PL240534B1 - Sposób nawęglania niskociśnieniowego (LPC) - Google Patents
Sposób nawęglania niskociśnieniowego (LPC) Download PDFInfo
- Publication number
- PL240534B1 PL240534B1 PLPLPLPLPLPLPLPLPL424224A PLPLPLPLPLPLPLPL424224A PL240534B1 PL 240534 B1 PL240534 B1 PL 240534B1 PL PLPLPLPLPLPLPLPL424224 A PLPLPLPLPLPLPLPLPL424224 A PL PLPLPLPLPLPLPLPL424224A PL PLPLPLPLPLPLPL424224 A PLPLPLPLPLPLPLPL424224 A PL PLPLPLPLPLPLPL424224A PL 240534 B1 PL240534 B1 PL 240534B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- carbon
- phase
- carburizing
- carbon carrier
- diffusion
- Prior art date
Links
- 238000005255 carburizing Methods 0.000 title claims description 25
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 44
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 21
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims description 18
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 14
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 claims description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 10
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 claims description 9
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims description 3
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 6
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 2
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001338 aliphatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000012429 reaction media Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
Description
PL 240 534 B1
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób nawęglania niskociśnieniowego (LPC) elementów wykonanych ze stopów żelaza i innych metali.
Z publikacji patentowej US 5,205,873 znany jest proces nawęglania w niskim ciśnieniu, w komorze pieca podgrzanej do temperatury z zakresu 820°C do 1100°C. W załadowanej komorze wytwarza się próżnię na poziomie 10-2 hPa i podgrzewa się wsad do temperatury austenityzacji, utrzymując tą temperaturę do czasu wyrównania temperatury w przekroju nawęglanych elementów, po czym napełnia się komorę pieca wodorem do ciśnienia 500 hPa. Następnie jako nośnik węgla wprowadza się etylen pod ciśnieniem od 10 do 100 hPa i wytwarza się mieszankę gazową, w skład której wchodzi wodór i etylen.
Z publikacji patentowej US 6,187,111 B1 znana jest metoda nawęglania przedmiotów wykonanych ze stali w komorze pieca, w której wytworzona zostaje próżnia od 1 do 10 hPa a temperatura, w której przebiega proces nawęglania, utrzymywana jest w zakresie od 900°C do 1100°C. Nośnikiem węgla jest w niej gazowy etylen.
Z publikacji patentowych US 5,702,540 i EP 0 882 811 B1 znane są sposoby nawęglania próżniowego elementów ze stopów żelaza prowadzone w piecach próżniowych przy ciśnieniu od 1 do 50 hPa, gdzie atmosferę węglową uzyskuje się w gorącej komorze pieca z metanu, propanu lub też acetylenu albo etylenu. Najczęściej stosuje się dwie metody organizacji faz nasycania węglem oraz faz dyfuzji w tych procesach. Pierwsza z nich, zwana metodą impulsową, polega na okresowym dozowaniu atmosfery nawęglającej do komory pieca próżniowego a następnie odpompowaniu produktów reakcji do chwili osiągnięcia w komorze próżni technicznej, którą utrzymuje się przez kolejnych kilka minut. Drugą z nich jest metoda iniekcji, polegająca na ciągłym dozowaniu atmosfery nawęglającej poprzez system dysz, bezpośrednio na wsad w komorze pieca próżniowego w fazie nawęglania. W czasie trwania tej fazy utrzymywane jest stałe ciśnienie robocze atmosfery węglonośnej, przy czym po każdej fazie nawęglania następuje faza dyfuzji.
Z publikacji patentowej PL 202 271 B1 znany jest sposób nawęglania wyrobów stalowych, prowadzony w piecach próżniowych w atmosferze beztlenowej pod obniżonym ciśnieniem, gdzie nasycanie elementów węglem dokonuje się poprzez ciągłe dozowanie atmosfery nawęglającej, będącej mieszaniną etylenu lub propanu lub acetylenu z wodorem w proporcji objętościowej od 1,5 do 10 w czasie od 5 do 40 minut, przepływającą ze stałą wydajnością przez cały czas fazy nawęglania czas.
