RU2428488C1 - Procedure for thermo-treated metal items non-oxidation heating in air medium in muffle and device for its implementation - Google Patents

Procedure for thermo-treated metal items non-oxidation heating in air medium in muffle and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2428488C1
RU2428488C1 RU2010102644/02A RU2010102644A RU2428488C1 RU 2428488 C1 RU2428488 C1 RU 2428488C1 RU 2010102644/02 A RU2010102644/02 A RU 2010102644/02A RU 2010102644 A RU2010102644 A RU 2010102644A RU 2428488 C1 RU2428488 C1 RU 2428488C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
muffle
metal
heating
potential
products
Prior art date
Application number
RU2010102644/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Васильевич Пилягин (RU)
Михаил Васильевич Пилягин
Виталий Васильевич Янилкин (RU)
Виталий Васильевич Янилкин
Original Assignee
Михаил Васильевич Пилягин
Виталий Васильевич Янилкин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Михаил Васильевич Пилягин, Виталий Васильевич Янилкин filed Critical Михаил Васильевич Пилягин
Priority to RU2010102644/02A priority Critical patent/RU2428488C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2428488C1 publication Critical patent/RU2428488C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Muffle Furnaces And Rotary Kilns (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: procedure consists in thermo-treated metal items non-oxidation heating in air medium in muffle with gap relative to wall of muffle determined by formula:
Figure 00000003
where δ is value of gap, B is diametre of circle, area of which is equal to area of cross section of thermo-treated item, and K is biggest internal diametre of muffle, (mm). Further, the procedure consists in placement of the muffle into a heating surface and in items heating above 670°C. Also, the items are set into a preliminary heated muffle where upon an end of the muffle connected with air medium is left open or closed. The muffle is made of material with less potential, than potential of item metal, which form galvanic pair at heating in air medium. The device consists of the heating furnace and the muffle made of material with potential less, than potential of treated metal. The end of the muffle connected with environment is open or is made with a door. According to one version of the group of inventions the muffle can be made of metal with an external layer of oxide or of oxides - quartz or porcelain, or ceramics, or metal ceramics with a substrate of material of potential less, than potential of metal of a thermo-treated item.
EFFECT: thermal treatment of metal without oxidation with reduction of oxides without application of protective mediums and coating.
5 cl, 4 dwg, 5 tbl

Description

Изобретение относится к области термообработки и может быть использовано для безокислительного нагрева металлических изделий с восстановлением окислов при термообработке, нагреве под пластическую деформацию черных и цветных металлов и сплавов. Известны и широко применяются способы защиты от окисления изделий при термообработке с применением восстановительных и инертных сред, вакуума и покрытий. Так, способ термообработки металлических деталей включает нагрев, выдержку и охлаждение деталей в герметизированном муфеле печи, который вакуумирован и заполнен защитной атмосферой (заявка на изобретение 99126303 С21D 1/74, F28B 5/04, F27d 1/18. Способ термической обработки деталей из металлов, сталей и сплавов). При этом муфель герметизируют затвором с засыпкой соответствующих активаторов. Воздействие таких факторов, как герметичность муфеля, вакуумирование, применение защитных восстановительных сред и активаторов повышает защиту от окисления при темообработке. Однако благодаря множеству технологических операций способ сложен в исполнении и дорогостоящий.The invention relates to the field of heat treatment and can be used for non-oxidative heating of metal products with the reduction of oxides during heat treatment, heating under plastic deformation of ferrous and non-ferrous metals and alloys. Known and widely used methods of protection against oxidation of products during heat treatment using reducing and inert media, vacuum and coatings. Thus, the method of heat treatment of metal parts includes heating, holding and cooling the parts in a sealed furnace muffle, which is evacuated and filled with a protective atmosphere (application for invention 99126303 C21D 1/74, F28B 5/04, F27d 1/18. Method of heat treatment of metal parts , steels and alloys). In this case, the muffle is sealed with a shutter filled with the corresponding activators. The impact of factors such as the tightness of the muffle, evacuation, the use of protective reducing media and activators increases the protection against oxidation during heat treatment. However, due to the many technological operations, the method is complicated in execution and expensive.

