RU60939U1

RU60939U1 - INSTALLATION FOR CHEMICAL AND THERMAL PROCESSING OF PRODUCTS

Info

Publication number: RU60939U1
Application number: RU2006139910/22U
Authority: RU
Inventors: Александр Александрович Веселовский; Игорь Михайлович Ячиков; Александр Прокопьевич Морозов; Александр Николаевич Завалищин
Original assignee: Александр Александрович Веселовский
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2006-11-10
Publication date: 2007-02-10

Abstract

Полезная модель относится к области металлургии, в частности к устройствам для химико-термической или диффузионной обработки металлических поверхностей, а именно к установкам или печам с вращающейся ретортой. Полезная модель позволяет повысить качество диффузионных покрытий за счет увеличения эффективности и равномерности диффузионного насыщения, стабилизации температурного режима и улучшения качества поверхности изделий со снижением ее пористости и шероховатости. Установка содержит камеру нагрева с цилиндрическим муфелем, электронагревателем, датчиком температуры и механизмом поворота в вертикальной плоскости. Внутри муфеля установлена реторта, снабженная сменными передней и задней крышками и выполненная с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси. Передняя крышка соединена с приводом через вал, а задняя крышка выполнена из диэлектрического материала и снабжена глуходонной гильзой, ориентированной по оси реторты с зазором по отношению к передней крышке. Вал зафиксирован передними катками, а глуходонная гильза - задними катками, электроизолированными от камеры нагрева. Установка дополнительно снабжена вибратором, контактирующим с передними катками, и источником электропитания, подключенным к передним и задним каткам. В глуходонной гильзе установлены датчики температуры, стационарно закрепленные на камере нагрева. 1 ил.The utility model relates to the field of metallurgy, in particular to devices for chemical-thermal or diffusion treatment of metal surfaces, namely, installations or furnaces with a rotating retort. The utility model allows to improve the quality of diffusion coatings by increasing the efficiency and uniformity of diffusion saturation, stabilizing the temperature regime and improving the surface quality of products with a decrease in its porosity and roughness. The installation comprises a heating chamber with a cylindrical muffle, an electric heater, a temperature sensor and a rotation mechanism in a vertical plane. A retort is installed inside the muffle, equipped with interchangeable front and rear covers and rotatable around a horizontal axis. The front cover is connected to the drive through the shaft, and the rear cover is made of dielectric material and is equipped with a deaf sleeve, oriented along the retort axis with a gap with respect to the front cover. The shaft is fixed by the front rollers, and the deep-groove sleeve by the rear rollers, electrically isolated from the heating chamber. The installation is additionally equipped with a vibrator in contact with the front rollers, and a power source connected to the front and rear rollers. Temperature sensors are installed in the deep-sea liner, which are fixedly mounted on the heating chamber. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области металлургии, в частности к устройствам для химико-термической или диффузионной обработки металлических поверхностей, а именно к установкам или печам с вращающейся ретортой и нанесением диффузионных покрытий из активных порошкообразных смесей на детали со сквозными отверстиями.The utility model relates to the field of metallurgy, in particular to devices for chemical-thermal or diffusion treatment of metal surfaces, namely, plants or furnaces with a rotating retort and the application of diffusion coatings from active powder mixtures to parts with through holes.

Известна установка для химико-термической обработки, содержащая теплоизоляционную камеру с расположенным в ней электронагревателем, охватывающем муфельную реторту (см. а.с. СССР №739322, МПК С 23 С 10/34, F 27 B 5/16, опубл. 05.06.1980).A known installation for chemical-thermal treatment, comprising a heat-insulating chamber with an electric heater located in it, covering a muffle retort (see AS USSR No. 739322, IPC С 23 С 10/34, F 27 B 5/16, publ. 05.06. 1980).

Известная установка для химико-термической обработки с неподвижной ретортой не обеспечивает высокого качества диффузионных покрытий, так как термодиффузионное упрочнение в ней приводит к неравномерному насыщению поверхности упрочняемых образцов, вследствие отсутствия перемешивания шихты, ее незначительной газопроницаемости и комкования под действием высоких температур. Процессы формирования покрытий в стационарных ретортах протекают неравномерно из-за нарушения микрораспределения компонентов шихты в процессе обработки (см. Райцес В.Б. Технология химико-термической обработки на машиностроительных заводах. - М.: Машиностроение, 1965. - С.125). Кроме того, образование шпинелей в рабочей смеси, а также достаточно высокая коксуемость и спекание шихты в процессе диффузионного насыщения приводят к затруднениям по извлечению деталей из реторты и к получению их некачественного покрытия.The known installation for chemical-thermal treatment with a fixed retort does not provide high quality diffusion coatings, since the thermal diffusion hardening in it leads to uneven saturation of the surface of the hardened samples, due to the lack of mixing of the charge, its slight gas permeability and clumping under high temperatures. The processes of coating formation in stationary retorts are uneven due to the violation of the microdistribution of the components of the charge during processing (see Raitses VB Technology of chemical-thermal processing at machine-building plants. - M .: Mashinostroenie, 1965. - P.125). In addition, the formation of spinels in the working mixture, as well as a sufficiently high coking ability and sintering of the mixture during diffusion saturation, lead to difficulties in removing parts from the retort and in obtaining poor-quality coatings.

