Przedmiotem wynalazku jest sposób azotonaweglania gazowego wyrobów ze stopów zelaza z wytworze¬ niem fazy e na ich powierzchni z zastosowaniem atmosfery gazowej, skladajacej sie z amoniaku, czesciowo rozlozonego i ewentualnie rozrzedzonego dodatkiem azotu, oraz 2-20% objetosciowych mieszaniny tlenku wegla i dwutlenku wegla w temperaturze 500-650°C.Faza e wytwarzania w procesie azotonaweglania na wyrobach ze stopów zelaza zwieksza ich wytrzymalosc na scieranie i odpornosc na korozje a równoczesnie odznacza sie stosunkowo wysoka ciagliwoscia.Znane sa sposoby gazowego azotonaweglania, w których wytwarzanie fazy e na powierzchniach wyrobów ze stopów zelaza nastepuje w wyniku podania tych wyrobów dzialaniu atmosfery o odpowiednim skladzie w komorze pieca o odpowiedniej temperaturze.Z niemieckiego opisu patentowego (pismo ogloszeniowe) nr 1521450 znane jest azotonaweglanie w atnio- sferze zawierajacej czesciowo rozlozony amoniak oraz weglowodór lub mieszanine weglowodorów.Przedmiotem wynalazku ujawnionego w niemieckim opisie patentowym (pismo ogloszeniowe) nr 2135763 jest sposób azotonaweglania prowadzony w atmosferze azotu z dodatkiem okreslonych ilosci tlenku wegla oraz atomowego tlenu.W sposobach prowadzonych w temperaturze 570°C w atmosferze zawierajacej weglowodory, istnieje znaczne niebezpieczenstwo wybuchu, gdyz temperatura obróbki lezy scisle ponizej temperatury zaplonu weglowodorów, co stanowi szczególna trudnosc w przypadku prowadzenia procesu w komorach pieców wyposa-' zonych w sluzy, a ponadto sposoby te nie daja mozliwosci regulacji zawartosci wegla w warstwie weglikowo-azot- kowej.Z niemieckiego opisu patentowego (pismo ogloszeniowe) nr 2228746 znany jest sposób azotonaweglania wyrobów z wysokoweglowych stopów zelaza, w którym obróbka jest prowadzona w temperaturze 550-750 C2 94422 w atmosferze czesciowo rozlozonego amoniaku z dodatkiem tlenu lub gazu, stanowiacego nosnik tlenu, takiego jak dwutlenek wegla. Warstwa weglikowo-azotkowa o strukturze fazy 6 powstaje w wyniku dyfuzji azotu do stopu zelaza z atmosfery oraz dyfuzji wegla z rdzenia stopu zelaza.Sposób ten ograniczony jest do stosowania jedynie w przypadku wysokoweglowych stopów zelaza. Poza tym dyfuzja wegla z rdzenia do fazy e jest utrudniona przez powolne rozpuszczanie sie weglików w temperaturze 570°C.Celem wynalazku jest opracowanie sposobu azotonaweglania gazowego wyrobów ze stopów zelaza z wytworzeniem fazy e na ich powierzchni, pozbawionego wad znanych sposobów a wiec umozliwiajacego regulacje zawartosci wegla w warstwie weglikowo-azotkowej oraz prowadzenie obróbki w atmosferze stanowiacej niewybuchowa mieszanine gazów.Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze podczas obróbki utrzymuje sie w komorze pieca atmosfere w której stosunek cisnien czastkowych amoniaku i wodoru jest taki, ze potencjal azotowania bedacy funkcja stosunku P|MH 3/^2 wynosi 0,5—5 a stosunek cisnien czastkowych tlenku wegla i dwutlenku wegla wynosi 1—10. Symbol Pnh3 oznacza cisnienie czastkowe amoniaku w komorze pieca, Ph2 oznacza cisnienie czastkowe wodoru w komorze pieca, Pqq oznacza cisnienie czastkowe tlenku wegla w komorze pieca, zas Pco2 oznacza cisnfenie czastkowe dwutlenku wegla w komorze pieca. Korzystnie obróbka prowadzi sie w temperaturze 570°C, w^atmosferze która stanowi mieszanina amoniaku i nieoczyszczonegogazu egzotermicznego o skladzie zapewnia¬ jacym zachowanie wyzej omówionych stosunków cisnien czastkowych amoniaku, wodoru, tlenku wegla i dwutlenku wegla, przy czym stosunek ilosciowy amoniaku do gazu egzotermicznego w tej mieszaninie zawarty jest w granicach 1 :03 :3.Nieoczyszczony gaz egzotermiczny powstaje w wyniku spalania podstechiometrycznej mieszaniny powie¬ trza i gazu opalowego, zawierajacego weglowodory, ochlodzenia uzyskanego gazu do temperatury pokojowej z równoczesnym oddzieleniem powstajacej podczas spalania wody. Przez odpowiedni dobór stosunku powietrza do gazu opalowego w mieszaninie stosowanej do wytwarzania nieoczyszczonego gazu egzotermicznego uzyskuje sie gaz egzotermiczny, w którym suma skladników palnych nie przekracza 5% objetosciowych, dzieki czemu nie zostaje przekroczona granica wybuchowosci mieszaniny stanowiacej atmosfere pieca w sposobie wedlug wynalaz¬ ku. Typowy sklad gazu egzotermicznego w procentach objetosciowych jest nastepujacy: 2% wodoru, 2% tlenku wegla, 2% wody, 10% dwutlenku wegla. Reszte stanowi azot.Sposób wedlug wynalazku nadaje sie do wykorzystania w piecach, których komory ogrzewane sa paliwem gazowym. Jako gaz egzotermiczny wykorzystuje sie wówczas gaz wytwarzany w wyniku ogrzewania komory pieca. Gaz ten oczyszcza sie z wody tworzacej sie podczas spalania na drodze przepuszczania go przez chlodnice. Sklad wytwarzanego gazu egzotermicznego ustala sie poprzez regulacje stosunku gaz opalowy — po¬ wietrze mieszaniny stosowanej do ogrzewania komory pieca.Korzystnie sposób wedlug wynalazku prowadzi sie wobec subtelnie rozdrobnionego katalizatora, który stanowi zelazo, ewentualnie równomiernie osadzone na nosniku o strukturze porowatej. Katalizator ulatwia redukcje dwutlenku wegla do tlenku wegla za pomoca wodoru powstajacego w wyniku rozkladu amoniaku dzieki czemu mozliwe jest utrzymanie pozadanego stosunku cisnien czastkowych tlenku wegla i dwutlenku wegla. Stwierdzono przy tym, ze katalizator nie powoduje niepozadanego dodatkowego rozkladu amoniaku.Korzystne efekty osiaga sie stosujac katalizator zawierajacy zelazo w postaci utlenionej, przy czym nieoczekiwanie stwierdzono, ze obecnosc katalizatora zelaznego nie powoduje powstania zgorzeliny na poddawa¬ nych obróbce wyrobach podczas ich chlodzenia.Ilosc stosowanego katalizatora zawierajacego zelazo w postaci utlenionej dobiera sie tak, aby podczas obróbki jego aktywnosc malala do zera, przy czym przed ponownym uzyciem zdezaktywowany katalizator poddaje sie regeneracji przez dzialanie na niego powietrzem.Zawartosc wegla w wytwarzanej na powierzchni wyrobów poddawanych obróbce warstwy weglikowo-azot¬ kowej o strukturze e reguluje sie poprzez kontrolowanie zawartosci wodoru w gazie