Известен способ термообработки изделий, позволяющий исключить окисление поверхности медной ленты и разрушить оксидную пленку (патент 2352646, C21D, F27B. Способ отжига изделий в защитной среде и печь для его осуществления). Способ включает укладку изделий в герметичный контейнер, откачку из него воздуха, заполнение его защитным газом, нагрев изделий в печи, охлаждение изделий вместе с контейнером. После укладки изделий в контейнер дополнительно вводят восстановитель. Способ также сложен в исполнении и дорогостоящий из-за необходимости обеспечения герметичности контейнера, его вакуумирования, заполнения защитным газом и применением восстановителя.A known method of heat treatment of products, which allows to exclude oxidation of the surface of the copper tape and destroy the oxide film (patent 2352646, C21D, F27B. The method of annealing of products in a protective environment and an oven for its implementation). The method includes laying products in a sealed container, pumping air out of it, filling it with protective gas, heating the products in an oven, cooling the products together with the container. After laying the products in a container, a reducing agent is additionally introduced. The method is also complicated and expensive because of the need to ensure the tightness of the container, its evacuation, filling with protective gas and the use of a reducing agent.

Для реализации данного способа известна печь, содержащая герметичный контейнер, где предусмотрена откачка атмосферного воздуха и заполнение его защитным газом. Возле боковой поверхности контейнера выполнен карман для размещения в нем восстановителя. Данное устройство сложное в изготовлении и дорогостоящее из-за герметичности контейнера, откачки из него воздуха, заполнения защитным газом и введения восстановителя. Наиболее близким по техническому решению и достигаемому результату является «Способ нагрева изделий, а.с. 619529, кл. C21D 9/00, F27D 5/00», который взят нами за прототип. Для обеспечения безокислительного нагрева и восстановления окислов изделия располагают с зазором относительно муфеля, который определяют из формулы:

Figure 00000001
где δ - величина зазора, В - диаметр круга, площадь которого равна площади поперечного сечения изделий, К - наибольший внутренний диаметр муфеля (мм), при котором возможен безокислительный нагрев изделий с любыми размерами, который устанавливается опытным путем. Величина К зависит от материала муфеля и нагреваемого металла изделия, температуры и формы муфеля. Так, при 900°С в муфелях круглого сечения, когда муфели выполнены из углеродистой стали и Х18Н10Т, при нагреве материалов из углеродистой стали и меди К=16-19, тогда как при нагреве меди в медном муфеле К=8. Способ прост в исполнении и нашел применение при нормализации мелких изделий. Данный способ не позволяет обоснованно подбирать материал муфеля и обрабатываемого изделия, так как в одних случаях изделие окисляется, в других нет, что сдерживает применение. То же самое связано со скоростью охлаждения нагретого изделия в муфеле. В одних случаях изделие получается окисленным, в других нет.To implement this method, a furnace is known that contains a sealed container, where it is provided to pump out atmospheric air and fill it with protective gas. A pocket is made near the side surface of the container to place a reducing agent in it. This device is difficult to manufacture and expensive due to the tightness of the container, pumping air out of it, filling it with protective gas and introducing a reducing agent. The closest in technical solution and the achieved result is the "Method of heating products, and.with. 619529, class C21D 9/00, F27D 5/00 ”, which we took as a prototype. To ensure non-oxidative heating and reduction of oxides, the products are positioned with a gap relative to the muffle, which is determined from the formula:
Figure 00000001
where δ is the size of the gap, B is the diameter of the circle, the area of which is equal to the cross-sectional area of the products, K is the largest inner diameter of the muffle (mm), at which non-oxidative heating of products with any sizes is possible, which is established experimentally. The value of K depends on the material of the muffle and the heated metal of the product, the temperature and shape of the muffle. So, at 900 ° C in round muffles, when the muffles are made of carbon steel and X18H10T, when heating materials from carbon steel and copper, K = 16-19, while when heating copper in a copper muffle, K = 8. The method is simple to implement and has found application in the normalization of small products. This method does not allow to reasonably select the material of the muffle and the workpiece, since in some cases the product is oxidized, in others there is not, which inhibits the use. The same is connected with the cooling rate of the heated product in the muffle. In some cases, the product is oxidized, in others not.

