Центральный металлический портал РФлучшие сервисы для Вашего бизнеса

 ГЛАВНАЯ   МЕТАЛЛОТОРГОВЛЯ   ОБЪЯВЛЕНИЯ   ПРАЙСЫ   КОМПАНИИ   СТАТЬИ   РАБОТА   ФОРУМ   ГОСТы   МАРОЧНИК   КАЛЬКУЛЯТОР   БИРЖЕВЫЕ ЦЕНЫ   ВЫСТАВКИ  

Открыт новый раздел: Прайс-листы в файлах! (Excel и др.), доступен упрощенный просмотр прайсов без скачивания!
Полезные статьи -> Обработка металлов -> Термообработка -> Термообработка в кипящем слое -> Условия безокислительного необезуглероживающего нагрева в кипящем слое

Условия безокислительного необезуглероживающего нагрева в кипящем слое

только в текущем разделе

Металл не должен окисляться термодинамически равновесными продуктами сгорания при ав ≤ аМе. Многочисленные эксперименты по нагреву образцов и изделий из самых различных сталей в кипящем слое с катализатором подтверждают этот теоретический вывод.

В продуктах сгорания природного газа в кипящем слое с катализатором железо практически не окисляется при ав < 0,5 во всех случаях, интересных для практики нагрева. Правда, нагретые в кипящем слое образцы и изделия обычно имели не светлую блестящую, а матовую сизую или вороненую поверхность. Вероятнее всего это является результатом окисления при их переносе из печи в охлаждающую ванну, который в наших лабораторных и промышленных установках осуществлялся на воздухе, а в ряде опытов и следствием окисления при их охлаждении в кипящем слое, продуваемом воздухом. При ав>0,5-0,55 интенсивность окисления сталей увеличивается с ростом ав, времени выдержки и температуры. Подтверждением сказанного являются приведенные на рис. 57 данные, полученные В. А. Винокуровым и Т. А. Пумпянской при изучении термообработки шатунов в промышленной печи с кипящим слоем Условия экспериментов описаны. Исследования проводили, в основном, взвешивая образцы диаметром 15 и длиной 30 мм до их окисления и после стравливания с них окалины, а также металлографическим методом на образцах, вырезанных из шатунов после их нагрева. Оба метода дали совпадающие результаты.

Из рис. 57 видно, что при ав < 0,45 толщина слоя окалины, рассчитанная по угару образцов из сталей 18Х2Н4ВА и 40X1HВА, не превышает соответственно 2 и 6 мкм, причем она почти не зависит ни от времени выдержки, ни от значения ав. По-видимому, образцы и шатуны окисляются не в процессе нагрева при этих

 

значениях ав, а в процессе переноса их через зону вторичного дутья и охлаждения в кипящем слое, продуваемом воздухом.

При ав > 0,5 интенсивность окисления резко увеличивается, причем время нагрева оказывает здесь более сильное влияние. С повышением температуры до 1000° С угар стали при этих значениях ав также возрастает, в то время как при ав < 0,5 температура в диапазоне 900-1000° С на угар практически не влияет. Интересно, что при ав > 0,6 угар одинаков для обеих сталей.

 

Окисление стали 35 при отсутствии катализатора подробно исследовано автором совместно с П. В. Садиловым, А. С. Заваровым и Б. В. Бергом в лабораторной печи. Природный газ Бухарского месторождения сжигали непосредственно в слое белого электрокорунда высотой 300 мм диаметром частиц 320 мкм. Исследование проводили на цилиндрических образцах диаметром 25 мм и длиной 30 мм. Угар металла определяли весовым методом, стравливая окалину по методике НИИметиза (Магнитогорск). При этом учитывали, что, по данным авторов методики вместе с окалиной стравливается -0,0025 г/см2 чистого металла.

Было показано, что при 1150-1300° С и ав > 0,5 состав продуктов сгорания близок к термодинамически равновесному и мало зависит от температуры. При ав < 0,5 продукты сгорания содержат повышенные по сравнению с равновесными концентрации Н20, С02 и СН4, причем их состав весьма зависит от температурного уровня процесса. Несмотря на то, что при ав < 0,45-0,5 отношения С0/С02 и Н220 удовлетворяют условиям безокислительного нагрева, ввиду неравновесности атмосферы и наличия в ней следов кислорода при 0,23 < ав < 0,5 также происходит некоторая потеря металла, тем меньшая, чем ниже ав (рис. 58). Частично она может быть вызвана и обезуглероживанием, вследствие которого убыль массы оценивается в условиях эксперимента по порядку величины в 10-3 г/см2.

