Среда для ионной цементации

Среда для ионной цементации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области металлургии , в частности к химико-термической обработке металлов, и может быть использовано в машиностроении. Целью изобретения является интенсификация процесса насыщения и уменьшение сажеобразования. Среда, включающая углеводородный газ и кислородосодёржащую добавку, дополнительно содержит газразбавитель, а в качестве кислородосодержащей добавки содержит озон или озонированный воздух при общем соотношении компонентов, мас.%: углеводородный газ 4,6...49,6; газ-разбавитель 49,6...94,6; озон или озонированный воздух 0,5.,.1,0. Это позволяет в 2 раза интенсифицировать процесс при полном подавлении сажеобразования. 5 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з С 23 С 8/36

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ! 4 <МВИМ йй .ЯТЯМИ-1:-КУ! ЧЬЯЯ (21) 4699696/02 (22) 02.06.89 (46) 30.11.91. Бюл. ¹ 44 (72) А.Л,Шевцов, А,Н.Колесников, С.В.Дозморов, В,И,Платонов, О.С.Кригер, В.Ю.Померанцев и П.А.Корнилович (53) 621.785.52(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 955071, кл. С 23 С 16/00, 1979. (54) СРЕДА ДЛЯ ИОННОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ (57) Изобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке металлов, и может быть использовано в машиностроении. Целью

Изобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке металлов, преимущественно к ионной цементации стальных изделий в плазме тлеющего разряда.

Целью изобретения является интенсификация процесса насыщения и уменьшение сажеобразования, Среда, включающая углеводородный газ и кислородосодержащую добавку, дополнительно содержит газ-разбавитель, а в качестве кислородосодержащей добавки— озон или озонированный воздух при общем соотношении компонентов, мас. :

Углеводородный газ 4,8 — 49,6

Газ-разбавитель 49,6-94;6

Озон или озонированный воздух 0,5 — 1,0

В качестве углеводородного газа среда содержит метан, этан и другие предельные углеводороды, этилен или ацетилен и их производные, бензол и другие ароматические углеводороды и их природные (при»5U,, 1694689 А1 изобретения является интенсификация процесса насыщения и уменьшение сажеобразования, Среда, включающая углеводородн ы и газ и, кислородосодержащую добавку, дополнительно содержит газразбавитель, а в качестве кислородосодержащей добавки содержит озон или озонированный воздух при общем соотношении компонентов, мас. : углеводородный газ 4,6...49,6; газ-разбавитель

49,6...94,6: озон или озонированный воздух

0,5„,1,0, Это позволяет в 2 раза интенсифицировать процесс при полном подавлении сажеобразования, 5 табл. родный газ, пропан-бутановая смесь, петролейный эфир, керосин) или искусственные (синтин) смеси. Газом-разбавителем (или, адекватно, газом-наполнителем) в этой смеси может служить азот или инертный газ (аргон, неон, гелий). Озонирование воздуха проводится в любом озонаторе. Углеводородный газ, газ-разбавитель, озон или озонированный воздух перед подачей в рабочую камеру смешиваются в необходимых пропорциях. Подавление сажеобразования в данном случае протекает за счет . "захвата" карбеновых частиц, инициирующих образование сажи:

Н 0-0 Н Н

3 б оз+г: сна-с-о-с-о+г с-о, б(ар6ен

Б R В

Н о+ снн» с=о

Н Н 0 Н б б

С= О+: CHR» С вЂ” С

Н . R

1694689

25

0,5 — 1,0

Данные реакции ингибируют процесс сажеобразования.

Пример. Испытания для прототипа проводили согласно прототипу /газовая цементация/, а также в плазме тлеющего разряда с приведенными параметрами. В соответствии с типовыми условиями ионной цементации все испытания проводили на промышленной установке "ИОН-10" при следующих параметрах: ток разряда 2А, давление смеси газов в рабочей камере 10 мм рт.ст, температура на поверхности катода 980 10 С, Выбор длительности выдержки 4 ч определялся тем, что за это время достигалась глубина слоя, равная 2,0 — 2,5 мм, что сопоставимо с данными прототипа, Составы сред приведены в табл,1. Составы с озонированным воздухом варьировались для среды 4 (см.табл.1) в зависимости от концентрации озона в воздухе (см,табл.2), В качестве газа-разбавителя использовались азот, аргон, неон и гелий. В качестве углеводородсоде ржа щих газов использовались метан, этан, н-гексан, иэооктан, этилен, пропилен, ацетилен, метила-. цетилен, бензол, толуол, петролейный эфир, синтин и пропан-бутановая смесь. Основные испытания проводили на пропан-бутановой смеси с газом-разбавителем— азотом, Испытания проводили на цилиндрических образцах высотой 20 мм и диаметром

15 мм, изготовленных иэ стали 20х2Н4А.