Для предлагаемого устройства наиболее близким по техническому решению и достигаемому результату является устройство, используемое в «Способе нагрева изделий, а.с. 619529», которое также взято нами за прототип. Оно содержит нагревательную печь и трубчатый муфель с открытым торцом в воздушной среде. Изделия для термообработки располагают внутри муфеля в зоне нагрева с определенным зазором относительно стенки муфеля. Данное устройство просто в изготовлении и эксплуатации, но имеет существенный недостаток. Одни изделия при нагреве не окисляются, а другие окисляются, что не позволяет более широко и обоснованно использовать данное устройство. Решаемая техническая задача - расширение технологических возможностей безокислительного нагрева термообрабатываемых металлических изделий в воздушной среде в муфеле - а именно обоснованным применением материалов муфелей и нагреваемых термообрабатываемых металлических изделий.For the proposed device, the closest in technical solution and the achieved result is the device used in the "Method of heating products, and.with. 619529 ”, which is also taken by us as a prototype. It contains a heating furnace and an open end tubular muffle in air. Products for heat treatment are placed inside the muffle in the heating zone with a certain clearance relative to the wall of the muffle. This device is easy to manufacture and operate, but has a significant drawback. When heated, some products are not oxidized, while others are oxidized, which does not allow more widely and reasonably use this device. The technical task to be solved is the expansion of the technological capabilities of non-oxidative heating of heat-treatable metal products in air in a muffle - namely, the sound use of muffle materials and heated heat-treatable metal products.

Решаемая техническая задача в способе безокислительного нагрева термообрабатываемых металлических изделий в воздушной среде в муфеле, включающим размещение изделий в муфеле с зазором относительно стенки муфеля, определяемым по формуле

Figure 00000002
где δ - величина зазора, В - диаметр круга, площадь которого равна площади поперечного сечения металла, К - внутренний диаметр муфеля, (мм), помещение муфеля в нагревательную печь и нагрев изделий выше 670°С достигается тем, что изделия размещают в предварительно нагретый муфель, после размещения изделий торец муфеля, связанный с воздушной средой, оставляют открытым или закрывают, при этом муфель выполняют из материала, имеющего меньший потенциал, чем потенциал металла изделия, которые при нагреве в воздушной среде образуют гальваническую пару. При этом муфель выполняют металлическим с оксидным наружным слоем или муфель выполняют из оксидов - кварца, или фарфора, или керамики, или металлокерамики, с подложкой из материала, имеющего меньший потенциал, чем потенциал металла изделия.The technical problem to be solved is a method for non-oxidative heating of heat-treatable metal products in air in a muffle, including placing products in a muffle with a gap relative to the wall of the muffle, determined by the formula
Figure 00000002
where δ is the size of the gap, B is the diameter of the circle, the area of which is equal to the cross-sectional area of the metal, K is the inner diameter of the muffle, (mm), the placement of the muffle in a heating furnace and heating of products above 670 ° C is achieved by placing the products in a preheated muffle, after placing the products, the end of the muffle associated with the air is left open or closed, while the muffle is made of a material having a lower potential than the potential of the metal of the product, which when heated in air creates galvanic vapor at. In this case, the muffle is made of metal with an oxide outer layer or the muffle is made of oxides - quartz, or porcelain, or ceramics, or cermets, with a substrate of a material having a lower potential than the potential of the metal of the product.

Решаемая техническая задача в устройстве безокислительного нагрева термообрабатываемых металлических изделий в воздушной среде в муфеле, содержащее нагревательную печь, размещенный в ней муфель в котором изделия размещены с зазором относительно стенки муфеля, определяемым по формуле

Figure 00000002
где - δ величина зазора, В - диаметр круга, площадь которого равна площади поперечного сечения изделия, К - наибольший внутренний диаметр муфеля, (мм), достигается тем, что муфель выполнен из материала, имеющего меньший потенциал, чем потенциал металла изделия, которые при нагреве в воздушной среде образуют гальваническую пару, при этом торец муфеля, связанный с воздушной средой, выполнен открытым или с дверцей. Муфель выполнен металлическим с наружным слоем из оксида или муфель выполнен из оксидов - кварца, или фарфора, или керамики, или металлокерамики и с подложкой из материала, имеющего меньший потенциал, чем потенциал металла изделия, являющегося элементом муфеля.The technical problem to be solved in a device for non-oxidative heating of heat-treatable metal products in air in a muffle, comprising a heating furnace, a muffle placed in it in which the products are placed with a gap relative to the muffle wall, determined by the formula
Figure 00000002
where - δ is the gap, B is the diameter of the circle, the area of which is equal to the cross-sectional area of the product, K is the largest internal diameter of the muffle, (mm), is achieved by the fact that the muffle is made of a material having a lower potential than the potential of the metal of the product, which at heating in air form a galvanic pair, while the end of the muffle associated with the air is open or with a door. The muffle is made of metal with an outer layer of oxide or the muffle is made of oxides - quartz, or porcelain, or ceramics, or cermets, and with a substrate of material having a lower potential than the potential of the metal of the product, which is an element of the muffle.