Известна установка для диффузионного хромирования стальных изделий, содержащая поворотную печь с электронагревателем, механизмом поворота и датчиком A known installation for diffusion chromium plating of steel products, containing a rotary kiln with an electric heater, a rotation mechanism and a sensor

температуры, а также цилиндрическую реторту, размещенную внутри печи, и снабженную передней и задней крышками, и приводом вращения на передней крышке (см. а.с. СССР №605858, МПК С 23 С 10/34, опубл. 11.09.1972).temperature, as well as a cylindrical retort located inside the furnace, and equipped with front and rear covers, and a rotation drive on the front cover (see AS USSR No. 605858, IPC С 23 С 10/34, publ. 11.09.1972).

Известная установка с электрической печью и вращающейся ретортой не обеспечивает высокого качества термодиффузионной обработки деталей сложной формы и имеющих сквозные отверстия. При этом затруднено равномерное упрочнение как наружных, так и внутренних поверхностей деталей, что снижает равномерность толщины и фазового состава диффузионных слоев. Поэтому известная установка применяется только для мелких деталей простой формы (см. Химико-термическая обработка металлов и сплавов: Справочник / Под ред. Л.С.Ляховича. - М.: Металлургия, 1981. - С.341). Кроме того, в известной установке при вращении реторты происходит частичная сегрегация компонентов активной шихты по плотности и фракционному составу, что снижает качество износостойкого покрытия за счет уменьшения площади реакционной поверхности.The known installation with an electric furnace and a rotating retort does not provide high quality thermal diffusion processing of parts of complex shape and having through holes. In this case, uniform hardening of both the external and internal surfaces of the parts is difficult, which reduces the uniformity of the thickness and phase composition of the diffusion layers. Therefore, the known installation is used only for small parts of a simple form (see Chemical-thermal treatment of metals and alloys: Handbook / Ed. By L.S. Lyakhovich. - M.: Metallurgy, 1981. - P.341). In addition, in the known installation during rotation of the retort, partial segregation of the components of the active mixture in terms of density and fractional composition occurs, which reduces the quality of the wear-resistant coating by reducing the area of the reaction surface.

Известна установка для диффузионного хромирования изделий, содержащая трубчатую электропечь с датчиком температуры, с механизмом наклона и с расположенной внутри цилиндрической ретортой, снабженной с торцов съемными крышками и приводом вращения (см. а.с. СССР №920077, МПК С 23 С 10/34, опубл. 07.05.1975).A known installation for diffusion chromium plating of products containing a tubular electric furnace with a temperature sensor, with a tilt mechanism and with a cylindrical retort located inside, equipped with removable covers and a rotation drive from the ends (see AS USSR No. 920077, IPC С 23 С 10/34 publ. 05/07/1975).

В известной установке с вращающейся ретортой затруднительно получение одинаковой температуры по всей длине реторты, а, следовательно, и равномерной глубины диффузионных слоев и их высокого качества. Причем неравномерность легирования и возникновение локального коробления вследствие перегрева изделий особенно заметно проявляются для тонких кольцевых деталей. Поэтому недостатком известной установки является относительно низкое качество химико-термической обработки при диффузионной металлизации деталей вследствие малой скорости диффузии активных металлов и неудовлетворительной толщины диффузионного слоя (до 0,15-0,2 мм). При этом процесс диффузионного насыщения поверхности деталей в известной установке имеет значительную продолжительность (6-12 часов) и, соответственно, In the known installation with a rotating retort, it is difficult to obtain the same temperature along the entire length of the retort, and, consequently, the uniform depth of the diffusion layers and their high quality. Moreover, the unevenness of alloying and the occurrence of local warpage due to overheating of products are especially noticeable for thin ring parts. Therefore, the disadvantage of the known installation is the relatively low quality of chemical-heat treatment during diffusion metallization of parts due to the low diffusion rate of active metals and the unsatisfactory thickness of the diffusion layer (up to 0.15-0.2 mm). Moreover, the process of diffusion saturation of the surface of parts in a known installation has a significant duration (6-12 hours) and, accordingly,

низкую производительность, что приводит к нежелательным структурным изменениям в сердцевине деталей и снижает качество готовых изделий. Кроме того, при осуществлении легирования поверхности деталей в известной установке диффузионным насыщением из многокомпонентных смесей происходит увеличение времени обработки и снижается качество поверхности из-за абразивного износа изделий при вращении в реторте (см. Земсков Г.В. Многокомпонентное диффузионное насыщение металлов и сплавов. - М.: Металлургия, 1978. - С.250).low productivity, which leads to undesirable structural changes in the core of parts and reduces the quality of the finished product. In addition, when alloying the surface of parts in a known installation with diffusion saturation from multicomponent mixtures, an increase in processing time occurs and surface quality decreases due to abrasive wear of products during rotation in a retort (see Zemskov G.V. Multicomponent diffusion saturation of metals and alloys .-- M.: Metallurgy, 1978. - S.250).

