Хімічні процеси, що проходять під час нагрівання деталей в печі - технологія термічної обробки підвісок гальмівно-важільної передачі електровозу, виготовлених із сталі 45

При нагріві деталей в печах метал взаємодіє з атмосферою печі. Результатом такої взаємодії являється окиснення, яке призводить до виникнення окалини на поверхні нагріваючого металу, та зневуглецювання - часткове або повне вигорання вуглецю в поверхневих шарах сталі.

Окислення призводить до втрат металу, ускладнює обробку деталей, затрудняє отримання високої та рівномірної твердості. Втрати металу при нагріві складають до 3% маси деталей що обробляються.

У зневуглецьованому шарі з'являються "м'які плями" і виникають розтягуючі напруження, що знижує міцність, зносостійкість та межу витривалості, тобто знижує строк служби деталей.

У склад пічної атмосфери входять кисень, окис вуглецю, двоокис вуглецю, водень, азот, метан, водяний пар. Дія цих газів на сталь різна. Водень зневуглецьовує, окис вуглецю та метан навуглецьовують. Водяний пар, двоокис вуглецю та кисень окисляють та зневуглецьовують.

Спочатку процесу окислення проходить хімічна реакція між металом та окиснюючим газом, у результаті чого на поверхні металу утвориться окисна плівка. Подальший процес окиснення - це дифузія атомів кисню крізь плівку (до металу) з окисненням на границі метал - плівка; дифузія атомів металу крізь плівку на її зовнішню поверхню з окисненням на границі плівка - газ або зустрічна дифузія атомів кисню та металу. На інтенсивність окиснення впливають склад та будова окисної плівки. Якщо плівка пориста, окиснення проходить інтенсивно, якщо щільна - окиснення сповільнюється або навіть зовсім зупиняється. Процес окиснення є дифузійним процесом; чим вище швидкість дифузії, тим вище швидкість окиснення. З підвищенням температури нагріву процес дифузії різко прискорюється, тому і окиснення буде проходити тим в більшій степені, чим вище температура нагріву.

В атмосфері вологого повітря окиснення проходить і при температурі 200 0С; утворена окисна плівка складається з окислу Fе2О3. З підвищенням температури (вище 100 0С) утворюється щільний шар окислів Fе2О3 та Fе3О4. При температурі вище 570 0С крім окислів Fе2О3 та Fе3О4 утворюється менш щільний окисел FeO по наступним реакціям:

Fe + CО2-FeO + СО;

Fe + Н2 О-FeO + Н2;

    2Fe + О2-2FeO (основна частина кисню пічної атмосфери знаходиться у вигляді СО2 та Н2О). З утворенням окислу FeO окислення заліза різко зростає; при цьому утворюється шар окалини. Тому практично деталі запобігають від окислення при нагріві їх до температур вище 500 0С.

Паралельно з окисленням протікає процес зневуглецювання, тобто взаємодія газів пічної атмосфери з вуглецем. Вуглець може знаходитись в сталі у вигляді карбіду заліза Fе3С або у твердому розчині [Feг (С)]. Зневуглецювання прихований дефект. Його можна виявити вимірюванням твердості та по структурі сталі. Степінь зневуглецьованої дії пічної атмосфери залежить від вмісту в сталі вуглецю и легуючих елементів; наприклад, хром зменшує схильність до зневуглецювання.

На процес зневуглецювання впливає також і температура нагріву; чим вище температура, тим інтенсивніше протікає зневуглецювання.

Для збереження сталості хімічного складу поверхні деталей при даному режимі нагріву та певному хімічному складі сталі необхідно створити умови рівноваги між металом та пічною атмосферою, тобто мати певне співвідношення окислюючих, зневуглецьовуючих, відновлюючих та навуглецьовуючих газів.

Для запобігання окислення та зневуглецювання деталей при високих температурах у робочий простір печі вводять захисне газове середовище, яке називається захисною та контролюючою атмосферою. Застосована контролююча атмосфера повинна мати низьку вартість, бути простою у приготуванні, не повинна утворювати зайву кількість сажі та коксу, не окислювати та на зневуглецьовувати поверхню деталей при термічній обробці.

Для захисту від окислення можуть застосовуватись інертні гази: аргон, неон та чистий азот, які не містять слідів кисню, а також продуктів дисоціації аміаку. Вказані гази потребують додаткової очистки від агресивних домішок осушки, що підвищує вартість захисного газу в 2-3 рази. У зв'язку з цим чисті гази застосовують для захисних атмосфер обмежено.

У сучасному машинобудівному виробництві застосовують контролюючі атмосфери двох типів:

    1) екзотермічну нейтральну при температурі нижче 700 0С; 2) ендотермічну "універсальну", нейтральну при температурі вище 700 0С ( нижче 700 0С вона вибухонебезпечна).

Найбільш широке застосування має ендотермічна атмосфера (ендогаз), яка застосовується як для без окисленого нагріву, так і для цементації.

Похожие статьи




Хімічні процеси, що проходять під час нагрівання деталей в печі - технологія термічної обробки підвісок гальмівно-важільної передачі електровозу, виготовлених із сталі 45

Предыдущая | Следующая