На фиг.1 показано устройство для реализации предлагаемого способа; на фиг.2, 3 - варианты реализации способа; на фиг.4 - устройство для безокислительного нагрева металлических изделий с кварцевым муфелем. Устройство, изображенное на фиг.1, 4, содержит нагревательную печь 1 и размещенный в ней металлический муфель с оксидным наружным слоем, где 2 - металлическая основа муфеля, 3 - оксидный наружный слой муфеля. Торец муфеля, связанный с внешней средой, снабжен дверцей 4 для закрытия. Муфель выполнен из материала, имеющего меньший потенциал, чем термообрабатываемое металлическое изделие 5. В муфеле 6, выполненном из оксидов - кварца, или фарфора, или керамики, или металлокерамики, под его внешней поверхностью расположена подложка 7, материал которой имеет меньший потенциал, чем потенциал металла изделия.Figure 1 shows a device for implementing the proposed method; figure 2, 3 - options for implementing the method; figure 4 - a device for non-oxidative heating of metal products with a quartz muffle. The device shown in figures 1, 4, contains a heating furnace 1 and placed in it a metal muffle with an oxide outer layer, where 2 is the metal base of the muffle, 3 is the oxide outer layer of the muffle. The end of the muffle associated with the external environment is provided with a door 4 for closing. The muffle is made of a material having a lower potential than the heat-treating metal product 5. In the muffle 6, made of oxides - quartz, or porcelain, or ceramic, or cermets, a substrate 7 is located under its outer surface, the material of which has a lower potential than the potential metal products.

Рассмотрим осуществление способа с использованием предлагаемого устройства. Для осуществления способа по формуле определяют величину максимально допустимого зазора и располагают изделие в муфеле так, чтобы зазор между изделием и муфелем не превышал полученную величины. Некоторые значения К для определения δ приведены выше. Муфель, состоящий из металлической основы 2 и оксидного наружного слоя 3, который получают предварительной термообработкой муфеля при температуре 900°С или целиком из оксидов: кварца, фарфора, керамики или металлокерамики (фиг.4). Муфель нагревают до требуемой температуры и затем загружают изделие 5. Это позволяет снизить окисление металла пока он выйдет на безокислительный и восстановительный процессы при температуре выше 670°С. Изделие выдерживают требуемое время термообработки и муфель с изделием вынимают из печи 1.Consider the implementation of the method using the proposed device. To implement the method, the maximum allowable gap is determined by the formula and the product is placed in the muffle so that the gap between the product and the muffle does not exceed the obtained value. Some values of K for determining δ are given above. The muffle, consisting of a metal base 2 and an oxide outer layer 3, which is obtained by preliminary heat treatment of the muffle at a temperature of 900 ° C or entirely from oxides: quartz, porcelain, ceramic or cermet (figure 4). The muffle is heated to the required temperature and then the product is loaded 5. This allows to reduce the oxidation of the metal until it enters the oxidative and reduction processes at a temperature above 670 ° C. The product can withstand the required heat treatment time and the muffle with the product is removed from the furnace 1.

При быстром охлаждении мелких металлических изделий вне печи в муфеле они получаются светлыми. При медленном охлаждении массивных образцов они окисляются при охлаждении. Можно охлаждать их в жидкой среде (вода, масло и др.).With the rapid cooling of small metal products outside the furnace in the muffle, they turn out to be light. Upon slow cooling of bulk samples, they oxidize upon cooling. You can cool them in a liquid medium (water, oil, etc.).

Способ безокислительного нагрева металлов с восстановлением окислов реализуется следующим образом. Материал металлического муфеля с оксидным внешним слоем должен иметь потенциал меньше, чем металл изделия. В качестве меры потенциала может быть использована работа выхода электронов. При безокислительном нагреве металлических изделий в муфелях из кварца, фарфора, керамики и металлокерамики внешняя их поверхность в процессе нагрева контактирует с подложкой 7, материал которой имеет также меньшую работу выхода электронов, чем обрабатываемый металл изделия. В таблицах 1, 2, 3 приведены результаты экспериментальных исследований, определяющие закономерность окислительно-восстановительных процессов от материалов муфеля и обрабатываемого металла изделия в предлагаемом способе.The method of non-oxidative heating of metals with the reduction of oxides is implemented as follows. The material of the metal muffle with an oxide outer layer should have a potential less than the metal of the product. As a measure of the potential, the electron work function can be used. During non-oxidative heating of metal products in muffles made of quartz, porcelain, ceramics and cermets, their outer surface in contact with the substrate 7 during heating process, the material of which also has a lower electron work function than the processed metal of the product. Tables 1, 2, 3 show the results of experimental studies that determine the pattern of redox processes from the materials of the muffle and the processed metal of the product in the proposed method.