Из рис. 58 видно, что при ав < 0,5 относительно высокое содержание газов-восстановителей Н2, СО, СН4 резко снижает, а при ав = 0,23 практически исключает окалинообразование, причем с увеличением ав от 0,23 до 0,5 угар возрастает не очень сильно, так как концентрации газов-восстановителей получаются при этих значениях ав выше равновесных с FeO, хотя газовый анализ и указывает на одновременное присутствие следов кислорода (практически на пределе точности прибора).

 

Окалинообразование резко возрастает при изменении ав от 0,5 до 0,7, когда происходит значительное увеличение содержания газов-окислителей. При ав = 0,7-0,8 окислительный потенциал среды настолько велик, что его дальнейший рост существенно не влияет на скорость окисления. Поэтому при увеличении ав сверх 0,7-0,8 темп прироста угара замедляется. Аналогичная картина окалинообразования в зависимости от ав была получена при 1300°С.

При 1100°С и менее зависимость окалинообразования от ав сложнее. С возрастанием ав от 0,3 до 0,5 угар также несколько растет, причем величина угара здесь значительно выше, чем при 1200° С и тех же значениях ав. При дальнейшем увеличении ав от 0,5 до 0,7 угар уменьшается ввиду приближения состава продуктов сгорания к термодинамически равновесному и уменьшения в связи с этим содержания свободного кислорода. Повышение аа до 0,8-1,0 снова приводит к увеличению окалинообразования, так как при этих значениях ав даже в равновесных продуктах содержание газов-окислителей становится большим.

При разных значениях ав угар по-разному зависит от температуры. С повышением температуры скорости реакций окисления и диффузии ионов железа увеличиваются, что при постоянном составе газовой смеси должно повышать угар. Однако одновременно растет и скорость реакций между газообразными компонентами, что приближает состав газа к равновесному, уменьшая концентрацию окисляющих компонентов и свободного кислорода. Поэтому при ав < аМе угар практически монотонно уменьшается с повышением температуры, поскольку при приближении к равновесному составу среда становится безокислительной. При ав > 0,5-0,6 обнаруживается минимум в зависимости угара от температуры при 1150-1200° С. Из рис. 59 видно, что при высоких температурах безокислительный нагрев при ав < аМе получить в кипящем слое без катализатора легче, чем при низких. При сжигании газов в слое катализатора высотой всего 100 мм окисление при ав < 0,5 практически отсутствует, а при ав > аМе монотонно увеличивается с повышением температуры.

Изменение числа псевдоожижения в этих опытах от 1,5 до 3,5 не оказало заметного влияния на величину угара стали, по

скольку при этом, как отмечено выше, состав продуктов сгорания практически не менялся, скорость газов относительно металла практически не влияет на угар.

Исследовано окисление сталей 45, 18ХГТ и ШХ15 при сжигании дашавского природного газа в кипящем слое частиц кессонной массы (фракции 0,63-1,25 мм) при 1250° С в диапазоне скоростей фильтрации 1,38-3,2 м/с.

Повышение температуры, увеличение времени выдержки и более существенные отклонения состава газа от равновесного, естественно, привело к увеличению угара при ав > 0,4-0,45.

Интересно сравнить закономерности окисления в кипящем слое и в обычной газовой атмосфере. Результаты подробных исследований при 1160-1190° С на образцах из сталей 10, 50ХФА, 60С2, У7, У12, ШХ15 в диапазоне ав = 0,4-1,0 при сжигании городского газа приведены.

М. С. Богоявленским и др. был подтвержден известный из литературы факт уменьшения угара стали с увеличением содержания в ней углерода, причем оказалось, что зависимость, построенная на основании опытных данных с углеродистыми сталями, применима и для исследованных малолегированных сталей.

По этим данным угар стали 10 должен быть примерно в 1,35 раза больше, чем стали 35. Увеличение времени выдержки с 10 до 30 мин увеличит угар в 3 или 1,7 раза соответственно, при линейном и при тех же значениях ав, что для сталей с соответствующим содержанием углерода. Дело в том, что увеличение температуры до 1250° С обеспечивает приближение состава газа к равновесному и без катализатора. С увеличением ав сверх этих значений интенсивность обезуглероживания возрастает, достигает максимума при ав = 0,5 (для стали ШХ15) или 0,75 (для стали 45) а затем снова уменьшается, причем у образцов из стали ШХ15 при ав > 0,8 интенсивность обезуглероживания опять увеличивается, в то время как у стали 45 уменьшение интенсивности обезуглероживания наблюдается вплоть до ав = 1.

