PL204202B1 - Mieszanina węglowodorowa do nawęglania stali w podciśnieniu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest mieszanina węglowodorowa do nawęglania stali w podciśnieniu, zwłaszcza elementów maszyn, pojazdów i wszelkich urządzeń mechanicznych w piecach próżniowych.

Znany jest z opisu patentowego amerykańskiego nr US 5 702 540 proces, według którego wsad stalowy obrabia się w próżni w obecności nośnika węgla, którym są nienasycone węglowodory alifatyczne, przy czym ciśnienie w komorze nie może być większe od 1 kPa.

W innym opisie patentowym amerykań skim nr US 6 187 111, przedstawione uż ycie nośnika węgla w postaci etylenu gazowego, przy ciśnieniu w komorze rzędu 1-10 kPa i temperaturze wsadu od 900 do 1100°C.

Znane jest także europejskie zgłoszenie patentowe nr EP O 882 811, w którym przedstawiono użycie nośnika węgla w postaci węglowodoru zawierającego węgiel i wodór w ścisłej proporcji 1:1.

Dla osiągnięcia pożądanego efektu nawęglania nośnik węgla - etylen lub acetylen dozowany jest w etapie nawęglania do gorącej komory pieca próżniowego w sposób ciągły lub okresowo. Nośnik węgla może być dozowany równocześnie z innymi gazami chemicznie obojętnymi, np. azotem, argonem lub aktywnymi, np. wodorem, w celu regulacji wydajności i czystości procesu nawęglania, a także z noś nikami azotu aktywnego, np. amoniakiem, w celu węgloazotowania stali.

Istota wynalazku polega na tym, że mieszanina węglowodorowa do nawęglania stali zawiera nośnik węgla w postaci mieszaniny etylenu i acetylenu, w proporcji objętościowej od 0,1 do 2,0, oraz modyfikator w postaci wodoru, w ilości od 0,7 do 1,6 objętości nośnika węgla, lub w postaci amoniaku, w iloś ci od 0,7 do 5,0 obję toś ci noś nika wę gla.

Mieszanina według wynalazku charakteryzuje się synergicznym efektem równomiernego nawęglania elementów o skomplikowanych kształtach, zwłaszcza zawierających wąskie, głębokie otwory o złożonych kształtach i zagłębieniach, oraz skuteczną eliminacją produktów ubocznych reakcji nawęglania próżniowego stali takich jak sadza lub smoła.

Wynalazek w jednym z możliwych zastosowań obrazują poniższe przykłady, przy czym kształt jednej z trzech stalowych próbek kontrolnych został uwidoczniony w dwóch przekrojach na załączonym rysunku.

P r z y k ł a d 1

Do komory pieca próżniowego o wymiarach 200x200x400 mm załadowano elementy ze stali niskowęglowej o łącznej powierzchni 0,4 m², w tym trzy próbki kontrolne ze stali 16CrMn5 zawierające głębokie, wąskie otwory o złożonym kształcie. Po nagrzaniu ich w próżni do temperatury 950°C wprowadzono do komory pieca nośnik węgla zawierający etylen i acetylen w proporcji objętościowej 1, zmieszany z wodorem w proporcji objętościowej 1,17 ze stałą wydajnością 190 l/godzinę, utrzymując wewnątrz komory pulsujące ciśnienie w przedziale od 0,3 do 0,8 kPa (3 do 8 mbar). Elementy stalowe wygrzewano w temperaturze 950°C w tej atmosferze przez 20 minut a następnie w próżni przez 10 minut, po czym ochłodzono je w próżni do temperatury pokojowej. Na wszystkich powierzchniach próbek, w tym również w całym przekroju głębokiego otworu o złożonym kształcie stwierdzono wytworzenie warstwy nawęglonej o jednorodnej strukturze perlitycznej bez wydzieleń węglików wtórnych i jednakowej gruboś ci 0,44 +/- 0,05 mm, wyznaczonej wg kryterium struktury granicznej zawierającej 50% perlitu i 50% ferrytu. Na powierzchniach elementów nawęglonych i we wnętrzu komory pieca nie stwierdzono śladów sadzy ani smoły.

P r z y k ł a d 2

Do komory pieca próżniowego o wymiarach 200x200x400 mm załadowano elementy ze stali niskowęglowej o łącznej powierzchni 0,4 m², w tym trzy próbki kontrolne wykonane ze stali 17CrNi zawierające głębokie, wąskie otwory o złożonym kształcie. Po nagrzaniu ich w próżni do temperatury 950°C wprowadzono nośnik węgla zawierający etylen i acetylen w proporcji objętościowej 1,83 zmieszany z wodorem w proporcji objętościowej 1,45 ze stałą wydajnością 208 l/godzinę utrzymując wewnątrz komory pulsujące ciśnienie w przedziale od 0,3 do 0,8 kPa (3 do 8 mbar). Elementy stalowe wygrzewano w temperaturze 950°C w tej atmosferze przez 20 minut a następnie w próżni przez 30 minut po czym ochłodzono je szybko do temperatury pokojowej w azocie o ciśnieniu podwyższonym do 600 kPa (6 bar). Na wszystkich powierzchniach próbek, w tym również w całym przekroju głębokiego otworu o złożonym kształcie stwierdzono wytworzenie warstwy nawęglonej o jednorodnej strukturze martenzytycznej bez wydzieleń węglików wtórnych i jednakowej grubości i 0,46 +/- 0,05 mm, wyznaczonej wg kryterium minimalnej twardości granicznej - 500 HV01. Na powierzchniach elementów nawęglonych i we wnętrzu komory pieca nie stwierdzono śladów sadzy ani smoły.

Claims (1)

1. Mieszanina węglowodorowa do nawęglania stali w podciśnieniu, znamienna tym, że zawiera nośnik węgla w postaci mieszaniny etylenu i acetylenu, w proporcji objętościowej od 0,1 do 2,0, oraz modyfikator w postaci wodoru, w ilości od 0,7 do 1,6 objętości nośnika węgla, lub w postaci amoniaku, w iloś ci od 0,7 do 5,0 obję toś ci noś nika wę gla.