Наиболее близким к заявляемой полезной модели является установка для химико-термической обработки изделий, которая содержит камеру нагрева с цилиндрическим муфелем, электронагревателем, датчиком температуры и механизмом поворота в вертикальной плоскости, а также установленную внутри муфеля реторту. При этом реторта снабжена сменными передней и задней крышками и выполнена с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, причем передняя крышка соединена с приводом через вал, а задняя крышка и вал зафиксированы соответственно задними и передними катками, закрепленными на камере нагрева (см. а.с. СССР №1724726, МПК С 23 С 10/34, опубл. 07.04.1992).Closest to the claimed utility model is a unit for chemical-thermal treatment of products, which contains a heating chamber with a cylindrical muffle, an electric heater, a temperature sensor and a rotation mechanism in the vertical plane, as well as a retort installed inside the muffle. In this case, the retort is equipped with removable front and rear covers and is rotatable around a horizontal axis, the front cover being connected to the drive through the shaft, and the rear cover and shaft are fixed respectively by the rear and front rollers mounted on the heating chamber (see.with. USSR No. 1724726, IPC С 23 С 10/34, publ. 07.04.1992).

В известной установке при химико-термической обработке изделий качество покрытий, связанное со строением и фазовым составом диффузионных слоев, лимитируется особенностями процессов, протекающих на границе раздела системы насыщающая среда-металл при внешнем подводе тепловой энергии к вращающейся реторте. При этом тепловая энергия передается от муфеля печи к деталям, являющимся наиболее холодной частью системы, через стенку реторты и шихтовую смесь, с возникновением значительного температурного градиента (в пределах 40-50°С). Причем температура смеси (особенно в период нагрева печи) во времени значительно опережает температуру насыщаемого металла. Образование хлоридов (железа и алюминия) в смеси происходит при температурах 700-800°С, при которых диффузионная восприимчивость металла относительно мала, что создает избыток активных элементов на поверхности насыщаемых изделий. Затем с повышением температуры эти хлориды восстанавливаются, при этом создаются условия, при которых скорости подвода активных элементов к поверхности деталей намного превосходят скорости In a well-known installation during chemical-thermal treatment of products, the quality of coatings associated with the structure and phase composition of diffusion layers is limited by the features of the processes occurring at the interface of the saturating medium-metal system with an external supply of thermal energy to the rotating retort. In this case, thermal energy is transferred from the furnace muffle to the parts, which are the coldest part of the system, through the retort wall and the charge mixture, with the occurrence of a significant temperature gradient (within 40-50 ° C). Moreover, the temperature of the mixture (especially during the heating of the furnace) in time significantly exceeds the temperature of the saturated metal. The formation of chlorides (iron and aluminum) in the mixture occurs at temperatures of 700-800 ° C, at which the diffusion susceptibility of the metal is relatively small, which creates an excess of active elements on the surface of saturated products. Then, with increasing temperature, these chlorides are restored, and conditions are created under which the speeds of the supply of active elements to the surface of the parts are much higher than the speeds

их диффузии. Подобные условия приводят к ассоциации атомов активных элементов с образованием неактивных молекулярных соединений (например, Fe·Al), что тормозит процесс диффузии и снижает качество покрытий. В частности, при обработке в камере нагрева известной установки чугунных деталей на металле наблюдается диффузионный слой с внешней хрупкой зоной, имеющей поверхностные трещины, низкие термостойкость (10-20 термосмен до разрушения) и деформационную способность, причем полное разрушение слоя происходит при деформации образца на 1,5-4% (см. Электрохимикотермическая обработка металлов и сплавов / И.Н.Кидин и др. - М.: Металлургия, 1978. - С.100). Кроме того, в известной установке интенсивность процесса обработки определяется скоростью роста диффузионных слоев, лимитированной значениями 0,02-0,04 мм/ч (при температуре 950°С). Причем повышение температуры процесса приводит к спеканию рабочей смеси и наплавлению ее на детали с ухудшением качества поверхности. При обработке деталей сложной формы в известной установке не удается получать диффузионные слои с высокими служебными характеристиками, равномерными по поверхности и глубине изделий. Например, при алюмованадировании сталей и чугунов наблюдается (см. Рябов В.Р. Алитирование стали. - М.: Металлургия, 1973. - С.120) пониженная концентрация легирующих элементов в диффузионном слое (до 50%). При этом поверхность получается недостаточно чистой и ровной (средняя шероховатость поверхности, определяемая с помощью профилометра-профилографа, достигается не ниже 5-6 баллов) из-за спекания и приваривания компонентов рабочей смеси или абразивного износа при вращении реторты, а твердость слоя, определяемая по Виккерсу, не превышает значений 1200-1300.their diffusion. Such conditions lead to the association of atoms of active elements with the formation of inactive molecular compounds (for example, Fe · Al), which inhibits the diffusion process and reduces the quality of coatings. In particular, when a well-known installation of cast-iron parts on metal is processed in a heating chamber, a diffusion layer with an external brittle zone having surface cracks, low heat resistance (10–20 thermal shifts until failure) and deformation ability are observed, and the layer is completely destroyed when the sample is deformed by 1 , 5-4% (see Electrochemical treatment of metals and alloys / I.N. Kidin et al. - M.: Metallurgy, 1978. - P.100). In addition, in the known installation, the intensity of the processing process is determined by the growth rate of the diffusion layers, limited by the values of 0.02-0.04 mm / h (at a temperature of 950 ° C). Moreover, an increase in the temperature of the process leads to sintering of the working mixture and its fusion to the parts with a deterioration in surface quality. When processing parts of complex shape in a known installation, it is not possible to obtain diffusion layers with high service characteristics uniform across the surface and depth of the products. For example, during aluminovanadation of steels and cast irons, a reduced concentration of alloying elements in the diffusion layer (up to 50%) is observed (see Ryabov V.R. Steel Alification. - M.: Metallurgy, 1973. - P.120). Moreover, the surface is not clean enough and even (the average surface roughness, determined using a profilometer-profilograph, is achieved at least 5-6 points) due to sintering and welding of the components of the working mixture or abrasive wear during rotation of the retort, and the layer hardness, determined by Vickers, does not exceed the values of 1200-1300.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая установка для химико-термической обработки изделий, является повышение качества диффузионных покрытий.The task to which the claimed installation is directed for chemical-thermal treatment of products is to improve the quality of diffusion coatings.

