PL198128B1 - Masy chroniące przed zahartowaniem do częściowego nawęglania metalowych części konstrukcyjnych i sposób częściowego nawęglania metalowych części konstrukcyjnych - Google Patents

Abstract

1. Masy chroni ace przed zahartowaniem na bazie substancji tworz acych szk lo borowe do cz e- sciowego naw eglania metalicznych cz esci konstrukcyjnych, znamienne tym, ze zawieraj a dodatek zwi azków magnezowo-krzemowych. 10. Zastosowanie mas ochronnych do hartowania wed lug zastrz. 1 do 9 w sposobie cz esciowe- go naw eglania metalicznych cz esci konstrukcyjnych. 11. Sposób cz esciowego naw eglania metalicznych cz esci konstrukcyjnych, znamienny tym, ze przed obróbk a na nienaw eglane miejsca nanosi si e mas e chroni ac a zawieraj ac a substancj e tworz ace szk lo borowe i zwi azki magnezowo-krzemowe, korzystnie w stosunku masowym 2:1 do 100:1, na- st epnie naw egla si e cz esci konstrukcyjne, sch ladza i oczyszcza z masy chroni acej. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy mas chroniących przed zahartowaniem stosowanych przy częściowym nawęglaniu metalowych części konstrukcyjnych oraz sposobu częściowego nawęglania metalicznych części konstrukcyjnych z zastosowaniem tych mas chroniących.

W czasie obróbki cieplnej przy obróbce powierzchniowej metali (hartowaniu powierzchniowym) wymagane jest często, aby częściowo chronić części konstrukcyjne przed procesem obróbki, takim jak nawęglanie, azotonawęglanie lub azotowanie, aby później na wybranych obszarach powierzchni można było przeprowadzić dodatkowo określone etapy obróbki mechanicznej lub zachować tam pierwotne własności materiału, takie jak ciągliwość. Obok galwanicznego powlekania miedzią lub niklem istnieje od dawna szeroka oferta mas chroniących (ochronnych) podobnych do lakierów, które nanosi się na wybrane obszary powierzchni przed obróbką hartowania. Do ochrony przed wdyfundowywaniem węgla przy częściowym nawęglaniu osadza się masy chroniące na bazie szkła wodnego lub na bazie substancji tworzących szkła borowe. Podczas, gdy masy na bazie szkła wodnego po procesie hartowania mogą być usunięte tylko mechanicznie przez piaskowanie części piaskiem lub kulkami szklanymi itd./ masy chroniące na bazie substancji tworzących szkła borowe wykazują znaczne korzyści, nadając się do odmywania wodą. Jednak w przypadku znanych mas chroniących przed zahartowaniem na bazie substancji tworzących szkła borowe istnieje niebezpieczeństwo ich ściekania w piecu podczas hartowania, w szczególności w przypadku niecałkowitego wysuszenia lub wiązania wilgoci z powietrza przez masę, ponieważ lepkość składników borowych jest silnie obniżana w wyższych temperaturach przez wodę. Ponadto przy temperaturach nawęglania 900-980°C związki boru odparowują aż do ustalenia ciśnienia równowagowego par. Ma to swoje następstwo w postaci zmniejszania działania ochronnego ze zmniejszaniem grubości warstw ochronnych, a z drugiej strony mogą być także naruszane wymurowania pieca z cegieł zawierających SiO2. Masy takie w szczególności ze względu na stosunkowo wysokie ciśnienia par mogą być stosowane tylko warunkowo przy nawęglaniu pod zmniejszonym ciśnieniem, ponieważ należy się liczyć z uszkodzeniem urządzeń do nawęglania pod niskim ciśnieniem przez odparowujące związki boru.

Masy chroniące na bazie szkła wodnego stosowane dotąd alternatywnie w urządzeniach do nawęglania w próżni mają skłonności do pękania i odpryskiwania podczas schładzania pod wysokim ciśnieniem gazu. Zanieczyszczają się przy tym urządzenia. Wymiennik ciepła może więc zostać zasypany cząsteczkami lub może zostać uszkodzony zasobnik dmuchawy, co może prowadzić do postoju urządzenia.

