*** URZAD PATENTOWY PRL Patentdodatkowy int, ci.3 C23C 11/03 do patentunr Zgloszono: 16.06.78 (P. 207680) Pierwszenstwo Zgloszenie ogloszono: 14.01.80 Opis patentowy opublikowano: 28.06.1984 Twórcywynalazku: Zbigniew Rogalski, Henryk Zowczak, Zdzislaw Obuchowicz Uprawniony z patentu: Instytut Mechaniki Precyzyjnej, Warszawa (Polska) Sposób obróbki cieplno-chemicznej wyrobów metalowych Przedmiotem wynalazku jest sposób obróbki cieplno-chemicznej wyrobów metalowych, zwlaszcza wykonanych ze stopów zelaza, w zlozu sypkiego materialu ziarnistego pizdmuchiwa¬ nego gazem jednorodnym lub bedacym mieszanina gazów uzywanych w obróbce cieplno-chemi¬ cznej, jak na przyklad azot, atmosfera endotermiczna zwykla lub wzbogacona, amoniak, mieszanina amoniaku i pary wodnej.Z publikacji i praktyki przemyslowej znany jest sposób obróbki cieplno-chemicznej wyrobów metalowych, zwlaszcza wykonanych ze stopów zelaza, w zlozu nieruchomego materialu ziarnistego (proszku), chemicznie aktywnego wzgledem wyrobów, jednorodnego albo bedacego mieszanina proszków aktywnych i obojetnych. W celu przeprowadzenia obróbki takim sposobem wyroby umieszcza sie w zlozu materialu ziarnistego, nasypanego do retorty (skrzynki).Nastepnie skrzynke szczelnie zamyka sie i nagrzewa sie do temperatury obróbki. W tempera¬ turze obróbki aktywne proszki wydzielaja aktywny gaz lub gazy, które w pozadany sposób oddzialywuja chemicznie na powierzchnie wyrobów. Przykladowo, do naweglania lub doweglania wyrobów stalowych tym sposobem stosuje sie mieszaniny wegla drzewnego i weglanu baru, sodu lub wapnia. W temperaturze 900-950°C weglan lub weglany wchodzace w sklad proszków, rozpadaja sie z wydzieleniem dwutlenku wegla, który jest przez wegiel drzewny redukowany do tlenku wegla. Tlenek wegla powstaje tez z reakcji wegla drzewnego z powietrzem, pozostalym w skrzynce po jej zamknieciu. Oddzialywanie gazowego tlenku wegla na powierzchnie stali w temperaturze obróbki powoduje, wedlug znanego mechanizmu, powstanie na wyrobie wierzchniej warstwy wzbogaconej w wegiel.Podobnie, azotowanie wyrobów stalowych wymienionym sposobem przeprowadza sie w skrzynkach, do których nasypuje sie material ziarnisty, bedacy mieszanina proszków wydzielaja¬ cych azot, jak na przyklad mieszanina cyjanamidu wapniowego i uwodnionego weglanu sodu. W temperaturze 500-570°C z reakcji cyjanamidu wapniowego z uwodnionym weglanem sodu wytwa¬ rza sie gazowy amoniak, który wedlug znanego mechanizmu powoduje powstanie na stalowym wyrobie warstwy wzbogaconej w azot. Wymienionym sposobem przeprowadza sie takze wegloazo- towanie wyrobów stalowych; do tego celu uzywa sie mieszanin proszków wydzielajacych tlenek wegla i amoniak.2 126071 Glównymi wadami przedstawionego znanego sposobu obróbki cieplno-chemicznej wyrobów metalowych w zlozu nieruchomego, chemicznie aktywnego materialu ziarnistego (pros/ku) sa: dlugi czas obróbki, spowodowany wolnym nagrzewaniem sie wyrobów w skrzynkach, jak równiez niemozliwosc regulowania chemizmu obróbki podczas jej trwania, a takze uciazliwosc i nieko¬ rzystne warunki higieny pracy zwiazane z sypaniem aktywnego proszku do skrzynek i ymies/c/t- niem w nich wyrobów oraz wyjmowaniem wyrobów ze skrzynek i wysypywaniem proszku, duze zuzycie proszków wynikajace z ich calkowitej lub czesciowej wymiany po kazdej operacji obróbki cieplno-chemicznej.Z opisów patentowych PRL nr nr 95 443,95 448, 950450,9? 