Техническим результатом от использования предлагаемой установки для химико-термической обработки изделий является увеличение интенсивности диффузионных процессов, равномерности и толщины диффузионных слоев, стабилизация температурного режима при снижении пористости и шероховатости поверхности изделий The technical result from the use of the proposed installation for chemical-thermal processing of products is to increase the intensity of diffusion processes, uniformity and thickness of diffusion layers, stabilization of the temperature regime while reducing porosity and surface roughness of products

и улучшает качество поверхности изделий.and improves the surface quality of products.

Поставленная задача решается тем, что известная установка, которая содержит камеру нагрева с цилиндрическим муфелем, электронагревателем, датчиком температуры и механизмом поворота в вертикальной плоскости, установленную внутри муфеля реторту, снабженную сменными передней и задней крышками и выполненную с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, причем передняя крышка соединена с приводом через вал, а задняя крышка и вал зафиксированы соответственно задними и передними катками, закрепленными на камере нагрева, дополнительно снабжена вибратором, контактирующим с передними катками, источником электропитания, подключенным к передним и задним каткам, глуходонной гильзой, выполненной из диэлектрического материала, установленной в задней крышке по оси реторты с зазором по отношению к передней крышке и зафиксированная задними катками, электроизолированными от камеры нагрева. Дополнительно в глуходонной гильзе установлены датчики температуры, стационарно закрепленные на камере нагрева.The problem is solved in that the known installation, which contains a heating chamber with a cylindrical muffle, an electric heater, a temperature sensor and a rotation mechanism in the vertical plane, mounted inside the muffle retort, equipped with removable front and rear covers and made to rotate around a horizontal axis, the front the cover is connected to the drive through the shaft, and the rear cover and shaft are fixed respectively by the rear and front rollers mounted on the heating chamber, in addition equipped with a vibrator in contact with the front rollers, a power source connected to the front and rear rollers, a deaf sleeve made of dielectric material, mounted in the rear cover along the retort axis with a gap with respect to the front cover and fixed with rear rollers, electrically insulated from the heating chamber. Additionally, temperature sensors are permanently mounted on the heating chamber in the deep-sea liner.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где изображен поперечный разрез установки для химико-термической обработки изделий.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, which shows a cross section of the installation for chemical-thermal processing of products.

Установка для химико-термической обработки изделий, содержит камеру нагрева 1 с цилиндрическим муфелем 2, электронагревателем 3, датчиком температуры 4 и механизмом поворота 5. Внутри муфеля 2 установлена реторта 6, изготовленная из жароупорной хромоникелевой стали и снабженная сменными передней 7 и задней 8 крышками. В задней крышке 8, выполненной из диэлектрического материала (керамики), закреплена глуходонная гильза 9, расположенная по оси реторты 6 с зазором по отношению к передней крышке 7. При этом передняя крышка 7 соединена с валом 10, фиксируемым передними катками 11, а глуходонная гильза 9 снаружи задней крышки 8 фиксируется задними катками 12, установленными на задней торцевой стенке камеры нагрева 1 с помощью электроизолятора 13. Вал 10 реторты 6 соединен с приводом 14 (электродвигателем с редуктором), установленным на передней торцевой стенке камеры нагрева 1. В глуходонной гильзе 9 установлены дополнительные датчики температуры 15, стационарно закрепленные на задней торцевой стенке камеры Installation for chemical-thermal treatment of products, contains a heating chamber 1 with a cylindrical muffle 2, an electric heater 3, a temperature sensor 4 and a rotation mechanism 5. Inside the muffle 2 a retort 6 is installed, made of heat-resistant chromium-nickel steel and equipped with removable front 7 and rear 8 covers. In the rear cover 8, made of dielectric material (ceramic), a deaf sleeve 9 is mounted, located along the axis of the retort 6 with a gap with respect to the front cover 7. In this case, the front cover 7 is connected to the shaft 10 fixed by the front rollers 11, and the deaf sleeve 9 outside the back cover 8 is fixed by the rear rollers 12 mounted on the rear end wall of the heating chamber 1 using an electrical insulator 13. The shaft 10 of the retort 6 is connected to the drive 14 (electric motor with gearbox) mounted on the front end wall of the chamber on heating 1. In the deep-sea liner 9 additional temperature sensors 15 are installed, fixedly mounted on the rear end wall of the chamber