Podstawę opracowania niniejszego wynalazku stanowi zatem zadanie wynalezienia i opracowania mas chroniących przed zahartowaniem stosowanych przy częściowym nawęglaniu metalowych części konstrukcyjnych, które nie wykazują wad znanych produktów.

Niespodziewanie wynaleziono, że przez dodatek związków magnezowo-krzemowych do znanych mas chroniących przed zahartowaniem o znanym składzie na bazie substancji tworzących szkła borowe, można znacznie zmniejszyć niebezpieczeństwo ściekania jak też i zmniejszyć ciśnienie par.

Przedmiotem wynalazku są więc masy chroniące przed hartowaniem na bazie substancji tworzących szkła borowe przy częściowym nawęglaniu mechanicznych części konstrukcyjnych, charakteryzujące się tym, że jako dodatek zawierają związki magnezowo-krzemowe.

Przez dodatek związków magnezowo-krzemowych według wynalazku uzyskuje się zwiększone bezpieczeństwo przy nawęglaniu w gazie w źle zaizolowanych miejscach w następstwie odpadających mas ochronnych.

Ponadto uzyskuje się zwiększoną trwałość wymurowania pieca i możliwe jest zastosowanie mas chroniących na bazie substancji tworzących szkła borowe w procesie nawęglania w próżni.

Jako dodatek według wynalazku do mas chroniących przed zahartowaniem na bazie substancji tworzących szkła borowe nadają się zasadniczo wszystkie nieorganiczne związki magnezowokrzemowe. Typowe związki nadające się do tego zastosowania stanowią krzemiany magnezu, takie jak na przykład ortokrzemian magnezu (Mg2SiO₄), metakrzemian magnezu (MgSiOa), trikrzemian magnezu (Mg2Si3O8) i talk. Szczególnie korzystny jest trikrzemian magnezu.

Masy chroniące przed zahartowaniem według wynalazku zawierają substancje tworzące szkło borowe i związki magnezowo-krzemowe typowo w stosunku masowym 2:1 do 100:1. Korzystny jest stosunek masowy substancji tworzących szkła borowe do związków magnezowo-krzemowych wynoszący od 5:1 do 15:1, zwłaszcza około 10:1.

Jako substancje tworzące szkło borowe masy chroniące przed zahartowaniem według wynalazku zawierają kwas borowy, tlenek boru, borany metali alkalicznych i/lub metali ziem alkalicznych.

PL 198 128 B1

Masy chroniące przed zahartowaniem według wynalazku mogą zawierać 35-70% wagowych układu organicznego środka wiążącego w przeliczeniu na całkowitą ilość i być sporządzane w postaci mas o konsystencji ciekłej, półciekłej lub pastowatej. Odpowiednie układy środków wiążących są znane jako takie i dostępne dla fachowców i odpowiadają układom jakie wcześniej stosowane były w praktyce w stosowanych masach chroniących przed zahartowaniem.

Typowe masy chroniące przed zahartowaniem według wynalazku zawierają przykładowo 40-55% wagowych tlenku boru, 3-6% wagowych trikrzemianu magnezu i 39-57% wagowych układu organicznego środka wiążącego w przeliczeniu na łączną masę.

Masy chroniące przed zahartowaniem według wynalazku mogą być bardzo korzystnie stosowane w sposobach częściowego nawęglania metalicznych części konstrukcyjnych i nadają się szczególnie korzystnie do nawęglania w próżni. Ich stosowanie przebiega całkowicie jak dla znanych mas chroniących przed zahartowaniem. W przeciwieństwie do nich nie przebiega jednak odpryskiwanie z części konstrukcyjnych, tak, że zabezpieczona jest pewna obróbka i bez zarzutu. Nie powodują one powstania żadnych zanieczyszczeń w urządzeniach.

P r z y k ł a d l (według wynalazku)

Na części konstrukcyjne nanosi się w temperaturze pokojowej masę chroniącą składającą się z 50% wagowych tlenku boru, 5% wagowych trikrzemianu magnezu i 45% wagowych układu organicznego środka wiążącego i składuje się przez 10 dni przy podwyższonej wilgotności powietrza. Część konstrukcyjną nawęgla się w 930°C przez 5 godzin na głębokość zahartowania (Eht) 1,2 mm, chłodzi w oleju i oczyszcza w przemysłowej maszynie do mycia.