454, St. Zjcd.Am. nr nr 3 336 167, 3096221 i innych oraz z publikacji i praktyki przemysl owej jest znany sposób obróbki cieplno-chc¬ miczncj wyrohAw metalowych w piecach fluidalnych, wypelnionych zlozem chemicznie obojetnego f^mpterialu zkirnistego (proszku), fluidyzowanego przeplywem gazu chemicznie aktywnego wzgle- \. dem wyrobów a|bo mieszanina gazów aktywnych, albo mieszanina gazów aktywnych i obojetnych.TaJyto,spQKoberiimiedzy innymi nawegla sie wyroby w zlozu ziarnistego elektrokorundu lluidozo- wanejg^dLZun*] zawierajacym tlenek wegla; podobnie azotuje sie wyroby za pomoca gazu zawiera¬ jacego amoniak albo poddaje sie wegloazotowaniu za pomoca gazu zawierajacego tlenek wegla i amoniak. Wade lego sposobu obróbki cieplno-chemicznej jest duze zuzycie aktywnego gazu, zbyteczne chemicznie, a wynikajace jedynie z duzego natezenia jego przeplywu, potrzebnego do sfluidyzowania zloza materialu ziarnistego, oraz znaczne straty ciepla, unoszonego z duza iloscia gazu przechodzacego przez zloze.Sposób obróbki cieplno-chemicznej wyrobów metalowych, zwlaszcza wykonanych ze stopów zelaza, w zlozu sypkiego materialu ziarnistego przedmuchiwanego gazem, wedlug wynalazku charakteryzuje sie tym, ze obróbke cieplno-chemiczna przeprowadza sie w nieruchomym zlozu chemicznie obojetnego materialu ziarnistego, przedmuchiwanego gazem chemicznie aktywnym wzgledem wyrobów, z natezeniem mniejszym od niezbednego do sfluidyzowania zloza, przy czym w czasie zanurzania w zlozu wyrobów, nagrzewania ich do temperatury procesu, wyrównywania temperatury zloza podczars procesu oraz w czasie wyjmowania wyrobów ze zloza, doprowadza sie gaz przedmuchujacy chemicznie aktywny wzgledem wyrobów z natezeniem nie mniejszym od niezbednego do sfluidyzowania zloza.Stosowany w sposobie wedlug wynalazku obojetny material ziarnisty sluzy zapewnieniu kierunkowego przeplywu gazu aktywnego wokól przedmiotów obrabianych w przestrzeni roboczej pieca, przy malym natezeniu przeplywu gazu, tak aby powietrze otaczajace nie przedostawalo sie do przestrzeni roboczej i nie zaklócalo obróbki oraz aby szybko grzac przedmioty podczas fazy nagrzewania i okresowego wyrównywania temperatury, gdy zloze jest sfluidyzowane. Obojetny material ziarnisty stosuje sie po to, aby chemizm procesu dostosowac do róznych obróbek, tylko przez zmiane gazu, bez zmiany z|oza i aby to wykonac mozliwe szybko, gdyz aktywne zloze ziarn stalych albo nie daja sie przestawiac na zmiane chemizmu procesu* albo dzieje sie to z duza bezwladnoscia czasowa.Przez stosowanie sposobu wedlug wynalazku unika sie uciazliwosci i niekorzystnych warun¬ ków higieny pracy, zwiazanych z przesypywaniem aktywnych materialów ziarnistych (proszków), radykalnie zmniejsza sie ich zuzycie, a takze umozliwa sie regulowanie chemizmu obróbki podczas jej trwania, a to przez zmiane skladu gazu przedmuchujacego zloze. Ma sie moznosc skrócenia czasu obróbki przez przyspieszenie nagrzewania wyrobów. Jednoczesnie w porównaniu z obróbka w zlozu sfluidyzowanym, zuzycie gazu mozna ograniczyc do iloscci niezbednych ze wzgledu na przebiegajace reakcje chemiczne, które jest 3-r6 — krotnie mniejsze od zuzycia w znanych sposobach obróbki w zloZM sfluidyzowanym. Odpowiednio do ograniczenia fluidyzacji zmniejsza sie straty ciepla unoszonego z gazem.Przedmiot wynalazku przedstawiony jest ponizej w przykladach jego zastosowania.Przyklad 1. Zloze elektrokorundu o rozmiarze ziarna 125-149 mikrometrów w przestrzeni roboczej o srednicy 230 mm i glebokosci 450 mm nagrzano do temperatury 