stanowiacym atmosfere komory pieca. Zawartosc wegla wzrasta przy tym proporcjonalnie do zawartosci wodoru w gazie stanowiacym atmosfere pieca.Sposób wedlug wynalazku korzystnie realizuje sie w piecach okresowych komorowych pozbawionych sluz.Po zaladowaniu poddawanych obróbce wyrobów do komory pieca, komore nagrzewa sie do temperatury azotowania usuwajac z niej równoczesnie powietrze na drodze przedmuchiwania gazem egzotermicznym, a po osiagnieciu pozadanej temperatury, atmosfere pieca wzbogaca sie przez wprowadzenie amoniaku, którego doplyw zamyka sie na poczatku okresu chlodzenia, nastepujacego bezposrednio po okresie wlasciwej obróbki, po czym ochlodzone wyroby wyjmuje sie z komory pieca.Ten wariant realizacji sposobu wedlug wynalazku jest szczególnie prosty, poniewaz wykorzystuje sie w nim zarówno do plukania jak i do reakcji tani, niewybuchowy gaz egzotermiczny, który jako taki oddzialywuje na94 422 3 zelazo lagodnie utleniajac lecz nieoczekiwanie zapobiega powstawaniu zgorzeliny na poddawanych obróbce wyrobach podczas ich ochladzania.Sposób wedlug wynalazku korzystnie realizuje sie równiez w taktowych piecach okresowych strefowych ze sluzami. W komorze pieca przeznaczonej do wlasciwej obróbki utrzymuje sie stale atmosfere, zawierajaca gaz egzotermiczny oraz amoniak, zas do stref sluzowych doprowadza sie gaz egzotermiczny w ilosci dostatecznej do calkowitego wyparcia powietrza ze sluzy w okresie trwania jednego taktu.Ten wariant realizacji sposobu wedlug wynalazku zapewnia korzystne warunki pracy, poniewaz przy otwieraniu zewnetrznych klap prowadzacych do stref sluzowych do atmosfery ulatuje jedynie niewybuchowy gaz egzotermiczny nie wychodzi natomiast gaz azotujacy, zawierajacy amoniak i wodór. Gaz azotujacy odprowadza sie jedynie z krócca wylotu spalin pieca i sluz. Poza tym przy zmianie wsadu powietrze nie dostaje sie do komory przeznaczonej do wlasciwej obróbki oraz wyeliminowana jest grozba powstawania mieszaniny wybuchowej powietrze-wodór przy wyjmowaniu wyrobów z pieca po obróbce.Korzystnie równiez gaz egzotermiczny i amoniak wprowadza sie do komory pieca poprzez rury wspólsrod- kowe. Przy wspólsrodkowym ukladzie przewodów doprowadzajacych przy ich wlocie do komory nastepuje dokladne wymieszanie obu gazów bez wytworzenia zwiazków mogacych spowodowac zaczopowanie przewo¬ dów.Wynalazek blizej wyjasniono w przykladzie wykonania w dwóch róznych piecach pokazanych na rysunku na którym: fig. 1 przedstawia piec komorowy w przekroju osiowym w widoku z boku, a fig. 2 — piec przelotowy strefowy do pracy ciaglej, ze sluzami w przekroju wzdluznym w widoku z boku.Jak pokazano na rysunku piec 1 (fig. 1) ma komore 2 zamykana i dostepna przez nie pokazane na rysunku drzwi, do której siegaja grzewcze rury promieniujace 3, z których pokazano dwie, do których doprowadza sie przez dwa przewody 4, 5 powietrze i gaz opalowy. Mieszanina gazu opalowego z powietrzem wychodzi kazdorazowo z dyszy palnika 6 i spala sie, przy czym spaliny sa zbierane i odprowadzane przez przewód rurowy 7.W komorze