Nitrokarburálásnál rekatív-gázként ammónia/nitrogén-keveréket alkalmaznak, szén-dioxid vagy szén-monoxid és adott esetben levegő hozzáadásával, amikor is ezen adalékok térfogatrészesedése néhány térfogat%-tól 50 térfogat%-ig terjedhet, illetve változhat.

A szenítéshez, cementáláshoz minden ismert szenítőgáz, mint a metán, endogázok, nitrogén- metanolvagy földgáz-levegőkeverék alkalmazható.

nélkül helyeztük el a kezelőtérben. A kezelés befejeztével a porlasztófuvókák külső felszínén és a belső furatban mértük a keletkezett vegyületi réteg vastagságát. A mérési helyeket az ábrán bemutatjuk.

Az alábbi eredmények, illetve értékek adódtak:

rétegvastagság = 40 μηι rétegvastagság = 35 μιη rétegvastagság = 31 μπι rétegvastagság = 30 μπι

Claims (5)

1. Eljárás üreges testek és furatok, vagy kívülről

15 nehezen hozzáférhető felületekkel rendelkező acél szerkezeti elemek egyenletes termokémiai kezelésére reaktívgázokkal, 450 °C feletti hőmérsékleten, azzal jellemezve, hogy a kezelést 0,

2 MPa-nál nagyobb nyomással végezzük.

20 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy reaktív-gázként ammóniát alkalmazunk.

3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy reaktív-gázként ammóniának 595 térfogat% nitrogénnel való keverékét alkalmazzuk.

25

4. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy reaktív-gázként szenet leadó gázt alkalmazunk.

5. A 4. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy reaktív-gázként metánt alkalmazunk, 8701000 °C hőmérsékleten.

30 6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kezelést állandó nyomáson végezzük.

Alkalmazott hivatkozási jelek a külső felület b belső felület c belső felület d fúvókafurat e belső furat f fúvókatest