Аналогичная зависимость общей глубины обезуглероженного слоя от ав получена при нагреве образцов в потоке продуктов сгорания (распределение углерода по толщине в этой работе не изучали). Правда, в отличие от привел денных на рис. 61 данных, максимальное обезуглероживание для всех сталей (У7, 50ХФА, У12, ШХ15 и 60С2) наблюдалось при значении ав = 0,42. Затем интенсивность обезуглероживания уменьшалась до ав 0,62 (опять-таки одинакового для всех сталей) и снова возрастала при увеличении ав до единицы.

Уменьшение интенсивности обезуглероживания при ав > > 0,42-0,5 объясняется, на наш взгляд, образованием окалины, препятствующей диффузии обезуглероживающих газов к поверхности металла. При ав > аМе толщина слоя окалины резко увеличивается, что приводит к уменьшению интенсивности обезуглероживания, несмотря на повышение концентрации обезуглероживающих компонентов.

Механизм и кинетика обезуглероживания стали под слоем окалины еще не совсем ясны. Интересные данные получены в кипящем слое. Авторами, в частности, обнаружено, что в окислительной среде (при ав > 0,45-0,55 на природном газе) с повышением температуры от 1100 до 1300° С концентрация углерода в поверхностном слое (на 0,125 мм от поверхности) увеличивается, т. е. обезуглероживание уменьшается. Авторы объясняют это усиливающимся с температурой науглероживающим действием избыточного (над равновесным) содержания метана в продуктах сгорания. Правда, этот факт допускает и другое объяснение: при ограниченной скорости окисления углерода на поверхности раздела стали и вюстита повышение температуры резко интенсифицирует диффузию его из объема стали к поверхности. В пользу этого объяснения говорит и тот факт, что поверхностная концентрация, практически не зависит от ав при ав = 0,45-0,9.

В любом случае применение окислительных сред для нагрева металла в кипящем слое при этих температурах недопустимо из-за налипания частиц. На первый взгляд, аномально высоким кажется коэффициент расхода воздуха (ав = 0,4), при котором продукты сгорания нейтральны по отношению к стали Р18 при 1280° С. Однако показано, что при ав = 0,3, например, углеродный потенциал атмосферы в печах безокислительного нагрева без кипящего слоя увеличивается от 0,4 до 1,3% с повышением температуры от 1000 до 1200° С.

Возможно, это объясняется усиливающимся влиянием избыточного (над равновесным) содержания метана. К сожалению, более подробные сведения об углеродном потенциале высокотемпературных продуктов сгорания в кипящем слое в литературе отсутствуют.

Приведенные данные подтверждают сделанный ранее вывод, что необезуглероживающий безокислительный нагрев в отапливаемом газом кипящем слое при длительных выдержках может быть получен лишь в весьма узком диапазоне коэффициентов расхода воздуха, тем более узком, чем выше температура и больше время выдержки детали. При относительно невысоких температурах (до 900-1000° С) необезуглероживающая безокислительная среда при сжигании природного газа практически может быть получена лишь с применением катализаторов, причем среду, нейтральную по отношению к высокоуглеродистым или цементированным сталям, можно получить лишь при значениях ав, близких к ас.

Была исследована возможность необезуглероживающего нагрева под закалку образцов из сталей 20Х2Н4А, 3ОХС, 45ХНМФА, 55С2 и У8 в заводских условиях на установке, изображенной на рис. 10, при сжигании газа в насадке из катализатора ГИАП-3, затопленной кипящим слоем корунда 0,32 мм (образцы из У8 нагревали в слое псевдоожиженных активированных шамотных частиц фракции 0,63-1,0 мм). Углеродный потенциал печной среды составлял 0,6-0,7%. Содержание углерода в поверхностном слое определяли послойным химическим анализом и контролировали по микроструктуре. Образцы размерами l = 120, d = 36 мм нагревали под закалку до заданной температуры и после выдержки при этой температуре охлаждали в кипящем слое, масле или воде.

После закалки из образцов вырезали секторы для микроисследования. Далее образцы отжигали в стружке, после чего выполняли послойный анализ их на содержание углерода. Для этого с одного образца снимали по 5 стружек на глубину 0,1 мм (на радиус).

В виду того что детали из стали 20Х2Н4А по технологическому процессу подвергают перед закалкой цементации, все образцы из этой стали предварительно цементировали по режиму, принятому на заводе для деталей из этой стали. Результаты послойного анализа образцов даны.