Таблица 1.Table 1. Материал муфеляMuffle material Работа выхода электронов материала образцов, эВ.The electron work function of the sample material, eV. железоiron титан 4,14-4,5titanium 4.14-4.5 никель 4,91-5,01nickel 4.91-5.01 медь 4,36copper 4.36 железо 4,4-4,71iron 4.4-4.71 FeOFeO TiO2, 96-3,1TiO 2 , 96-3.1 NiO 5.55NiO 5.55 CuO 4,35-5,34CuO 4.35-5.34 FeO 3,85FeO 3.85 состояние поверхности образцов после термообработкиsurface state of samples after heat treatment окисленнаяoxidized светлаяbright светлаяbright светлаяbright

Таблица 2.Table 2. Материал муфеляMuffle material Материал образцовSample Material Состояние поверхностиSurface condition медьcopper железоiron светлаяbright титанtitanium окисленнаяoxidized никельnickel медьcopper окисленнаяoxidized титанtitanium окисленнаяoxidized

Таблица 3.Table 3. Материал муфеляMuffle material Материал подложкиBacking material Состояние поверхности материала образцов после термообработки*The surface state of the sample material after heat treatment * железоiron титанtitanium железоiron никельnickel МедьCopper кварцquartz окисленнаяoxidized светлаяbright светлаяbright светлаяbright фарфорchina окисленнаяoxidized светлаяbright светлаяbright * Эксперименты проведены в муфелях диаметром 10 мм с временем нагрева 15 мин при 900°С образцов с размерами 20×7×1 мм.* The experiments were carried out in muffles with a diameter of 10 mm with a heating time of 15 min at 900 ° C for samples with sizes 20 × 7 × 1 mm.

Из таблицы 1 видно, что металлический муфель с оксидным внешним слоем имеет меньшую работу выхода электронов, чем никель, медь, и образцы получаются светлыми, неокисленными. Титан, проходя нагрев в муфеле, образует окисел TiO (до 15 окислов), имеющий работу выхода электронов 2,96-3,1 эВ, что значительно ниже работы выхода электронов FeO - 3,85 эВ, поэтому он окисляется. В муфелях из никеля и меди титан также имеет меньшую работу выхода электронов, чем никель и медь, и образцы получаются окисленными (табл.2). Электроны устремляются из металла с меньшей работой выхода электронов (Р.В.Э.) в металл с большей величиной Р.В.Э.From table 1 it can be seen that a metal muffle with an oxide outer layer has a lower electron work function than nickel, copper, and the samples are light, non-oxidized. When titanium undergoes heating in the muffle, it forms TiO oxide (up to 15 oxides) with an electron work function of 2.96-3.1 eV, which is significantly lower than the electron work function of FeO - 3.85 eV, therefore it is oxidized. In nickel and copper muffles, titanium also has a lower electron work function than nickel and copper, and the samples are oxidized (Table 2). Electrons rush from a metal with a lower electron work function (RVE) into a metal with a higher RVE value.

Металл с меньшей Р.В.Э. заряжается положительно, а с большей Р.В.Э. заряжается отрицательно. Так, при нагреве железного муфеля до 900°С разность потенциалов между наружной и внутренней стенками в зоне нагрева составляет 4×10-5 В. Железный муфель внутри также получается светлым, неокисленным. Это происходит тогда, когда муфель изготовлен из того же материала, что и образец, и по его длине реализуется градиент потенциала вследствие различия в температуре, или когда муфель контактирует с элементами печи из более активного металла.Metal with lesser R.V.E. positively charged, and with greater R.V.E. Charges negatively. So, when heating an iron muffle to 900 ° C, the potential difference between the outer and inner walls in the heating zone is 4 × 10 -5 V. The iron muffle inside also turns out to be light, non-oxidized. This happens when the muffle is made of the same material as the sample, and a potential gradient is realized along its length due to differences in temperature, or when the muffle contacts the elements of the furnace from a more active metal.

При нагреве металлов в кварцевых и фарфоровых муфелях при высоких температурах термообработки последние переходят в класс полупроводников и проводников, что и обеспечивает взаимодействие с материалом (подложкой), имеющим меньшую работу выхода электронов (табл.3).When metals are heated in quartz and porcelain muffles at high temperatures, the heat treatments go into the class of semiconductors and conductors, which ensures interaction with a material (substrate) having a lower electron work function (Table 3).

