Вы здесь

Выбор среды для нагрева при термической обработке

 Выбор среды для нагрева при термической обработке

При нагреве в пламенных или электрических печах взаимодействие печной атмосферы с поверхностью нагреваемого изделия приводит к окислению и обезуглероживанию стали.

Окисление создает невозвратимые потери металла, ухудшает состояние поверхностных слоев и требует последующей очистки от окалины. Окисление происходит в результате взаимодействия стали с кислородом (2Fe + О2 → 2FeO), парами воды (Fe + Н20 → FeO + Н2) и двуокисью углерода (Fe + CО2 → FeO + CO).

В начальной стадии нагрева окисление происходит вследствие указанных химических реакций, развивающихся на поверхности. После образования пленки окисла процесс окисления протекает в результате диффузии атомов кислорода через слой окалины к металлу и встречной диффузии атомов (ионов) металла через окалины по направлению к поверхности.

При нагреве до 500–550 °С окисление незначительно, но при дальнейшем увеличении температуры сильно возрастают скорость и интенсивность окисления, причем особенно значительно, если образующая окалина имеет пористость (что свойственно закиси железа).

Обезуглероживание протекает при высоких температурах в результате взаимодействия стали с водородом (аустенит + 2Н2 → Feγ + СН4) и кислородом (аустенит + 0,5O2 → Feγ + СО).

Оно снижает твердость, износостойкость и сопротивление усталости.

Для предохранения изделий от окисления и обезуглероживания в рабочее пространство печи вводят защитную газовую среду (контролируемые атмосферы). В качестве таких сред применяются следующие атмосферы:

1) эндотермическая (условное обозначение КГ–ВО), получаемая частичном, сжиганием метана СН4 (природного газа) при коэффициенте избытка воздуха α = 0,25 в присутствии катализатора и содержащая 21 % СО, 40 % Н2, 2 % СН4, 37 % N2; состав эндотермической атмосферы можно регулировать таким образом, чтобы исключить окисление и обезуглероживание стали с любым содержанием углерода; при нагреве в водородосодержащих атмосферах возможно наводороживание стали, что приводит к снижению ее пластичности и росту склонности к замедленному разрушению, поэтому в последнее время широко начинают применять относительно маловодородную атмосферу (20 % СО, 20 % Н2 и 60 % N2);

2) экзотермическая (богатая), получаемая частичным сжиганием природного газа при α = 0,6 без очистки и осушки (ПС–0,6) или с очисткой и осушкой (ПСО–06); атмосфера ПСО–06 содержит 10 % СО; 15–16 % Н2; 0,05–1,5 % СН2; 68–72 % N2; а ПС–06, кроме того, до 6 % С02 и 2,3 % Н20; атмосфера ПСО–06 может быть использована при нагреве для отжига, нормализации и закалки легированных конструкционных и инструментальных сталей;

3) экзотермическая (бедная), получаемая почти полным сжиганием природного газа при α = 0,9 без очистки и осушки (ПС–09) и с очисткой и осушкой (ПСО–09), в последнем случае эта атмосфера содержит 2 % СО, 2 % Н2, 96 % N2; в атмосфере (ПС–09) присутствуют 10 % С02 и 2,3 % Н20 (за счет соответствующего уменьшения количества азота); эту атмосферу применяют для нагрева низкоуглеродистых, конструкционных и инструментальных сталей;

4) диссоциированный аммиак (ДА), содержащий 75 % Н2 и 25 % N2, или диссоциированный аммиак с частичным дожиганием водорода с α = 0,7–0,9 и последующей осушкой (ПСА–08). Диссоциированный аммиак (ДА и ПСА–08) применяют главным образом при нагреве для термической обработки коррозионностойких и электротехнических сталей;

5) технический азот (2–4 % Н2, 98–96 % N2), очищенный от кислорода, а также аргон, гелий и водород.

В последние годы все шире применяют нагрев в вакууме (обычно 10-2–10-3 мм рт. ст., но иногда до 10-4–10-6 мм рт. ст.), особенно для коррозионностойких, жаропрочных, электротехнических и специальных сталей и сплавов.

Режущие инструменты, а также некоторые детали машин небольших размеров чаще нагревают в расплавленных солях.

 ЛИТЕРАТУРА

  • Материаловедение / Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева. – М.: Машиностроение. 1980. – 493 с.

Добавить комментарий