spalania 2 umieszczony jest otoczony mufla 8 ruszt 9 przepuszczalny dla gazów, na którym znajduje sie wsad 10, skladajacy sie z czesci ze stopów zelaza. Poza tym w komorze spalania 2 znajduje sie napedzane silnikiem kolo 11 dmuchawy nawiewnej, które wywoluje nawiew gazów w sposób pokazany strzalkami na fig. 1. Przez odpowiednie uksztaJtowanie komory pieca 2, mufli 8 oraz kanalów 12 prowadzacych gaz, znajdujacych sie w komorze pieca 2 osiaga sie to, ze nawiewany od dolu gaz przechodzi przez ruszt 9 i wskutek tego omywa dokladnie ze wszystkich stron wsad 10. Przed przejsciem przez ruszt 9 gaz atmosfery pieca przeplywa jeszcze przez warstwe katalizatora 13 umieszczona jako element dna, która stanowi przyklado¬ wo subtelnie rozdrobnione zelazo równomiernie osadzone na nosniku o porowatej strukturze.Doplyw mieszaniny powietrze-gaz opalowy poprzez przewody 4, 5 do grzewczych rur promieniujacych 3 jest w ten sposób uregulowany, ze jako gaz spalinowy z grzewczych rur promieniujacych 3 wychodzi przez przewód 7 gaz egzotermiczny, skladajacy sie z okolo 2% H2, 2% CO, 2% H20, 10% C02 i reszta N2. Ten gaz egzotermiczny jest przeprowadzony przez przez chlodnice 14, przy czym oddzielona wode doprowadza sie przez oddzielacz wody 15. Gaz egzotermiczny jest teraz wprowadzony za pomoca pompy 16 do komory spalania 2 i jest odprowadzany przez przewód spalinowy 17. Przez 18 oznaczono przyrzad do analizy gazu polaczony z przewodem spalinowym 17, który sluzy do nadzorowania skladu gazów spalinowych.Po nalozeniu wsadu 10 do komory pieca 2 wypierane jest powietrze znajdujace sie w komorze pieca 2 za pomoca gazu egzotermicznego tloczonego pompa 16, podczas gdy równoczesnie nagrzewa sie atmosfere komory pieca do okolo 570°C, to znaczy do temperatury azotowania. Nadwyzke gazu egzotermicznego wydmuchuje sie przy tym na zewnatrz przez przewód 19.Po osiagnieciu temperatury azotowania wprowadza sie przez przewód 20 dodatkowo NH3 do komory pieca 2, dopóki nie zostanie osiagniety zadny potencjal azotowania, bedacy funkcja P|\iH3/P|-l2 1/5 zawierajacy sie w granicach 0,5 do 5, podczas, gdy stosunek cisnienia czastkowego Pco^C02 w komorze 2 pieca utrzymuje sie w granicach 1 do 10.Przy koncu czasu wlasciwej obróbki zamyka sie doplyw NH3 przez przewód 20, po czym w odpowiedniej chwili wyjmuje sie ochlodzone czesci z komory 2 pieca.Gdy przedstawiony na fig. 1 piec jest zaopatrzony w sluze dostosowana do komory 2 spalania, wówczas oplukuje sie ja gazem egzotermicznym, przez co w komorze spalania utrzymuje sie stale atmosfere azotujaca o podobnym potencjale azotowania i wymienionym stosunku cisnien czastkowych tlenku wegla i dwutlenku wegla.W miejsce opisanego sposobu lub dodatkowo do sposobu wprowadzania gazu egzotermicznego do komory 2 mozna przewidziec mozliwosc wprowadzania do komory 2 mieszaniny dwutlenku wegla i azotu, na przyklad z butli. Jest to potrzebne szczególnie wtedy, gdy ogrzewanie komory 2 nastepuje inna metoda, na przyklad4 94 422 elektrycznie, wskutek czego nie ma do dyspozycji zadnego gazu egzotermicznego, jako