Железный материал подложки с оксидами имеет Р.В.Э. 3,85 эВ, т.е. меньше, чем у никеля, меди и железа, что и обеспечивает безокислительный нагрев последних с восстановлением окислов. Как и в прототипе, образцы при нагреве окисляются, а затем при температуре выше 670°С восстанавливаются.The iron substrate material with oxides is R.V.E. 3.85 eV, i.e. less than that of nickel, copper and iron, which ensures oxidation-free heating of the latter with the reduction of oxides. As in the prototype, the samples are oxidized when heated, and then restored at temperatures above 670 ° C.

Титан же окисляется в кварцевом и фарфоровом муфелях. Аналогичные результаты получены для муфелей из керамики и металлокерамики.Titanium is oxidized in quartz and porcelain muffles. Similar results were obtained for muffles made of ceramics and cermets.

На примере ст.20 исследовано состояние поверхности образца после нагрева в стальном муфеле. Спектральным анализом установлено, что при нагреве образцов до температур восстановления окислов 830°С и 950°С содержание кислорода, водорода и азота одинаково с их содержанием в исходных образцах (табл.4). При нагреве также не меняется содержание углерода (20%). При нагреве при 550°С поверхностный слой содержит значительное количество оксидов железа, а при 700°С оксиды методом рентгенофазового анализа вообще не наблюдаются (табл.5).Using the example of st.20, the state of the surface of the sample after heating in a steel muffle is studied. Spectral analysis found that when the samples were heated to reduction temperatures of oxides of 830 ° C and 950 ° C, the content of oxygen, hydrogen, and nitrogen was the same as their content in the initial samples (Table 4). When heated, the carbon content also does not change (20%). When heated at 550 ° C, the surface layer contains a significant amount of iron oxides, and at 700 ° C no oxides are observed by X-ray phase analysis (Table 5).

В предлагаемом способе между муфелем и нагреваемым металлом изделия, различающихся по значениям работ выхода электронов, при нагреве создается градиент потенциала, т.е. образуется гальванический элемент в воздушной среде, что обеспечивает безокислительный нагрев металлов.In the proposed method, between the muffle and the metal being heated, which differ in the electron work function, a potential gradient is created during heating, i.e. a galvanic cell is formed in the air, which provides non-oxidative heating of metals.

Гальванический элемент образуется как при контакте, так и при малых расстояниях между ними. При наличии контакта между муфелем и нагреваемым металлом изделия гальванический элемент работает более эффективно. Процесс восстановления начинается при более низких температурах.A galvanic cell is formed both at contact and at small distances between them. If there is contact between the muffle and the product metal being heated, the galvanic cell works more efficiently. The recovery process begins at lower temperatures.

Таблица 4.Table 4. Содержание газов (в %) в образцах ст.20 в исходном состоянии и после нагрева в муфеле и в обычных условияхThe gas content (in%) in the samples of st.20 in the initial state and after heating in the muffle and under ordinary conditions Режим термообработкиHeat treatment mode В поверхностном слоеIn the surface layer На глубине 0.01 ммAt a depth of 0.01 mm О2 About 2 N2 N 2 Н2 H 2 О2 About 2 N2 N 2 Н2 H 2 Исходный материалRaw material 0.0100.010 0.0100.010 2.0·10-4 2.0 · 10 -4 0.0060.006 0.0100.010 2.0·10-4 2.0 · 10 -4 830°С, муфель830 ° C, muffle 30 мин30 minutes 0.0080.008 0.0140.014 1.0·10-4 1.0 · 10 -4 0.0040.004 0.0100.010 1.3·10-4 1.3 · 10 -4 120 мин120 min 0.0080.008 0.0100.010 1.0·10-4 1.0 · 10 -4 0.0060.006 0.0120.012 2.0·10-4 2.0 · 10 -4 950°С, муфель950 ° C, muffle 30 мин30 minutes 0.0080.008 0.0100.010 1.0·10-4 1.0 · 10 -4 0.0060.006 0.0100.010 1.8·10-4 1.8 · 10 -4 120 мин120 min 0.0050.005 0.0120.012 1.4·10-4 1.4 · 10 -4 0.0060.006 0.0120.012 1.6·10-4 1.6 · 10 -4 950°С, обычные условия950 ° C, normal conditions 30 мин30 minutes очень многоlots of нетno 1.9·10-4 1.910 -4 многоа a lot a 0.011а 0.011 a 2.0·10-4а 2.0 · 10 -4a а после снятия окалины and after descaling