Wynik obróbki:

Obszar przeznaczony do ochrony jest dokładnie ochroniony, nie występują żadne odpryski masy chroniącej. Twardość w obszarze chronionym wynosi 32-36 HRC, a w obszarze niechronionym 61-63 HRC. Izolowanie było bez zarzutu. Część konstrukcyjna można było bezproblemowo oczyścić w przemysłowej maszynie do mycia.

P r z y k ł a d 2 (porównawczy)

Na części konstrukcyjne nanosi się w temperaturze pokojowej masę chroniącą składającą się z 55% wagowych tlenku boru i 45% wagowych układu organicznego środka wiążącego i składuje się przez 10 dni przy podwyższonej wilgotności powietrza. Część konstrukcyjną nawęgla się w 930°C przez 5 godzin na głębokość zahartowania (Eht) 1,2 mm, chłodzi w oleju i oczyszcza w przemysłowej maszynie do mycia.

Wynik obróbki:

Istnieje wiele śladów ściekania, związanych ze spływaniem masy podczas obróbki. Twardość w obszarze chronionym wynosi 32-36 HRC, w obszarze śladów ściekania 49-55 HRC a w obszarze niechronionym za wyjątkiem śladów ściekania 61-63 HRC. Izolowanie było wadliwe a część konstrukcyjna nie nadawała się przez to do użycia.

P r z y k ł a d 3 (według wynalazku)

Na części konstrukcyjne nanosi się w temperaturze pokojowej masę chroniącą składającą się z 50% wagowych tlenku boru, 5% wagowych trikrzemianu magnezu i 45% wagowych układu organicznego środka wiążącego i suszy się przez 10 godzin w temperaturze pokojowej. Część konstrukcyjną nawęgla się w urządzeniu do nawęglania pod zmniejszonym ciśnieniem na głębokość zahartowania (Eht) 0,6 mm, chłodzi w zimnej komorze i oczyszcza w przemysłowej maszynie do mycia.

Wynik obróbki:

Obszar przeznaczony do ochrony jest dokładnie ochroniony, nie występuje żadne ściekanie masy chroniącej. Masa nie odpryskuje podczas chłodzenia. Twardość w obszarze chronionym wynosi 31-33 HRC, a w obszarze niechronionym 61-63 HRC. Izolowanie było bez zarzutu. Część konstrukcyjną można było bezproblemowo oczyścić w przemysłowej maszynie do mycia.

P r z y k ł a d 4 (porównawczy)

Na części konstrukcyjne nanosi się w temperaturze pokojowej masę chroniącą składającą się z 55% wagowych tlenku boru i 45% wagowych układu organicznego środka wiążącego i suszy przez 10 godzin w temperaturze pokojowej. Część konstrukcyjną nawęgla się urządzeniu do nawęglania pod zmniejszonym ciśnieniem na głębokość zahartowania (Eht) 0,6 mm, chłodzi komorze chłodzenia i oczyszcza w przemysłowej maszynie do mycia.

Wynik obróbki:

Istnieje wiele śladów ściekania, związanych ze spływaniem masy chroniącej podczas obróbki. Twardość w obszarze chronionym wynosi 31-34 HRC, w obszarze śladów ściekania 47-54 HRC,

PL 198 128 B1 a w obszarze niechronionym za wyjątkiem śladów ściekania 61-63 HRC. Izolowanie było wadliwe, a część konstrukcyjna nie nadawała się przez to do użycia.

P r z y k ł a d 5 (porównawczy)

Na części konstrukcyjne nanosi się w temperaturze pokojowej masę chroniącą na bazie szkła wodnego i suszy przez 10 godzin w temperaturze pokojowej. Część konstrukcyjną nawęgla się urządzeniu do nawęglania pod zmniejszonym ciśnieniem na głębokość zahartowania (Eht) 0,6 mm, chłodzi w chłodnej komorze i oczyszcza w przemysłowej maszynie do mycia.