нагрева 1. Передние катки 11 (или их оси, которая на чертеже не обозначенные) сопряжены с вибратором 16 (механическим, магнитострикционным или пьезокерамическим), установленным на передней торцевой стенке камеры нагрева 1. Источник электропитания 17 (постоянного или переменного тока) подключен к передним 11 и задним 12 каткам. Дополнительно на чертеже условно показаны: 18 - детали садки (кольцевой формы), насаженные на глуходонную гильзу 9 и подвергаемые обработке; 19 - промежуточные вставки (из жароупорной стали), установленные между деталями 18 и по краям садки на глуходонной гильзе 9, для их закрепления и равномерной обработки.heating 1. The front rollers 11 (or their axes, which are not indicated in the drawing) are coupled to a vibrator 16 (mechanical, magnetostrictive, or piezoceramic) mounted on the front end wall of the heating chamber 1. An electrical power source 17 (direct or alternating current) is connected to the front 11 and rear 12 rollers. Additionally, the drawing conventionally shows: 18 - details of the cage (ring-shaped), mounted on a deep-groove sleeve 9 and subjected to processing; 19 - intermediate inserts (made of heat-resistant steel) installed between the parts 18 and along the edges of the cage on a deaf sleeve 9, for their fastening and uniform processing.

Установка для химико-термической обработки изделий работает следующим образом: камера нагрева 1 с цилиндрическим муфелем 2, электронагревателем 3 и датчиком температуры 4, с помощью механизма поворота 5 устанавливается в вертикальное положение (на чертеже показано пунктирными линиями) при расположении реторты 6 передней крышкой 7 вниз (при снятой задней крышке 8). На глуходонную гильзу 9 надеваются кольцевые детали 18 (например из серого чугуна) вплотную друг к другу или через промежуточные вставки 19, для закрепления деталей 18 и равномерного (или селективного) нанесения на них покрытий. Реторта 6 сверху заполняется рабочей смесью. Например, для алюмованадирования серого чугуна использовалась шихта состава, в %: 50 - феррованадия (марки ФВ60 с фракционным составом 20-40 мкм); 10 - порошок алюминия (фракции 1-2 мм); 35 - кварцевый песок и 5 - активатор (хлористый аммоний). Затем задней крышкой 8, с насаженными на глуходонную гильзу 9 деталями 18, сверху герметично закрывают реторту 6. Камера нагрева 1 с помощью механизма поворота 5 приводится в горизонтальное положение. Вал 10 фиксируется передними катками 11, а глуходонная гильза 9 - задними катками 12, изолированными от камеры нагрева 1 электроизоляторами 13. Вал 10 реторты 6 приводится во вращательное движение приводом 14 с частотой вращения 3-10 об/мин. Внешний нагрев реторты 6 осуществляется от муфеля 2 электронагревателем 3, запитываемым от регулируемого трансформатора (на чертеже не показан). Контроль температурного режима обработки производится датчиками температуры 4, установленными на муфеле 2 камеры нагрева 1 и дополнительными датчиками температуры 15, размещенными Installation for chemical-thermal processing of products works as follows: heating chamber 1 with a cylindrical muffle 2, an electric heater 3 and a temperature sensor 4, using the rotation mechanism 5 is installed in a vertical position (shown in dashed lines in the drawing) when the retort 6 is placed with the front cover 7 down (with the rear cover 8 removed). The annular parts 18 (for example, of gray cast iron) are put on the dementia sleeve 9 close to each other or through intermediate inserts 19, for fixing the parts 18 and uniformly (or selectively) coating them. Retort 6 from above is filled with a working mixture. For example, a mixture of composition was used for aluminovanadding of gray cast iron, in%: 50 - ferrovanadium (grade ФВ60 with a fractional composition of 20-40 microns); 10 - aluminum powder (fractions 1-2 mm); 35 - quartz sand and 5 - activator (ammonium chloride). Then, with the back cover 8, with the parts 18 mounted on the deep-sea liner 9, the retort 6 is hermetically sealed from above. The heating chamber 1 is brought into a horizontal position using the rotation mechanism 5. The shaft 10 is fixed by the front rollers 11, and the deep-groove sleeve 9 - by the rear rollers 12, isolated from the heating chamber 1 by electrical insulators 13. The shaft 10 of the retort 6 is rotationally driven by the drive 14 with a rotational speed of 3-10 rpm. External heating of the retort 6 is carried out from the muffle 2 by an electric heater 3, powered by an adjustable transformer (not shown in the drawing). Monitoring the temperature of the treatment is carried out by temperature sensors 4 mounted on the muffle 2 of the heating chamber 1 and additional temperature sensors 15, placed