Z publikacji patentowej PL 204 202 B1 znana jest mieszanina do nawęglania stali w podciśnieniu, zawierająca 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 1,5 objętości nośnika węgla lub w postaci amoniaku w ilości od 0,7 do 5,0 objętości nośnika węgla, która w fazie nasycania dozowana jest ze stałą wydajnością.
Z publikacji patentowej PL 204 747 B1 znany jest sposób nawęglania wyrobów stalowych, w piecach próżniowych pod obniżonym ciśnieniem w podwyższonej temperaturze. Sposób nawęglania wyrobów stalowych w podciśnieniu polega na wprowadzeniu nośnika azotu aktywnego podczas nagrzewania wsadu. Proces wprowadzania nośnika azotu aktywnego kończy chwila, gdy wsad uzyskuje temperaturę niezbędną do rozpoczęcia procesu nawęglania, od której podawany zostaje nośnik węgla.
Z publikacji patentowej US 6 509 292 znany jest sposób pozyskania substratów mieszaniny nawęglającej, poprzez reakcję selektywnego uwodornienia metodą „front-end” lub „tail-en”. W pierwszym przypadku reakcja zachodzi przy dużym nadmiarze wodoru, natomiast w drugim przy nieznacznej jego przewadze. Sposób ten stosuje się jedynie do oczyszczania etylenu z zanieczyszczeń, głównie w postaci acetylenu, którego nawet resztkowa obecność negatywnie wpływa na proces polimeryzacji C2H4.
Ponadto w publikacji P. Hermanowicza i J. Smolika pt.: „Nawęglanie próżniowe stali niskostopowej DC04 w atmosferze węglowodorów alifatycznych” (czasopismo „Problemy Eksploatacji - Maintenance Problems” nr 1/2008) została umieszczona informacja dotycząca nawęglania próżniowego metodą impulsową, która polega na dozowaniu mediów reakcyjnych w fazie nasycania, a następnie na odpompowywaniu produktów reakcji w fazie dyfuzji.
Charakterystyczne dla wszystkich przedstawianych metod nawęglania niskociśnieniowego jest wprowadzanie gazu węglonośnego lub mieszaniny gazów ze stałym przepływem / stałą wydajnością, nie uwzględniając rzeczywistego - wynikającego z absorpcji węgla w nawęglanym materiale - zapotrzebowania, które zmienia się w trakcie trwania procesu nawęglania.
PL 240 534 B1
Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że gazowy nośnik węgla wprowadza się w ilości proporcjonalnej do obliczeniowego średniego wewnętrznego strumienia dyfuzyjnego węgla, od powierzchni nawęglanego materiału w jego głąb, przy czym współczynnik proporcjonalności ilości węgla dostarczonego w fazie nasycania przez gazowy nośnik węgla do ilości węgla absorbowanego podczas dyfuzji węzłowej utrzymuje się w przedziale od 0,1 do 10,0.
Korzystnym jest gdy gazowy nośnik węgla stanowi mieszanka acetylenu i etylenu lub ich mieszanka z wodorem lub azotem.
Korzystnym jest także gdy gazowy nośnik węgla wprowadza się z przepływem od 0,1 do 500 dm3/min, przy czym czas trwania fazy nasycania utrzymuje się w przedziale od 1 do 1000 s.
Ponadto korzystnym jest gdy gazowy nośnik węgla wprowadza się do komory urządzenia będącej pod ciśnieniem absolutnym od 0,01 do 1,0 kPa.