Для сравнения в табл. 15 приведены результаты послойного анализа образца 07, науглероженного на глубину 1,6 мм в промышленной бензольной печи без дальнейшей термообработки. Образцы 09-13 после цементации на ту же глубину, что и образец 07, закаливали с нагревом в кипящем слое от 810 ± 10° С с выдержкой при температуре нагрева от 5 до 40 мин. Анализ опытных данных показывает, что обезуглероживание с поверхности при нагреве в кипящем слое практически отсутствует.

Образцы из пружинной стали 55С2 нагревали в кипящем слое до 870 ± 10° С с выдержкой т = 15 мин и закаливали затем как в воде, так и в кипящем слое корунда 0,25 мм. Получено более равномерное, чем при закалке в воде (а в других опытах и в масле), распределение твердости по длине образца, обработанного полностью в кипящем слое.

Из данных, приведенных ниже, видно, что обезуглероживание с поверхности и в этом случае отсутствует. Аналогичные показатели получены для стали 45ХНМФА.

Результаты послойного анализа образцов из стали 55С2 после нагрева в кипящем слое:

На образцах из стали У8 исследовали также возможность необезуглероживающего нагрева в печи с кипящим слоем, выполненной по схеме, в которой катализатор наносится непосредственно на псевдоожижаемые пористые частицы шамота фракции 0,63- 1 мм. Было найдено, что газовая среда, нейтральная по отношению к углероду этой стали при 800° С, получается при ав = 0,176.

На этом режиме осуществлена термическая обработка партии промышленных цементированных деталей шести наименований, всего 39 шт. (в основном фасонные шестерни). Детали после нагрева до 800 ± 10° С и выдержки в течение 15 мин закаливали в кипящем слое и масле. Последующую обработку деталей (отпуск при 150° С, выдержку 3,5 ч) осуществляли по серийной технологии. Одну деталь каждого наименования подвергали для сравнения полному циклу термообработки по серийной технологии. У всех деталей после термообработки контролировали твердость. Результаты сравнительного микроисследования деталей, обработанных в кипящем слое и по серийной технологии, показали, что в кипящем слое обезуглероживание отсутствует полностью, а толщина окисной пленки на них составляет 2-5 мкм (заметно лишь воронение поверхности), в то время как серийная технология дает окисление на глубину 200 мкм и обезуглероживание на 200-300 мкм. Применение кипящего слоя для термообработки стали позволяет существенно уменьшить припуски на шлифование, ликвидировать такие операции, как обмывка (после масла) и пескоструйная обработка. Результаты проведенных экспериментов показали также, что детали, обработанные в кипящем слое, характеризуются меньшим короблением, чем обработанные по серийной технологии (если последние закаливают в свободном виде). Сопоставление результатов усталостных и статических испытаний шестерен, обработанных в кипящем слое и по серийному циклу, показывает, что в обоих случаях указанные характеристики находятся примерно на одном уровне.

Из окончательно обработанной партии деталей был собран серийный агрегат, переданный в эксплуатацию. Агрегат работал более двух лет без дефектов.

При нагреве тонких деталей или заготовок в кипящем слое вследствие большой скорости и малого времени нагрева можно не строго выдерживать равновесные значения ав, особенно при температурах < 1000° С, не опасаясь заметного обезуглероживания. В тех случаях, когда допустим небольшой (десятки микрон) слой окалины (например, при выдаче изделия из печи на воздух в процессе дальнейшего транспортирования или обработки) нагрев тонких изделий до 800-1000° С можно вести в окислительной среде, полученной при ав = 1,05-1,1. К сожалению, более высокому нагреву препятствует налипание частиц, с которым приходится сталкиваться в кипящем слое с окислительной средой.

Последние обсуждаемые темы

Самые обсуждаемые темы за все время

 Тема

сталь для саморезов

Помогите с тем. обработкай

Помогите выбрать ТВЧ установку.

Виды огнеупоров в металлургии

Термообработка стали

ТО пружины из стали 60

Цементация в гараже

Защита стали от окисления (окалины) и обезуглероживания при термообработке.

С ДНЁМ МЕТАЛЛУРГА!!!

Изотермическая закалка на бейнит

 Тема

Сообщений 

Частые вопросы и ответы по термообработке

42

Термообработка стали

9

Защита стали от окисления (окалины) и обезуглероживания при термообработке.

7

Химико-термическая обработка стали

5

Виды огнеупоров в металлургии

3

Как закалять и отпускать дюралюминий?

3

Цементация в гараже

2

Закалка бронзы

1

Помогите выбрать ТВЧ установку.