в глуходонной гильзе 9 и стационарно закрепленными на камере нагрева 1. Такой контроль температуры обеспечивает равномерный нагрев по длине и сечению реторты 6 (до температуры 900-950°С), что гарантирует повышение качества обработки изделий. При внешнем нагреве реторты 6, вращающейся на передних 11 и задних 12 катках, происходит химико-термическая обработка деталей 18 с диссоциацией веществ активной среды, сопровождающейся распадом молекул на активные атомы, которые контактируют с поверхностью металла, адсорбируясь на ней, и диффундируют в его кристаллическую решетку. При наложении колебаний (низкочастотных или ультразвуковых) от вибратора 16 на реторту 6 через передние катки 11 или их оси (на чертеже не обозначены), в ней, дополнительно к перемешиванию при вращении, возникает виброкипящий слой. Например, виброожижение осуществляется с частотой вертикальной вибрации реторты 6 в диапазоне 15-25 Гц и с амплитудой 1-3 мм. Виброкипящий слой позволяет принудительно подводить активные среды к насыщаемой поверхности, увеличивать скорость насыщения и интенсифицировать диффузионное поверхностное легирование. При этом обеспечивается высокий уровень газопроницаемости шихты, равномерное ее распределение по реакционному объему. Это способствует образованию твердых растворов в диффузионном слое и повышает равномерность нанесения покрытия и толщину слоя (см. Баландин Ю.А. Диффузионное борирование инструментальных сталей в виброкипящем слое: Монография. - Магнитогорск: МГТУ, 2002. - С.94). После организации виброкипящего слоя в реторте 6, осуществляется подвод напряжения (величиной 20-100 В) от источника электропитания 17 на глуходонную гильзу 9 через задние катки 12, изолированные от камеры нагрева 1 электроизолятором 13, и на реторту 6 - через вал 10 и передние катки 11. При этом между электропроводной частью смеси (феррованадием и алюминием) и поверхностью деталей 18 проходит электрический ток (величиной 2-16 А), с возникновением импульсных искровых разрядов или микродуг, реализующих местный нагрев поверхности металла. В зоне микродуговых разрядов происходят испарение, и активация компонентов смеси, с интенсификацией внедрения атомов (или ионов) внутрь металла за счет электропереноса, и быстрый нагрев поверхностных слоев изделий. При микродуговом нагреве деталей 18 реализуется дополнительный внутренний источник тепла. Причем температура деталей 18 может быть выше, чем у рабочей смеси, in a deep-sea liner 9 and fixedly mounted on the heating chamber 1. This temperature control ensures uniform heating along the length and cross section of the retort 6 (to a temperature of 900-950 ° C), which guarantees an increase in the quality of processing of products. With external heating of the retort 6, which rotates on the front 11 and rear 12 rollers, chemical-thermal treatment of parts 18 occurs with the dissociation of substances of the active medium, accompanied by the decay of molecules into active atoms, which contact the metal surface, adsorb on it, and diffuse into its crystalline lattice. When applying vibrations (low-frequency or ultrasonic) from the vibrator 16 to the retort 6 through the front rollers 11 or their axes (not indicated in the drawing), in addition to mixing during rotation, a vibro-boiling layer appears. For example, vibration liquefaction is carried out with a vertical vibration frequency of the retort 6 in the range of 15-25 Hz and with an amplitude of 1-3 mm. The vibro-boiling layer allows forcing active media to a saturated surface, increasing the saturation rate and intensifying diffusion surface alloying. This ensures a high level of gas permeability of the mixture, its uniform distribution over the reaction volume. This contributes to the formation of solid solutions in the diffusion layer and increases the uniformity of coating and the thickness of the layer (see Balandin Yu.A. Diffusion boronation of tool steels in a vibro-boiling layer: Monograph. - Magnitogorsk: MSTU, 2002. - P.94). After organizing the vibro-boiling layer in retort 6, voltage is supplied (20-100 V) from the power source 17 to the deaf-bore sleeve 9 through the rear rollers 12, isolated from the heating chamber 1 by an electrical insulator 13, and to the retort 6 through the shaft 10 and front rollers 11. In this case, an electric current (2-16 A) passes between the electrically conductive part of the mixture (ferrovanadium and aluminum) and the surface of the parts 18, with the occurrence of pulsed spark discharges or microarcs that realize local heating of the metal surface. In the zone of microarc discharges, evaporation and activation of the components of the mixture occur, with the intensification of the introduction of atoms (or ions) into the metal due to electric transport, and rapid heating of the surface layers of the products. During microarc heating of parts 18, an additional internal heat source is realized. Moreover, the temperature of the parts 18 may be higher than that of the working mixture,