Глубину цементированного слоя определяли металлографически согласно ОСТ 34704-80. Степень сажеобраэования контролировали по интенсивности собственного СВЧ-излучения плазмы. За 100% принимали величину сажеобразования в прототипе с пропан-бутановой смесью в качестве углеводородного газа. Результаты испытаний сведены в табл.2,3, Из табл.3 видно, что уменьшение. массовой доли 0,5 мас.% приводит к неполному подавлению сажеобразования, а превышение массовой доли озона величины 1,0 мас.% — к уменьшению глубины цементированного слоя, Вследствие этого диапазон концентраций озона (или озонированного воздуха — см.табл.2) следует установить равным 0,5-1,0 мас.%.

Испытания для озонированного воздуха на основе среды 3 (табл.2) показали, что концентрация озона в воздухе не должна быть менее 10% от состава воздуха, В противном случае процесс сажеобраэования не подавляется, Сопоставление данных по глубине цементированного слоя прототипа (состав 1А в табл.3); прототипа с обработкой в тлеющем разряде (состав 1Б в табл,3) и предлагаемого технического решения (состав 3) показали, что подавление сажеобразования эа счет введения в рабочую газовую атмосферу озона вызывает существенное увеличение глубины цементированного слоя (в 2 раза) или сокращение времени достижения заданного глубины слоя (приблизительно в

7 раз).

Для остальных углеводородов и их смесей, а также газов-разбавителей испытания проводились для состава среды 3. Результаты испытаний приведены в табл.4 и 5. Из табл.4 видно, что введение добавок озона полностью исключает процесс сажеобразования, а для таких" классических" сажеобразователей как бензол, толуол, ацетилен и

его производные, почти полностью подавляет указанный процесс, Это стабилизирует глубину цементированного слоя, снижает время для процесса цементации, Из табл.5 видно, что процесс сажеобразования не зависит от природы газа-разбавителя. В то же время природа газа-разбавителя влияет на глубину цементированного слоя. Оптимальны составы с газами-разбавителями на основе азота с добавками килорода или озона.

Использование гелия или неона в настоящий момент малоперспективно вследствие их дефицитности и дороговизны.

Таким образом, применение среды позволяет в 2 раза интенсифицировать процесс при полном подавлении сажеобразования.

Формула изобретения

Среда для ионной цементации, включающая.углеводородный газ и кислородосодержащую добавку. отличающаяся тем, что, с целью интенсификации процесса насыщения и уменьшения сажеобразования, она дополнительно содержит газ-разбавитель, а в качестве кислородосодержащей добавки — озон или озонированный воздух при следующем соотношении компонентов, мас,%:

Углеводородный газ 4,6 — 49,6

Газ-разбавител ь - 49,6-94.6

Озон или озонированный воздух

1694689

Таблица 1

Примечания: ) — Прототип. )- Воздух, содержащие озона 0,0000001 g. ) — Здесь и далее в таблице — озон с содержанием основного компонента 98 .

Таблица2

Содержание озона в воздухе для среды 3

Примечания: ) — Состав среды 3: пропан-бутановая смесь и азот. 8ыход, 1) сажи в прототипе принят за 100 (.

Таблица 3

Степень сажеобразования и глубина цементированного слоя для среды, содержащей пропан-бутановую смесь и азот

Примечания: ) — А — по условиям прототипа, Б — состав среды по прототипу, . 1) обработка в плазме тлеющего разряда (см. текст).

1694689

Таблица 4

Характеристики процесса цементации для газовых сред прототипа (среда 1) и испытуе1) мой (среда 3) в зависимости от природы углеводородного газа, Газ-носитель — азот,Примечания: ) — Обработка проводилась согласно прототипу в течение 30 ч,. ,1) ) — Относительно прототипа с пропан-бутановой смесью, где сажеобразование принималось за 100, Таблица 5

Характеристики процесса цементации для газовой среды 3 в зависимости от природы газа-разбавителя. Углеводородный газ — пропанбутановая смесь.

Примечание: — Относительно прототипа с пропан-бутановой смесью, где . 1) сажеобразование принято за 100 .

Составитель Н, Рыжов

Редактор Т. Пилипенко Техред М.Моргентал Корректор В, Гирняк

Заказ 4132 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101