Wynik obróbki:

Nie występują ślady ściekania. Twardość w obszarze chronionym wynosi 29-32 HRC, a w obszarze niechronionym 61-63 HRC. Stwierdza się częściowe odpryskiwanie masy chroniącej podczas schładzania w obszarze około 20% naniesionej masy. Pozostałości odprysków masy chroniącej były twarde i dawały się usunąć tylko z dużym trudem z komory chłodzącej, a zwłaszcza z wymiennika ciepła. Przez pozostawanie tych cząstek w urządzeniu należy się liczyć ze skróconym czasem użytkowania maszyny i pogorszeniem jej działania. Pozostałości masy chroniącej nie można usunąć w przemysłowej maszynie do mycia. Części konstrukcyjne można oczyścić tylko przez piaskowanie piaskiem lub kulkami szklanymi.

Claims (12)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Masy cł^rc^ni£^c^e;pr2^e^d zahartowaniemna baziesubstancjj tworzącychszkło borowedo częściowego nawęglania metalicznych części konstrukcyjnych, znamienne tym, że zawierają dodatek związków magnezowo-krzemowych.
2. 2. Masy chroniące praed zahartowaniem wedługzastrz. 1, znamienne tym, że zawierają substancje tworzące szkło borowe i związki magnezowo-krzemowe w stosunku masowym 2:1 do 100:1.
3. 3. Masy chroniące pr'zedzahartowaniem według zas^z. t albo 2, znamienne tym, że zawierają substancje tworzące szkło borowe i związki magnezowo-krzemowe w stosunku masowym 5:1 do 15:1, korzystnie w stosunku masowym około 10:1.
4. 4. Masy clhr^<^ni^c^^ zahartowaniem według zas^z. 1 albo 2, albo 3, znamienne tym, że jako związki magnezowo-krzemowe zawierają krzemiany magnezu, w szczególności ortokrzemian magnezu (Mg2SiO4), metakrzemian magnezu (MgSiO,), trikrzemian magnezu (Mg2Si3O₈) i talk.
5. 5. Masy chroniące przed zahartowaniem według zas^z 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienne tym, że jako związki magnezowo-krzemowe zawierają trikrzemian magnezu.
6. 6. Masy chroniące zahartowaniem według zas^z. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, znamienne tym, że jako substancje tworzące szkło borowe zawierają kwas borowy, tlenek boru, borany metali alkalicznych i/lub metali ziem alkalicznych.
7. 7. Masy chroniące przeezahartowaniemwedług zaas-z. t albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, znamienne tym, że zawierają 35-70% wagowych układu organicznego środka wiążącego w przeliczeniu na łączną masę i stanowią masy o konsystencji ciekłej, półciekłej lub pastowatej.
8. 8. Masy chroniące przeezahartowaniem według a^^sr^. a albo a, albo a, alt^o a, alt^o a, albo a, albo 7, znamienne tym, że zawierają 40-55% wagowych tlenku boru, 3-6% wagowych trikrzemianu magnezu i 39-57% wagowych układu organicznego środka wiążącego w przeliczeniu na łączną masę.
9. 9. Maay chroniące ppzed zahartowaniem według ζ33^ζ. 7 albo 8, znamienne tym, że zawierają 45% wagowych tlenku boru, 5% wagowych trikrzemianu magnezu i 50% wagowych układu organicznego środka wiążącego w przeliczeniu na łączną masę.
10. 10. Zastosowanie mas ochronnych do hartowaniawedługzastrz. a do 9 w sposobie częścćowego nawęglania metalicznych części konstrukcyjnych.
11. 11. Sposóbczęściowego nawęglaniamerallcznych części konstrukcyjnych, znamiennytym, że przed obróbką na nienawęglane miejsca nanosi się masę chroniącą zawierającą substancję tworzące szkło borowe i związki magnezowo-krzemowe, korzystnie w stosunku masowym 2:1 do 100:1, następnie nawęgla się części konstrukcyjne, schładza i oczyszcza z masy chroniącej.
12. 12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że nawęglanie przeprowadza się w próżni.