что исключает скопление и осаждение на насыщаемой поверхности активных элементов, а высокая скорость нагрева обеспечивает значительную диффузионную восприимчивость насыщаемого металла, т.е. создаются условия, при которых скорость диффузии больше или равна скорости образования и подвода диффундирующего элемента. Это обуславливает ускорение процесса алюмованадирования в 1,5-2 раза и способствует образованию диффузионного слоя путем непосредственной диффузии активных элементов из газовой фазы в насыщаемый металл с непосредственным образованием твердого раствора алюминия и ванадия в основе, что гарантирует высокое качество покрытия (в частности уменьшается хрупкая зона слоя). Поэтому дополнительное применение вибратора 16 и источника электропитания 17 позволяет реализовать микродуговой нагрев деталей 18 в виброкипящем вращающемся слое, что уменьшает образование поверхностных трещин и значительно повышает деформационную способность диффузионных слоев, по сравнению со слоями, полученными при нагреве только в печи (по прототипу). В связи с этим диффузионные слои, получаемые на чугуне при алюмованадировании, в заявляемой установке образуются без хрупкой зоны и выдерживают пластическую деформацию без разрушения до 7-12%, что в 3-4 раза превосходит деформационную способность слоев с хрупкой зоной, полученных при легировании с нагревом в печи установки, принятой за прототип. Применение дополнительного внутреннего микродугового нагрева в условиях виброкипящего слоя шихты позволяет интенсифицировать процесс обработки с повышением скорости роста глубины слоев до 0,06-0,08 мм/ч (при температуре 950°С). Причем увеличение температуры процесса не способствует спеканию рабочей смеси и наплавлению ее на детали 18, что улучшает качество изделий. Комбинированное использование вращение реторты 6, виброкипящего слоя и микродугового нагрева позволяет реализовать в предлагаемой установке высокоэффективное совместное насыщение поверхностных слоев деталей 18 алюминием и ванадием (и другими трудно-диффундирующими элементами), с повышением твердости, окалиностойкости и жаропрочности. В частности, микротвердость слоя при алюмованадировании серого чугуна изменяется с поверхности к сердцевине деталей от 5300 до 1900 МПа, при толщине слоя 0,34-0,6 мм и времени обработки 2-4 часа. Совместное регулирование частоты вращения реторты 6, амплитуды и частоты колебаний на вибраторе 16 и силы which eliminates the accumulation and deposition of active elements on the saturable surface, and the high heating rate provides a significant diffusion susceptibility of the saturated metal, i.e. conditions are created under which the diffusion rate is greater than or equal to the rate of formation and supply of the diffusing element. This leads to an acceleration of the aluminovanadation process by 1.5-2 times and promotes the formation of a diffusion layer by direct diffusion of the active elements from the gas phase to the saturated metal with the direct formation of a solid solution of aluminum and vanadium at the base, which guarantees high quality coatings (in particular, the brittle zone layer). Therefore, the additional use of the vibrator 16 and the power supply 17 allows for the implementation of microarc heating of the parts 18 in a vibrating boiling rotating layer, which reduces the formation of surface cracks and significantly increases the deformation ability of the diffusion layers, compared with layers obtained by heating only in the furnace (according to the prototype). In this regard, the diffusion layers obtained on cast iron during aluminovanadation in the inventive installation are formed without a brittle zone and withstand plastic deformation without failure up to 7-12%, which is 3-4 times higher than the deformation ability of layers with a brittle zone obtained by alloying with heating in the furnace of the installation adopted for the prototype. The use of additional internal microarc heating under the conditions of a vibro-boiling layer of the charge allows intensifying the processing process with an increase in the growth rate of the depth of the layers to 0.06-0.08 mm / h (at a temperature of 950 ° C). Moreover, the increase in process temperature does not contribute to the sintering of the working mixture and its fusion on the part 18, which improves the quality of the products. The combined use of the rotation of the retort 6, the vibro-boiling layer and microarc heating allows us to realize in the proposed installation a highly efficient joint saturation of the surface layers of the parts 18 with aluminum and vanadium (and other difficultly diffusing elements), with an increase in hardness, scale resistance and heat resistance. In particular, the microhardness of the layer during aluminum alloying of gray cast iron varies from surface to core of parts from 5300 to 1900 MPa, with a layer thickness of 0.34-0.6 mm and a processing time of 2-4 hours. Joint regulation of the speed of the retort 6, the amplitude and frequency of vibrations on the vibrator 16 and the force

тока в микродуговых разрядах от источника питания 17, позволяет варьировать в широких пределах толщины диффузионных слоев и концентрации в них легирующих элементов, а, следовательно, получать качественные структуры и свойства в упрочненных слоях изделий. После проведения процесса термо-химической обработки с термодиффузионным легированием поверхности деталей 18, остановки и охлаждения изделий на воздухе, с помощью механизма поворота 5 камера нагрева 1 наклоняется из горизонтального положения вниз задней крышкой 8 на угол 30-40°, сдвигаются задние катки 12 и эвакуируются детали 18 на глуходонной гильзе 9 вместе с задней крышкой 8. Затем камера нагрева 1 опускается на угол 60-90° и удаляется отработанная активная смесь.current in microarc discharges from the power source 17, allows you to vary within wide limits the thickness of the diffusion layers and the concentration of alloying elements in them, and, therefore, to obtain high-quality structures and properties in the hardened layers of the products. After carrying out the process of thermo-chemical treatment with thermal diffusion alloying of the surface of the parts 18, stopping and cooling the products in air, using the rotation mechanism 5, the heating chamber 1 tilts from a horizontal position down by the back cover 8 by an angle of 30-40 °, the rear rollers 12 are moved and evacuated details 18 on the deep-sea liner 9 together with the back cover 8. Then, the heating chamber 1 is lowered at an angle of 60-90 ° and the spent active mixture is removed.

