Термист Термомеханическое упрочнение арматурного проката технология, средства, разработка

Химическое воздействие нагревающей среды

Из учебника А.П.Гуляева "Металловедение"

При высокой температуре происходит химическое взаимодействие поверхности металла с окружающей средой, причем особое значение имеют два процесса:

1) обезуглероживание стали, связанное с выгоранием углерода в поверхностных слоях
C + O₂ → CO₂.

2) окисление стали, ведущее к образованию на поверхности окалины, окислов железа
2Fe + O₂ → 2FeO.

Интенсивность окисления и обезуглероживания стали зависит от температуры, состава стали и состава окружающей газовой среды.

Процессы окисления и обезуглероживания - диффузионные, и естественно, что с повышением температуры они ускоряются.

В атмосфере печи в зависимости от рода топлива, условий его сжигания и температуры образуются различные газы, в том числе CO₂; CO; O₂; H₂; H₂O; N₂; CH₄.

Эти газовые среды различно влияют на сталь. Так, H₂ обезуглероживает, CO₂ окисляет, O₂ и H₂O окисляют и обезуглероживают, CO и CH₄ науглероживают.

Изучив законы равновесия этих газов, т.е. взаимодействия газов между собой и газов со сталью, можно создать при заданных температурах термической обработки такие условия, при которых реакции окисление ↔ восстановление и обезуглероживание ↔ науглероживание протекают с одинаковой скоростью в обе стороны, т.е. практически не изменяют состав металла и металл не реагирует с атмосферой. В этом случае атмосфера нейтральна; она не воздействует на поверхность металла и не изменяет ее.

Для получения в печи нейтральной атмосферы для данной температуры и данного сорта стали (содержания в стали углерода) необходимо иметь определенное соотношение науглероживающих, окисляющих, обезуглероживающих и восстанавливающих газов, т.е. иметь определенные соотношения:

Кроме того нейтральной средой является чистый азот (N₂), а также вакуум.

Современные печи для светлого нагрева, так называемые печи с контролируемой атмосферой, имеют специальную установку, в которой получают газовую среду требуемого состава, которую подают в печь (закалочную, отжигательную). Печи могут быть электрическими или муфельными с наружным обогревом муфеля.

Кроме газовых нейтральных сред, нагрев без окисления и обезуглероживания стали осуществляется в расплавленных солях.

Соль составляют так, чтобы она имела температуру полного расплавления более низкую, чем заданная температура термической обработки. Требуется также, чтобы прилипшая к поверхности детали корочка соли легко растворялась и смывалась водой.

Получили применение смеси хлористых, азотнокислых и азотистокислых солей щелочноземельных металлов и смеси щелочей. Наиболее применяемые составы солей с указанием области их применения приведены в табл. 28.

В последнее время получает распространение нагрев в так называемом кипящем слое.

Если продувать горячий воздух сквозь слой, состоящий из мелких частиц (обычно корундовые диаметром 200 - 500 мкм), то такой слой «кипит», превращаясь как бы в жидкость. В него можно погружать изделия, и он будет средой нагрева, если имеет высокую температуру. Последнее достигается продуванием сквозь него горячего воздуха. Вместо воздуха можно использовать и другие среды, в том числе нейтральные. Кипящий слой - универсальная среда, которая может служить, например, закалочной средой (естественно, продуваемый воздух в этом случае холодный). Интенсивность охлаждения кипящего слоя занимает промежуточное положение между водой и маслом. Используя вместо воздуха разные активные среды, в нем можно производить разные операции химико-термической обработки - цементацию, азотирование и т.д.

Использована публикация:
Гуляев А.П. Металловедение. Учебник для втузов. 6-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1986. 544 с.
стр. 259 - 260.

К началу страницы

Web-сайт “Термист” (termist.com)
Термомеханическое упрочнение арматурного проката

Отсутствие ссылки на использованный материал является нарушением заповеди "Не укради"

Редактор сайта: Гунькин И.А. (termist.com@gmail.com)