gazu spalinowego z grzewczych rur promieniujacych 3.W przelotowym piecu strefowym do pracy ciaglej, przedstawionym na rysunku (fig. 2) odpowiednie czesci sa oznaczone tymi samymi cyframi co dla pieca komorowego wedlug fig. 1.Komora 2 pieca, w której na odpowiednio dostosowanym transporterze, na przyklad przepuszczalnym dla gazu trzonie samotokowym 22, znajduje sie wsad 10, jest zamknieta z obu stron zasuwami 23, 24. Komora 2 pieca zawiera 11 dmuchawe nawiewna, która wytwarza przeplyw gazu zgodnie ze strzalkami, co zapewnia to, ze wsad 10 jest dokladnie omywany gazem tworzacym atmosfere pieca. I tu równiez, podobnie jak w piecu (fig. 1) pod wsadem 10 moze byc umieszczona warstwa katalizatora z utlenionego zelaza, przez która bedzie przeplywal gaz nawiewny, co nie zostalo ze wzgledu na lepsza przejrzystosc pokazane na rysunku (fig. 1).Z kazdej strony komory 2 pieca umieszczone sa sluzy 25, 26, które zamkniete sa od strony zewnetrznej drzwiami 27, 28.Zaladowanie zgodnie z taktem komory 2 pieca nowym wsadem odbywa sie z urzadzenia zaladowczego 29 pokazanego schematycznie, przy czym przy otwartych drzwiach 27 zasuwa 23 prowadzaca do komory 2 pieca jest zamknieta, co jest zapewnione przez odpowiednia blokade obu drzwi. Wsad 10 znajdujacy sie w komorze 2 pieca przemieszcza sie po zakonczeniu obróbki i otwarciu zasuwy 24 do sluzy 26, po czym po zamknieciu zasuwy 24 i otwarciu zasuwy 23 wprowadza sie do komory pieca wsad 10 znajdujacy sie w sluzie 25. W sluzie 26 znajduje sie stanowisko kapieli hartujacej oznaczone cyfra 30. Wsad zaleznie od wyboru, podlega hartowaniu lub tez jest chlodzony w sluzie gazem. Zahartowany tub ochlodzony wsad 10 przenosi sie nastepnie po otwarciu drzwi 28 na pokazane schematycznie urzadzenie odprowadzajace oznaczone cyfra 31.Podczas gdy na rysunku przedstawiono jedynie schmetycznie jeden wsad 10, mozna sobie oczywiscie wyobrazic w ten sposób wieksza komore pieca, w której znajduje sie wieksza liczba miejsc na wsad.Piec przedstawiony na rysunku (fig. 2) prowadzi sie nastepujaco.Po otwarciu drzwi 27, 28 zaladowuje sie nowym wsadem 10 tak zwana sluze wlotowa 25, podczas gdy tak zwana sluza chlodzaca 26 podlega oprózniar iu. Komora 2 pieca jest przy tym zamknieta zasuwami 23, 24. Po zamknieciu drzwi 27, 28 sluzy nastepuje wypieranie z nich powietrza gazem egzotermicznym, który doprowadza sie ze zródla gazu nie pokazanego na rysunku przez przewody 32, 33. W tym celu sluzy 25, 26 sa dolaczone do przewodów wylotowych 34, 35, które ze swej strony wpadaja do zbiorczego przewodu spalin 17. Przez przewody 32, 33 doprowadza sie stale gaz egzotermiczny do sluz 25, 26, wskutek czego ma miejsce stale przepuszczanie gazu przez sluzy.Po zakonczeniu obróbki wsadu 10 znajoujacego sie w komorze 2 pieca otwiera sie zasuwy 23, 24 i zaladowuje na nowo komore 2 pieca w sposób wyzej opisany, po czym zamyka sie znowu zasuwy 23, 24.W komorze pieca 2 utrzymuje sie stale atmosfere pieca zapewniajaca sredni potencjal azotowania bedacy funkcja stosunku Pnh3/Ph2 1#5 zawarty w