В заявляемой установке возможно получение деталей с повышением, по сравнению с прототипом, всех служебных характеристик, в частности толщины диффузионных слоев (определяемой металлографическим способом), концентрации в них легирующих элементов и твердости покрытий, например при алюмованадировании серого чугуна, соответственно, более 0,25 мм, более 50% и до 1920 (по Виккерсу). Кроме того, повышается качество поверхности изделий со снижением поверхностной шероховатости (определяемой профилометром-профилографом) - ниже 5-6 баллов. Увеличение толщины диффузионных слоев позволяет повысить чистоту поверхности металла при последующей полировке, что повышает качество готовых изделий. Заявляемое устройство позволяет проводить многокомпонентное диффузионное насыщение металлов без увеличения времени обработки и абразивного износа поверхности с высоким качеством покрытия. Применение заявляемой установки для химико-термической обработки изделий позволяет повысить качество деталей за счет увеличения термостойкости в 2-3 раза, роста деформационной способности диффузионного слоя при растяжении более чем в 3 раза, а при испытании на изгиб - более чем в 2 раза за счет повышения условного предела коррозионно-усталостной прочности в 1,3-1,5 раза. Это расширяет возможности защитного эффекта от покрытий, сортамент изделий и их технологические свойства, например, возможно получать детали, подвергаемые в дальнейшем неглубокой (до 8-10%) обработке металлов давлением (развальцовке).In the inventive installation, it is possible to obtain parts with an increase, in comparison with the prototype, of all service characteristics, in particular the thickness of diffusion layers (determined by the metallographic method), the concentration of alloying elements in them and the hardness of the coatings, for example, when aluminum alloyed in gray cast iron, respectively, more than 0.25 mm, more than 50% and up to 1920 (according to Vickers). In addition, the surface quality of the products increases with a decrease in surface roughness (determined by the profilometer-profilograph) - below 5-6 points. An increase in the thickness of the diffusion layers makes it possible to increase the purity of the metal surface during subsequent polishing, which increases the quality of the finished products. The inventive device allows for multicomponent diffusion saturation of metals without increasing the processing time and abrasive wear of the surface with high quality coatings. The use of the inventive installation for chemical-thermal treatment of products allows to improve the quality of parts by increasing the heat resistance by 2–3 times, increasing the deformation ability of the diffusion layer under tension by more than 3 times, and by bending testing by more than 2 times by increasing conditional limit of corrosion-fatigue strength is 1.3-1.5 times. This expands the possibilities of a protective effect from coatings, the product range and their technological properties, for example, it is possible to obtain parts that are subsequently subjected to shallow (up to 8-10%) metal forming (expansion).

Таким образом, заявляемая установка для химико-термической обработки изделий позволяет повысить качество диффузионных покрытий за счет:Thus, the inventive installation for chemical-thermal processing of products can improve the quality of diffusion coatings due to:

- увеличения толщины диффузионных слоев, равномерности нанесения и многокомпонентности износостоких покрытий;- increasing the thickness of the diffusion layers, uniformity of application and multicomponent wear-resistant coatings;

- сокращения длительности диффузионного процесса в 2-3 раза;- reducing the duration of the diffusion process by 2-3 times;

- уменьшения термического коробления и абразивного износа изделий;- reduce thermal warping and abrasive wear of products;

- сохранения механических свойств сердцевины изделий без дополнительной термической обработки;- preservation of the mechanical properties of the core products without additional heat treatment;

- устранения образования внешней хрупкой зоны в диффузионных слоях и увеличения в несколько раз их деформационной способности и термостойкости;- elimination of the formation of an external brittle zone in diffusion layers and a several-fold increase in their deformation ability and heat resistance;

- расширения номенклатуры химических элементов, использующихся для диффузионного насыщения.- expanding the range of chemical elements used for diffusion saturation.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемая установка для химико-термической обработки изделий работоспособна и устраняет недостатки, имеющие место в прототипе. Соответственно, заявляемая установка может быть применена в металлургии и машиностроении соответствует условию «промышленной применимости».Based on the foregoing, we can conclude that the inventive installation for chemical-thermal processing of products is efficient and eliminates the disadvantages that occur in the prototype. Accordingly, the inventive installation can be used in metallurgy and engineering meets the condition of "industrial applicability".

Claims

Installation for chemical-thermal treatment of products containing a heating chamber with a cylindrical muffle, an electric heater, a temperature sensor and a rotation mechanism in the vertical plane, mounted inside the muffle retort, equipped with removable front and rear covers and made to rotate around a horizontal axis, the front cover being connected with drive through the shaft, and the rear cover and shaft are fixed, respectively, by the rear and front rollers mounted on the heating chamber, characterized in that the novelty is additionally equipped with a vibrator in contact with the front rollers, a power source connected to the front and rear rollers, a deaf sleeve made of dielectric material, mounted in the rear cover along the retort axis with a gap with respect to the front cover and fixed with rear rollers, insulated from the camera heating, as well as additional temperature sensors installed in the deep-sea liner and stationary mounted on the heating chamber.