Таблица 5.Table 5. Фазовый состав поверхностного слоя исходного образца ст.20 и после термообработки в стальном муфелеPhase composition of the surface layer of the initial sample st.20 and after heat treatment in a steel muffle Температура, °СTemperature ° C Фазовый составPhase composition исходное состояниеthe initial state α-Feα-Fe 900900 α-Feα-Fe 700700 α-Feα-Fe 600600 α-Fe, незначительное количество Fе2О3, FeOα-Fe, a small amount of Fe 2 O 3 , FeO 550550 α-Fe, значительное количество Fе2О3, Fе2О3, FeOα-Fe, a significant amount of Fe 2 O 3 , Fe 2 O 3 , FeO

В процессе термообработки при температурах восстановления уменьшается число дефектов на поверхности и образуются очень тонкие, но достаточно плотные малодефектные оксидные пленки, затрудняющие процесс дальнейшего окисления металлов. Способ может быть реализован в муфеле, где торец, связанный с воздушной средой, может быть как открытым, так и закрытым.During heat treatment at reduction temperatures, the number of defects on the surface decreases and very thin, but sufficiently dense, low-defective oxide films are formed that impede the process of further oxidation of metals. The method can be implemented in a muffle, where the end associated with the air can be either open or closed.

Предлагаемый способ безокислительного нагрева металлов с восстановлением окислов в воздушной среде в муфеле и устройство расширяют технологические возможности обоснованного его применения без защитных сред, вакуума и покрытий. Способ прост в реализации и не требует дорогостоящего оборудования и может быть использован при термической обработке металлических изделий, сварке, нагреве под деформацию, получении металлов из окислов, металлургических и других процессах.The proposed method of non-oxidative heating of metals with the reduction of oxides in air in a muffle and the device expand the technological capabilities of its substantiated use without protective environments, vacuum and coatings. The method is simple to implement and does not require expensive equipment and can be used for heat treatment of metal products, welding, heating under deformation, obtaining metals from oxides, metallurgical and other processes.

Claims (5)

1. Способ безокислительного нагрева термообрабатываемых металлических изделий в воздушной среде в муфеле, включающий размещение изделий в муфеле с зазором относительно стенки муфеля, определяемым по формуле:
Figure 00000003
где δ - величина зазора, В - диаметр круга, площадь которого равна площади поперечного сечения термообрабатываемого изделия, К - наибольший внутренний диаметр муфеля, (мм), помещение муфеля в нагревательную печь и нагрев изделий выше 670°С, отличающийся тем, что изделия размещают в предварительно нагретый муфель, после размещения изделий торец муфеля, связанный с воздушной средой, оставляют открытым или закрывают, при этом муфель выполняют из материала, имеющего меньший потенциал, чем потенциал металла изделия, которые при нагреве в воздушной среде образуют гальваническую пару.
1. The method of non-oxidative heating of heat-treatable metal products in air in a muffle, comprising placing the products in a muffle with a gap relative to the wall of the muffle, determined by the formula:
Figure 00000003
where δ is the size of the gap, B is the diameter of the circle, the area of which is equal to the cross-sectional area of the heat-treated product, K is the largest internal diameter of the muffle, (mm), placing the muffle in a heating furnace and heating the products above 670 ° C, characterized in that the products are placed in a preheated muffle, after placing the products, the end of the muffle associated with the air is left open or closed, while the muffle is made of a material having a lower potential than the potential of the metal of the product, which when heated in air medium to form a galvanic couple.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что муфель выполняют металлическим с оксидным наружным слоем.2. The method according to claim 1, characterized in that the muffle is made of metal with an oxide outer layer. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что муфель выполняют из оксидов - кварца или фарфора, или керамики, или металлокерамики с подложкой из материала, имеющего меньший потенциал, чем потенциал металла термообрабатываемого изделия.3. The method according to claim 1, characterized in that the muffle is made of oxides - quartz or porcelain, or ceramics, or cermets with a substrate of a material having a lower potential than the metal potential of a heat-treated product. 4. Устройство для безокислительного нагрева термообрабатываемых металлических изделий в воздушной среде в муфеле, содержащее нагревательную печь, размещенный в ней муфель, в котором изделия размещены с зазором относительно стенки муфеля, определяемым по формуле:
Figure 00000003
где δ - величина зазора, В - диаметр круга, площадь которого равна площади поперечного сечения изделия, К - наибольший внутренний диаметр муфеля, (мм), отличающееся тем, что муфель выполнен из материала, имеющего меньший потенциал, чем потенциал металла изделия, которые при нагреве в воздушной среде образуют гальваническую пару, при этом торец муфеля, связанный с воздушной средой, выполнен открытым или с дверцей.
4. A device for non-oxidative heating of heat-treatable metal products in air in a muffle, comprising a heating furnace, a muffle located in it, in which the products are placed with a gap relative to the muffle wall, determined by the formula:
Figure 00000003
where δ is the size of the gap, B is the diameter of the circle, the area of which is equal to the cross-sectional area of the product, K is the largest internal diameter of the muffle, (mm), characterized in that the muffle is made of a material having a lower potential than the potential of the metal of the product, which when heating in air form a galvanic pair, while the end of the muffle associated with the air is open or with a door.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что муфель выполнен металлическим с наружным слоем из оксида или муфель выполнен из оксидов - кварца или фарфора, или керамики, или металлокерамики с подложкой из материала, имеющего меньший потенциал, чем потенциал металла термообрабатываемого изделия. 5. The device according to claim 4, characterized in that the muffle is made of metal with an outer layer of oxide or the muffle is made of oxides of quartz or porcelain, or ceramic, or cermets with a substrate of a material having a lower potential than the metal potential of a heat-treated product.
RU2010102644/02A 2010-01-26 2010-01-26 Procedure for thermo-treated metal items non-oxidation heating in air medium in muffle and device for its implementation RU2428488C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010102644/02A RU2428488C1 (en) 2010-01-26 2010-01-26 Procedure for thermo-treated metal items non-oxidation heating in air medium in muffle and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010102644/02A RU2428488C1 (en) 2010-01-26 2010-01-26 Procedure for thermo-treated metal items non-oxidation heating in air medium in muffle and device for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2428488C1 true RU2428488C1 (en) 2011-09-10

