Цементация в производстве

Газовая цементация.

Г.

Г. Набережные Челны

Астащенко В. И.

Вазиев М. Р.

По дисциплине химико-термическая обработка

Реферат

КАМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ИНЖЕНЕРНО

МИНИСТЕРСВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра “машин и литейного производства”

На тему: «Газовая цементация сталей».

Выполнил: студент группы 1406

Проверил: профессор

Содержание

Газовая цементация …………………………….2

Цементация в производстве………………..3

Печи непрерывного действия……………..7

Литература…………………………………..……….9

Этот процесс осуществляют нагревом изделия в среде газов, содержащих углерод. Газовая цементация имеет ряд преимуществ по сравнению с цементацией в твердом карбюризаторе, поэтому ее широко применяют на заводах, изготовляющих детали массовыми партиями.

В случае газовой цементации можно получить заданную концентрацию углерода в слое; сокращается длительность процесса, так как отпадает необходимость прогрева ящиков, наполненных малотеплопроводным карбюризатором; обеспечивается возможность полной механизации процессов и значительно упрощается последующая термическая обработка изделий, так как можно производить закалку непосредственно из цементационной печи.

Наиболее качественный цементованный слой получается при использовании в качестве карбюризатора природного газа, состоящего почти полностью из метана (CH₄) и пропанбутановых смесей, подвергнутых специальной обработке, а также жидких углеродов. Основной реакцией, обеспечивающей науглероживание при газовой цементации, является диссоциация окиси углерода и метана:

2CO→CO₂ + Cат.

или

CH₄→2H₂ + Cат, Cат→Feγ=аустенит Feγ(С).

Процесс ведут при 910 – 930 ˚С, 6 – 12 ч (толщина слоя 1,0 – 1,7 мм)

В серийном производстве газовую цементацию обычно проводят в шахтных муфельных печах серии Ц (рис. 4). Шахтные печи серии Ц (Ц-35Б, Ц-60Б, Ц-75Б, Ц-105Б) имеют рабочую температуру 950˚С, единовременную загрузку 185 – 1100 кг, диаметр рабочего пространства 300 – 600 мм и высоту 600 – 1200 мм[2]. Изделия в печь загружают на специальных подвесках и приспособлениях, которые помещают в реторте. Необходимая для газовой цементации атмосфера создается при подаче (с помощью специальной капельницы) в камеру печи жидкостей, богатых углеродом (керосин, синтин, спирты и т.д.). Углеводородные соединения при высокой температуре разлагаются с активного углерода и водорода.

Рис. 4. Шахтная муфельная электропечь серии Ц: 1 – футеровка; 2 – нагревательные элементы; 3 – муфель; 4 – решетка; 5 – загрузочная корзина; 6 – подставка под корзину; 7 – подставка под муфель; 8 – кожух; 9 – монтаж проводов; 10 – механизм подъема и поворота крышки; 11 – патрубок для отбора газа на анализ; 12 – газовая свеча; 13 – подвод карбюризатора; 14 – вентилятор; 15 – крышка.

На предприятиях с серийным масштабом производства также применяют камерные универсальные печи с герметизированной форкамерой и закалочным баком. В таких печах исключается контакт нагретых деталей с воздухом, предотвращается образование дефектов на поверхности изделий, снижается прочность.

В крупносерийном и массовом производстве газовую цементацию производят в безмуфельных печах непрерывного действия (рис. 5). В этих установках весь цикл химико-термической обработки (цементация, закалка и низкий отпуск) полностью механизирован и автоматизирован; производительность таких установок достигает 500 – 600 кг/ч и более. В этих печах обрабатываемые детали размещаются в поддонах, перемещаемых

Рис. 5. Безмуфельная печь непрерывного действия для газовой цементации:

1 – гидравлический толкатель; 2 – загрузочный тамбур; 3 – вентиляторы для циркуляции атмосферы печи; 4 – радиационные трубы для нагрева; 5 – охлаждающие трубы зоны подстуживания; 6 – разгрузочный тамбур; 7 – закалочный бак; 8 – горелки; 9 – маслонасосная установка; 10 – вытаскиватель поддона толкателями вдоль рабочей камеры.

Закалка производится непосредственно из цементационной печи. В печах непрерывного действия и камерных печах для цементации применяют эндотермическую атмосферу, в которую добавляют природный газ (92 – 95% эндогаза и 3 – 5% природного газа). Эндотермическая атмосфера (20% CO, 40% Н₂ и 40% N₂) получается частичным сжиганием природного газа или другого углеводорода в специальном эндотермическом генераторе при 1000 – 1200 ˚С в присутствии катализатора.

В генераторе протекает следующая реакция:

CH₄ + 0,5(O₂ + 3,8N₂) → CO + 2H₂ + 1,9N₂.

Основное преимущество эндотермической атмосферы – возможность автоматического регулирования углеродного потенциала, под которым понимают ее науглероживающую способность, обеспечивающую определенную концентрацию на поверхности цементованного слоя. Углеродный потенциал эндотермической атмосферы устанавливают о точке росы или содержанию в ней оксида углерода СО₂, поскольку концентрации водяных паров и СО₂ взаимосвязаны.

При небольшом содержании в эндотермической атмосфере метана СН₄ (до 5,0%) он не участвует непосредственно в процессе насыщения углеродом, а увеличивает содержание в атмосфере СО:

СН₄ + Н₂О ↔ СО + 3Н₂

СН₄ + СО₂ ↔ 2СО + 3Н₂

В этих условиях на поверхности стали практически не выделяется сажа и сохраняется однозначная зависимость между углеродистым потенциалом и содержанием Н₂О и СО₂ в атмосфере.

Для сокращения длительности процесса в промышленности широко используют газовую цементацию, при которой углеродный потенциал эндотермической атмосферы вначале поддерживают высоким, обеспечивающим получение в поверхностной зоне стали 1,2 – 1,3% С, а затем его снижают до 0,8%.

Дата добавления: 2015-05-06