Opisany sposób umożliwia optymalne dozowanie gazu węglonośnego w procesie nawęglania podciśnieniowego, w zależności od zapotrzebowania węgla w wyniku jego absorbcji w materiale. Nadmierna ilość węgla powoduje przewęglenia, powstanie niekorzystnych struktur w materiale oraz prowadzi do zanieczyszczenia i uszkodzenia urządzenia związkami węglopochodnymi. Z kolei, zbyt mała podaż węgla prowadzi do niedowęglenia i/lub nierównomiernego nawęglania.
Optymalizacja dozowania gazu węglonośnego ma podstawowy i pozytywny wpływ na jakość wyników procesu nawęglania podciśnieniowego, zmniejszenie kosztów procesu oraz wydłuża czas użytkowania urządzeń.
P r z y k ł a d:
Do komory pieca próżniowego o wymiarach 400x400x600 mm, wprowadzono elementy (korpusy wtryskiwaczy) ze stali EN 18CrNi8 o łącznej o masie 117 kg i powierzchni 8,77 m2. Po nagrzaniu ich w próżni do temperatury 930°C i wytrzymaniu w czasie 45 minut, wprowadzono do komory pieca gazowy nośnik węgla zawierający acetylen w czasie 4 minut z stałym przepływem gazu wynoszącym 39 dm3/min utrzymując ciśnienie w zakresie 0,1 kPa do 0,5 kPa (faza nasycania). Po wykonaniu pierwszej fazy nasycania nastąpiło odpompowanie komory do ciśnienia 0,01 kPa przy zachowaniu stałej temperatury 930°C w zadanym czasie (faza dyfuzji). W dalszej kolejności napuszczono gaz węglonośny do komory w czasie 4 minut z przepływem 25 dm3/min utrzymując ciśnienie w zakresie 0,1 kPa do 0,5 kPa (faza nasycania). Następnie wykonano kolejną fazę dyfuzji w ciśnieniu 0,01 kPa przy zachowaniu stałej temperatury. W kolejnej fazie nasycania napuszczono gaz węglonośny w czasie 3 minut z stałym przepływem gazu wynoszącym 23 dm3/min utrzymując ciśnienie w zakresie 0,1 kPa do 0,5 kPa. Następnie wykonano kolejną fazę dyfuzji w ciśnieniu 0,01 kPa przy zachowaniu stałej temperatury. Po zakończeniu tej fazy przeprowadzono chłodzenie wsadu w strumieniu azotu pod ciśnieniem 1,3 MPa. W dalszej kolejności detale wymrożono w temperaturze -70°C po czym wykonano proces odpuszczania w temperaturze 180°C.
Proces według wynalazku składa się z powtarzających się par etapów nasycania (dozowania węgla) i dyfuzji (braku dozowania węgla), przy czym dozowanie węgla jest procesem cyklicznym, natomiast dyfuzja węgla od powierzchni w głąb materiału jest procesem ciągłym i samoistnym zachodzącym w obu fazach (w materiale).
W wyniku procesu, na przekroju głębokiego otworu o złożonym kształcie osiągnięto równomierną i poprawną warstwę nawęgloną o jednorodnej strukturze martenzytycznej i jednakowej grubości umownej warstwy wynoszącej 0,47±0,03 mm, wyznaczonej wg kryterium mikrotwardości granicznej wynoszącej 550 HV1. Powierzchnia wszystkich nawęglanych elementów wykazała metaliczny połysk, zaś w instalacji pieca nie stwierdzono śladów zanieczyszczeń węglopochodnych.
W przykładowym procesie w każdej fazie nasycania wprowadzano acetylen z takim przepływem, aby dostarczał węgiel w ilości 3,5-krotnie przekraczającej zapotrzebowanie wynikające z absorbcji węgla w nawęglanych częściach. W całym procesie nawęglania zużyto 325 dm3 acetylenu.
W procesie klasycznym ze stałym przepływem 45 dm3/min zużywano 495 dm3 acetylenu. Zastosowanie nowej metody skutkuje znacznym zmniejszeniem konsumpcji acetylenu (o 34,3%) bez pogorszenia wyników oraz poprawą czystości procesu.
