РЕГУЛИРОВАНИЕ СОСТАВА КОНТРОЛИРУЕМОЙ АТМОСФЕРЫ
Как отмечалось, самый распространенный метод упрочнения деталей посредством химико-термической обработки - цементация и нитроцементация. При проведении этих процессов существенное значение имеет регулирование насыщения, основной задачей которого является обеспечение требуемых характеристик: структуры, распределения концентрации углерода, глубины слоя и т.д. Как чрезмерное, так и недостаточное насыщение поверхностного слоя углеродом вредно. По данным НИИТавтопрома, оптимальная концентрация углерода на поверхности для сталей марки 20ХНМ, 18ХГТ, 25ХГТ, ЗОХГТ, 20ХГНР, 15ХГНТА составляет 0,8...1 % при цементации и 0,65...0,9 % при нитроцементации (l...l,25% (C+N2)). В соответствии с современными требованиями к качеству деталей необходимо получать не только нужную концентрацию, но и оптимальное распределение углерода по глубине слоя.
Известны методы прямого регулирования процесса насыщения по изменению электросопротивления датчиков из тонкой проволоки, которые помещают в рабочее пространство печи. Электрическое сопротивление изменяется по мере науглероживания датчика. Однако эти методы пока еще недостаточно надежны, в частности, из-за необратимых изменений, происходящих в материале датчика, что искажает показания. В настоящее время самое широкое распространение получили методы косвенного регулирования углеродного потенциала, основанные на соответствии содержания углерода на поверхности составу газов печи. Эти методы стали возможными благодаря появлению процессов насыщения в заранее приготовленных контролируемых газовых средах. Состав газовой атмосферы, а следовательно, и углеродный потенциал можно в процессе обработки изменять по заданной программе, обеспечивая оптимальные параметры насыщения. Разрабатываются также методы регулирования, в основе которых лежит непрерывное косвенное регулирование по содержанию в атмосфере печи С02 или Н2О и периодическая тарировка приборов (контроль углеродного потенциала) по соответствующему содержанию углерода в стальной фольге.
Основной насыщающей добавкой (карбюризатором) при цементации в контролируемой атмосфере служит обычно метан, содержание которого является преобладающим в природных газах. С печными газами метан реагирует следующим образом:
СО2 + СН4↔2СО + 2Н2; (3.32)
Н2О + СН4↔СО + ЗН2, (3.33)
скорость протекания которых, как показывает термодинамический анализ, при температурах 900...1000 "С значительно меньше, чем скорость протекания реакции водяного газа
СО2 + Н2↔СО + Н20. (3.34)
По содержанию метана нельзя регулировать углеродный потенциал среды, и его подача в печь должна быть ограничена минимально необходимой величиной (практически 1...З % от объема газов печи). В качестве количественной меры при регулировании принимается обычно содержание водяных паров или углекислого газа.
В настоящее время оптимальным можно считать следующий порядок проведения процесса.
В период нагрева карбюризатор в рабочее пространство печи не подается, так как в интервале низких температур углеродный потенциал среды повышен и тонкий поверхностный слой может излишне науглеродиться с выделением сажи и образованием цементитного слоя (Fe3C). В этот период необходимо контролировать содержание в атмосфере печи С02 и СН4.
Следующий период — первая стадия цементации (нитроцементации), характеризуемая интенсивным насыщением углеродом. На данной стадии в печь подается СН4. Степень насыщения определяется линией SE на диаграмме состояния железо — углерод. Не допускается образования цементита на поверхности и выпадения сажи из газовой фазы. Для предотвращения этих явлений требуется регулирование состава печной атмосферы по содержанию С02 или Н20 и периодический контроль концентрации СН4.
В следующем периоде (во второй стадии цементации) углеродный потенциал среды уменьшается до заданного значения. Происходит диффузионное выравнивание концентрации по сечению. В этом периоде формируется окончательная поверхностная концентрация, что обусловливает необходимость непрерывного контроля и регулирования состава печной атмосферы.
После окончания цементации наступает период подстуживания от температуры насыщения до температуры закалки или медленное охлаждение до необходимой технологической температуры.
Описанная схема процесса в садочных печах реализуется в одной камере. В проходных печах процесс протекает в соответствующих зонах. При этом наилучшие условия создаются в том случае, если обеспечена автономность состава газовой атмосферы в различных зонах.
Регулирование по СО2 осуществляется газоанализатором, снабженным регулирующим устройством, которое управляет клапаном подачи метана в печь. В большинстве случаев используются оптико-акустические газоанализаторы (в комплекте с регулирующим электронным мостом), принцип действия которых основан на зависимости поглощения инфракрасного излучения от концентрации измеряемого компонента. Эти газоанализаторы отличаются быстродействием и высокой чувствительностью.
Дата добавления: 2015-04-03; просмотров: 1956;