granicach 0,5—5 przy stosunku cisnien czastkowych Pco/Pco2 równym 1—10. W tym celu doprowadza sie do komory 2 pieca stale przez przewód 36 gaz egzotermiczny o odpowiednim skladzie i odpowiedniej ilosci, podczas gdy doplyw NH3 odbywa sie równiez stale przez przewód 37. Przewody 36, 37 znajdujace sie w poblizu komory 2 pieca i sa od punktów 36a i 37a prowadzone wspólosiowo w stosunku do siebie tak, ze NH3 i gaz egzotermiczny mieszaja sie razem dopiero w chwili wlotu do komory 2 pieca. Komora 2 pieca jest poza tym przez przewód 38 polaczona ze zbiorczym przewodem spalin 17, wskutek tego ustalaja sie stale warunki cisnienia. W komorze 2 pieca utrzymywana jest stale temperatura korzystnie okolo 570°C.Ogrzewanie komory pieca nie jest pokazane szczególowo na rysunku (fig. 2).Moze byc przeprowadzone w dowolny sposób albo za pomoca grzewczych rur promieniujacych lub za pomoca elektrycznych elementów grzewczych. Przy stosowaniu grzewczych rur promieniujacych mozna podobnie jak przy poprzednio opisanym piecu (fig. 1) wytwarzac gaz egzotermiczny za pomoca odpowiedniego nastawienia skladu gaz opalowy-powietrze.Charakterystyka wytwarzanych sposobem wedlug wynalazku warstw weglikowo-azotkowych o strukturze e jest przedstawiona w nizej podanych przykladach.Przyklad I. Próbki z zelaza (o grubosci 60 /Lim) o zawartosci 0,1% C utrzymywano w atmosferze skladajacej sie z 40% NH3f 35% H2, 5% H20, 5% CO, 2% C02 i 13% N2 /PNh3/Ph2 1,5 = 1,9, PCo/pco2 - - 2,5/ przy cisnieniu 1,05 atmosfery przez 2 godziny, w temperaturze 570°C.W wyniku obróbki na próbkach powstala równomierna i scisla warstwa weglikowo-azotkowa o strukturze € o grubosci 14/im. Srednia zawartosc wegla w próbkach z zelaza wzrosla do 0,7%. Poniewaz wegiel rozpuszcza sie tylko w warstwie fazy e, natomiast nie w rdzeniu próbek utworzonym z zelaza a, zawartosc wegla w warstwie fazy e jest znacznie wyzsza.Przyklad 11. Do komory taktowego pieca okresowego strefowego (fig. 2) wprowadzono w temperatu¬ rze 570° mieszanine amoniaku i gazu egzotermicznego, w której stosunek skladników wynosil 1:1, podczas gdy94 422 5 do sluz nadmuchiwano jedynie gaz egzotermiczny. Gaz egzotermiczny mial nastepujacy sklad w% objetoscio¬ wych : 2% CO, 2% H2 0, 10% C02 i reszta N2.Wsad skladal sie z czesci ze stali niestopowej « 0,1% C).W komorze pieca, w której atmosfera gazowa znajdujaca sie ponad wsadem byla przetwarzana przez katalizator zelazny, byla wytworzona nastepujaca atmosfera: 25% NH3, 23% H2# 3,5% CO, 3,5% C02, 1,5% C02, 43,5% N2, (PNH3/pH2 1,5 = 2,3, PCO/Pco2 = 2,3).Po 2 godzinach obróbki powstala na powierzchni elementów wsadu równomierna i szczelna warstwa weglikowo-azotkowa o strukturze e o grubosci 18 jum. Zawartosc wegla w próbach zelaza zawartych we wsadzie, których grubosc wynosila 60 jum, podniosla sie srednio z 0,1% do 0,4%.Obydwa przyklady wskazuja wyraznie, ze sposób wedlug wynalazku umozliwia przeprowadzenie równo¬ czesnego azotowania i naweglania z wytworzeniem fazy e bez dodawania do atmosfery azotujacej weglowodorów lub wybuchowych gazów. PL