Claims (4)
- PL 240 534 B1Zastrzeżenia patentowe1. Sposób nawęglania niskociśnieniowego (LPC), według którego nawęglany materiał, po wstępnym wygrzewaniu próżniowym w temperaturze 820°C - 1200°C, poddaje się dyfuzyjnemu nasycaniu węglem, polegający na cyklicznym dozowaniu gazowego nośnika węgla do komory próżniowej urządzenia w fazie nasycania, po której następuje faza dalszej dyfuzji węgla w głąb materiału, znamienny tym, że gazowy nośnik węgla wprowadza się w ilości proporcjonalnej do obliczeniowego średniego wewnętrznego strumienia dyfuzyjnego węgla, od powierzchni nawęglanego materiału w jego głąb, przy czym współczynnik proporcjonalności ilości węgla dostarczonego w fazie nasycania przez gazowy nośnik węgla do ilości węgla absorbowanego przez nawęglany materiał podczas dyfuzji węzłowej utrzymuje się w przedziale od 0,1 do 10,0.
- 2. Sposób według, zastrz. 1, znamienny tym, że gazowy nośnik węgla stanowi mieszanka acetylenu i etylenu lub ich mieszanka z wodorem i/lub azotem.
- 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że gazowy nośnik węgla wprowadza się z przepływem od 0,1 do 500 dm3/min, przy czym czas trwania fazy nasycania utrzymuje się w przedziale od 1 do 1000 s.
- 4. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że gazowy nośnik węgla wprowadza się do komory urządzenia będącej pod ciśnieniem absolutnym od 0,01 do 1,0 kPa.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
PL240534B1 true PL240534B1 (pl) | 2022-04-25 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109609891B (zh) | 一种bg801材料金相组织渗碳控制方法 | |
JP4876668B2 (ja) | 鋼部材の熱処理方法 | |
US7118634B2 (en) | Low-pressure cementation method | |
PL240534B1 (pl) | Sposób nawęglania niskociśnieniowego (LPC) | |
CN109423598B (zh) | 使由铁合金和由其他金属制成的工件低压渗碳(lpc)的方法 | |
KR101866754B1 (ko) | 저압 범위 내에서의 침탄방법 | |
US7550049B2 (en) | Method for under-pressure carburizing of steel workpieces | |
JP2001214255A (ja) | 金属表面のガス硬化処理方法 | |
PL204202B1 (pl) | Mieszanina węglowodorowa do nawęglania stali w podciśnieniu | |
CN111868292B (zh) | 真空渗碳处理方法以及渗碳部件的制造方法 | |
JP5005537B2 (ja) | 低圧熱化学的処理機械 | |
KR102337818B1 (ko) | 물품을 처리하기 위한 방법 및 장치 | |
KR101735628B1 (ko) | 에너지 절약형 가스침탄장치 | |
PL240533B1 (pl) | Sposób iniekcyjnego nawęglania podciśnieniowego (LPC) elementów wykonanych ze stopów żelaza i innych metali | |
JP5029541B2 (ja) | 浸炭処理方法および装置 | |
JP2003119558A (ja) | 鋼材部品の真空浸炭方法 | |
US1817345A (en) | Process for case carburizing and heat treating metals | |
BR102018017111B1 (pt) | Método de carburização em baixa pressão (lpc) de peças fabricadas de ligas de ferro | |
EP1966396A2 (en) | Method for oxygen free carburization in atmospheric pressure furnaces | |
JP2002356763A (ja) | ガス浸炭方法及びその装置 | |
Kula et al. | Information system support for vacuum furnaces and technology | |
SU1217925A1 (ru) | Способ газового азотировани стальных деталей | |
WO2018131993A1 (es) | Proceso de carburizado a baja presión | |
FR2999607A1 (fr) | Procede de traitement d'acier comprenant un pretraitement d'affinage du grain | |
Hart | LPC Pit Furnace vs. Traditional Pit Carburizing |