1

Сверхбыстрая закалка

1

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ:



запомнить  Регистрация

Металлоторговля:
Объявления
Прайсы (по торг. позициям)
Прайсы (в файлах)

Марки металлов
Калькулятор веса металла

Новости

Статьи

Цементация в кипящем слое
• Реставрационное науглероживание
Условия безокислительного необезуглероживающего нагрева в кипящем слое
• Налипание частиц на поверхность металла и их спекание
• Наладка установки для термообработки шатунов
• Промышленный агрегат непрерывного действия
• Агрегат для патентирования проволоки
• Муфельные печи для термообработки труб
• Рекристализационный отжиг и нагрев прутков под закалку
• Отжиг и нагрев под закалку труб из цветных металлов
• Термообработка стальных труб в безмуфельных агрегатах
• Промышленные ванны для отпуска инструмента и нагрева изделий до 500-600 С
• Термообработка изделий из быстрорежущих марок
• Термообработка изделий из алюминиевых сплавов и биметаллов
• Термообработка рельсов
• Низкотемпературный нагрев и отпуск проволоки
• Проходная печь для нагрева штанг под высадку
• Концевой нагрев заготовок
• Нагрев стальных листов под прокат и штамповку
• Конструирование печей с кипящим слоем

НОВЫЕ ОБЪЯВЛЕНИЯ

Ч 07:05 Круг 09Г2С с испытаниями на ударную вязкость

Ч 07:05 Круг стальной калиброванный ст. 45

Ч 07:04 Круг стальной калиброванный ст. 35

Ч 07:04 Круг стальной калиброванный ст. 20

Ч 07:04 Круг стальной г/к ст. 10

Ч 07:03 Круг сталь 50 из наличия

Ч 07:03 25Х1МФ круг жаропрочный

Ч 07:02 Круг стальной г/к 45Х по ГОСТ 2590-2006

Ч 07:02 Круг 5ХНМ, пруток стальной 5ХНМ, инструментальный

Ч 06:56 Круг ШХ15-В, пруток стальной ШХ15-В

Ч 06:55 Круг стальной г/к У8А по ГОСТ 2590-2006

У 17:16 Покупка лома черных цветных металлов, самовывоз.

НОВОСТИ

8 Декабря 2016 17:38
Распиловка крупных бревен на шинной пилораме

10 Декабря 2016 14:52
Акции ПАО ”Селигдар” включены в индексы Московской биржи

10 Декабря 2016 13:07
Китайский импорт железной руды за 11 месяцев вырос на 9,2%

10 Декабря 2016 12:07
”Силовые машины” поставили узлы котельного оборудования на вьетнамскую ТЭС ”Лонг Фу-1”

10 Декабря 2016 11:05
На ”Московском НПЗ” установили в рабочее положение горячий сепаратор ”Ижорских заводов”

10 Декабря 2016 10:04
”КМЭЗ” провел аудит качества медной катанки

НОВЫЕ СТАТЬИ

Промышленные газовые баллоны

Современные интерьерные камины и печи

Основы использования и классификации нержавеющих кругов

Основные виды современных генераторов электроэнергии

Нержавеющий лист и труба в химической промышленности

Спецодежда - выбираем правильно

Прием оловянного лома и стружки

НК Кабель на выставке CABEX

Качество сварочной проволоки Magmaweld доказано тестами

Основные виды световой рекламы с использованием эффекта бегущей строки

Волочильные машины для изготовления кабельной проволоки

Основные виды современных оконных жалюзи

СИП-панели для строительства каркасных домов

Основные виды и области применения термопар

Использование мешков для упаковки в отраслях промышленности

Пневмоцилиндры и пневматическое оборудование

Промышленные светодиодные светильники - преимущества перед газоразрядными лампами

Бытовка для строителя

Как правильно поменять замок во входной двери?

Какой стабилизатор напряжения для дома лучше: отзывы и разновидности приборов

 ГЛАВНАЯ   МЕТАЛЛОТОРГОВЛЯ   ОБЪЯВЛЕНИЯ   ПРАЙСЫ   КОМПАНИИ   СТАТЬИ   РАБОТА   ФОРУМ   ГОСТы   МАРОЧНИК   КАЛЬКУЛЯТОР   БИРЖЕВЫЕ ЦЕНЫ   ВЫСТАВКИ  

Открыт новый раздел: Прайс-листы в файлах! (Excel и др.), доступен упрощенный просмотр прайсов без скачивания!

Компания "РДМ" предлагает металлопрокат.

Рейтинг@Mail.ru

О портале : Информация и правила : Реклама : Тарифы для компаний : Наши контакты : Связаться : Личный кабинет : Регистрация

2009-2014 © Любое копирование материалов без активной ссылки на metallicheckiy-portal.ru запрещено!
Использование материалов в печатных изданиях только с разрешения администрации портала.