Family

ID=44757613

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010102644/02A RU2428488C1 (en) 2010-01-26 2010-01-26 Procedure for thermo-treated metal items non-oxidation heating in air medium in muffle and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2428488C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU174244U1 (en) * 2017-02-21 2017-10-09 Михаил Васильевич Пилягин DEVICE FOR THERMAL PROCESSING OF METAL PRODUCTS IN THE AIR IN A Muffle

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU174244U1 (en) * 2017-02-21 2017-10-09 Михаил Васильевич Пилягин DEVICE FOR THERMAL PROCESSING OF METAL PRODUCTS IN THE AIR IN A Muffle

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6753085B2 (en) Heat-resistant coated member
EP0158271B1 (en) Process for ion nitriding aluminum or aluminum alloys
KR101624351B1 (en) Continuous heat treatment furnace
WO2014035490A2 (en) System for insulating an induction vacuum furnace and method of making same
JPH08285462A (en) Thermally treating device for metallic work under vacuum
KR20060089184A (en) Apparatus for measuring carbon concentration in atmoshere having reduced pressure
RU2428488C1 (en) Procedure for thermo-treated metal items non-oxidation heating in air medium in muffle and device for its implementation
JPH01319665A (en) Ion nitriding method for aluminum material
US3374126A (en) Bright annealing of tubular metal articles
JPH0141684B2 (en)
Kent et al. A novel method for the production of aluminium nitride
Ahmadi et al. Comparison of auxiliary cathode and conventional plasma nitriding of gamma-TiAl alloy
JP6053777B2 (en) Method for cooling metal parts that have undergone nitriding / carbonitriding in a molten salt bath, unit for carrying out the method, and processed metal parts
CN112928021B (en) Pretreatment method of heat treatment furnace, heat treatment furnace and preparation method of wafer
KR20110109392A (en) Continuous horiontal type ion nitriding apparatus
JPH02200758A (en) Method for annealing extra thin titanium alloy coil
JP2004190056A (en) Heat-resistant coated member
JP2555868B2 (en) Vacuum heat treatment method
JP2003183724A (en) Heat treatment furnace
JP2003042664A (en) Vacuum heating furnace
JP2003185344A (en) Heat-treating furnace
RU2354713C1 (en) Protective method of details made of steel and alloys at high-temperature processing
JPS5531183A (en) Sintering method of hard metal
JP2005002384A (en) Sintering method of cemented carbide
Fradette et al. Vacuum Heat Treating Processes

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190127