900°C i sfluidyzowano gazem otrzymanym z konwersji 70% acetonu i 24% wody (procenty wagowe) doprowadzonym z natezeniem Im /h. Do zloza zanurzono prety o szerokosci 20mm, grubosci 5mm i dlugosci 120 mm, wykonane ze stali N12E, odweglone powierzchniowo w procesie ich produkcji, przezna¬ czone na pilniki. Nastepnie natezenie doprowadzanego gazu zmniejszono do 0,3 mVh i zloze z zanurzonymi w nim pretami, w temperaturze 900°C przedmuchiwano gazem z natezeniem126071 3 0,3 m3/h, przez czas 1 h, po czym prety wyjeto ze zloza i ostudzono na powietrzu. Obrobione prety wykazaly prawidlowe doweglanie warstwy uprzednio odweglonej.Przyklad II. Zloze elektrokorundu jak w przykladzie I, nagrzewano do temperatury 560°C i sfluidyzowano amoniakiem doprowadzonym z natezeniem 2mVh. Do tak sfluidyzowanego zloza zanurzono kolki o srednicy 10 mm i dlugosci 40mm, wykonane ze stali 40H. Fluidyzacje utrzy¬ mano przez czas 0,05 h, po czym przerwanoja i zloze z zanurzonymi w nim kolkami w temperatur 560°C poddano przedmuchiwaniu amoniakiem, doprowadzonym z natezeniem 0,4m3/h. Przed¬ muchiwanie amoniakiem trwalo 0,20 h, po czym nastapilo kolejne fluidyzowanie i przedmuchiwa¬ nie jak poprzednio, lacznie wciagu 3 cykli. Nastepnie w ciagu dwóch takich samych cykli zloze bylo fluidyzowane i przedmuchiwane mieszanina 60% azotu i 40% amoniaku (procenty wagowe). W dalszym ciagu wlaczono na chwile fluidyzowanie mieszanina i w tym czasie wyjeto kolki ze zloza, po czym ostudzono je na powietrzu. W wyniku obróbki na kolkach powstala warstwa dyfuzyjna wzbogacona w azot do glebokosci 0,4mm z wierzchnia strefa azotków typu epsilon plus gamma prim o grubosci 3 mikrometrów.Przyklad III. Zloze elektrokorundu o rozmiarze ziarna 105-125 mikrometrów w prze¬ strzeni roboczej o srednicy 300 mm i glebokosci 550 mm nagrzano do temperatury 850°C i sfluidyzowano gazem zawierajacym tlenek wegla i amoniak, otrzymanym przez konwersje 15% acetonu i 4% wody z dodatkiem 80% azotu i 1% amoniaku (procenty wagowe), doprowadzonym z natezeniem 2,5 m3/h. Do zloza zanurzono noze, uzywane w przemysle garbarskim do odmisniania skór, w ksztalcie spirali o srednicy 260 mm, skoku 330mm, dlugosci 495 mm, zwinietej z preta plaskiego o szerokosci 35 mm i grubosci 2mm, wykonanego ze stali 16 Hg. Po zanurzeniu nozy przerwano fluidyzacje. W dalszym ciagu zloze z nozami w temperaturze 850°C poddano przez 2 h przedmuchiwaniu gazem jak poprzednio, doprowadzonym z natezeniem 0,5 m3/h. Nastepnie zloze ponownie sfluidyzowano jak poprzenio, po czym noze wyjeto ze zloza i oziebiono w oleju. W wyniku obróbki na nozach powstala warstwa dyfuzyjna wegloazotowana o grubosci 0,4mm, zahartowana przez oziebienie w oleju do twardosci 56-59 HRC.Zastrzezenie patentowe Sposób obróbki cieplno-chemicznej wyrobów metalowych, zwlaszcza wykonanych ze stopów zelaza, w zlozu sypkiego materialu ziarnistego przedmuchiwanego gazem, znamienny tymf ze obróbke cieplno-chemiczna przeprowadza sie w nieruchomym zlozu chemicznie obojetnego mate¬ rialu ziarnistego, przdmuchiwanego gazem chemicznie aktywnym wzgledem wyrobów, z nateze¬ niem mniejszym od niezbednego do sfluidyzowania zloza, przy czym w czasie zanurzania w zlozu wyrobów, nagrzewania ich do temperatury procesu, wyrównywaniu temperatury zloza podczas procesu oraz w czasie wyjmowania wyrobów ze zloza doprowadza sie gaz przedmuchujacy chemi¬ cznie aktywny wzgledem wyrobów z natezeniem nie mniejszym od niezbednego do sfluidyzowania zloza. PL PL