автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Взаимодействие и массообмен при газовой цементации: разработка методики расчета цементационных печей

и Л .и

{[?, О' - • » ' " <

Санкт-Петербургский'государственный технический университет

На правах рукописи

Михайлов Леонид Александрович

ВоАИМОДЕйСТВИЕ И.МАССООБМЕН ПРИ ГАЗОВОЙ ЦЕМЕНТАЩИ; РАЗРАБОТКА. МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ЦЕМЕНТАЦИОННЫХ ПЕЧЕЙ

05.16.01 - Металловедение и термическая обработка нетал лов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени, доктора техгачесшгх наук

Санкт-Петербург ' - г.9С'2

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском, проектно-конструкторском и технологическом институте электротермического оборудования •

Официальные оппонента: Доктор технических наук, профессор

Хорошайлов Виктор Гаврилович

Доктор технических наук, профессор Андрюшечкин Владимир Иванович

Доктор технических наук Зинченко Валентин Митрофанович

Ведущая организация: Московский автоыобилыю-дорожный институт

Защита диссертации состоится "Д/3 "длЛсрйЛ-^ 1992 г. э \(о час. на. заседалии Специализированного совета Д063.38.08 а Санкт-Петербургском государственном техническом университете по адресу: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29, химический корпус, ауд.бЬ.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью . учреждения, просим направлять по вышеупомянутому адресу на имя ученого секретаря Специализированного совета.

С диссертацией мокно ознакомиться в фундаментальной библиотеке университета. •

Автореферат разослан " 0£э " МС^рщС'^. 1992 г.

Учений секретарь Специализированного совета ДС63.33.08, доцент, к.т.н.

Г.С.Казакевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

альн о оть__ проблема. Газовая цементация является'самым раскол.! видом химико-термическо*": обработки в машиностроении, ля ее осуществления разработаны и Екпускгиотся отечественной про-'■•л.-.енг:ость:о печи нескольких типов: универсальные камерные, шахтнке у'ельнге, барабанные и проходные толкательные, а на осноеп этих ечс" созваны механизированное неавтоматизированные агрегаты для хи-яко-т^рмич^ско" обработки издели":. Несмотря на распространеность роцесса многие вопросы, сея.'-.анные с конструкцией цементационных пе~ ей и их эксплуатацией не решены. Недостаточно разработаны теорети-еские положения, описывающие процесс науглероживания легированных тале."; нот обоснованных методов расчета параметроз процесса и газо-ого ре'гима печем, выбора длин технологических зон в проходных пе- . ах; нй определены требования к системе циркуляции печно? атмосг'е-■ы, точности регулирования углеродного потенциала атмсссеры, равно-ерности температурного поля з садке И др.

являлось изучение закономерностей массообмена при ззоео'"' цементации и разработка не этой основе научно-обоснованной етодики расчета цементационных печей, их технологического и газово-о режимов, а также, рекомендаций по конструированию и эН'ектив'ной кспгуатации этих печеГ'. Работа выполнялась в соответствии с тема-ичс-скшл планами Минэлектротехпрома на 196о-77 гг.

1. Изучено взаимодействие науглероживающих .газовых сред ссста-а СС-С09-С;-;4-:-:2С-:12-К2 С поверхностью насыщения при науглероживали. Разработано математическое описание процесса массообмена при азогоГ ыемечта^'ии и полечены аналитические выражения для определе-ия коз"Ти!:кента перехода углерода от атмосферы к поверхности насы-:ения и массоемхости углеродсодеркащих атмосфер. Установлен харак-'р рлкякия на их величину температуры процесса, состава и свойств .ечно" ат^ос^еры, а так~е скорости ее движения в садке..

2. Разработана математическая модель процесса цементации леги-юзанн'-'х стале"* з реально'" печи, отражающая основные кинетические

сгр-юдикглт^ески? закономерности ззашодеГ:с?гия науглероживающих .тыостгр с поверхностью населения, учитывающая изменение активности ггксс'ерг пси ?заичоде"ст1Н!1 ее с сатао" и влияние этого нзаимодо?-•тер«: на распределение углерода в диффузионном слое, а такяе. сеязк-

ваадая параметра процесса цементации, характеристики печи и ее газового режима' с показателями качества химико-термичэской обработки.

3. Получены решения математической модели процесса цементации, позволяющие определять характеристики диффузионного слоя, а также параметру процесса цементации: продолжительность периодов насице-ния и диффузии и активность печной атмосферы в течение этих периодов. Установлен характер влияния на продолжительность и соотноше-. ние' периодов насыщения и диффузии таких факторов как' концентрация ■углерода в поверхности изделий, толщина диффузионного слоя, температура процесса, состав печной атмосферы и скорость ее движения в обрабатываемой садке. ■

4. Получены зависимости, позволяющие прогнозировать влияние нестабильности технологических параметров процесса цементации на равномерность ее результатов. На основании этих зависимостей установлена степень влияния каждого из параметров цементации и газового режима печи на равномерность обработки изделий. ■ •

5. Установлено, что решающее влияние ца интенсивность процесса цементации и равномерность его результатов оказывает правильная организация циркуляции атмосферы в печи, обеспечивающая необходимую величину скорости атмосферы в садке и ее минимальную неравномерность по сечении садки. .

6. Получены расчетное зависимости для определения основных параметров цементационной печи и ее газового режима: величины минимально допустимой скорости движения атмосферы в садке, интенсивности цир;<уляции, атмосферы через садку, величин добавок углеводородных газов и Е0з;>уха, допустимой загрузки на загрузочное устройство и ,др. На основе подученных зависимостей разработана методики расчета цементационных печей.

7. Экспериментально изучена стойкость в углеродсодержадих атмосферах карбидкремкиевых материалов, а также определены коэффициенты трения и взаимное истирание пар "карбид кремния-металл".

Пр ает и че£ кая. ЙЙЗ-.Р^ЗУШ'2-2951

I. Разработана методика, позволяющая производить расчет параметров процесса неуглероживанмя, цементационной печи и ее газового режима: продолжительности отдельных периодов диффузионного цикла цементации; углеродного потенциала печной атмосферы по периодам; скорости движения науглероживающей атмосферы в садке; величины рас

хода •контролируемой атмосферы в печь' и Ее личин добавок природно'го газа, воздуха и экзотермической атмосферы в отдельные периода про- • цесса; Ееличины загрузки изделий на загрузочное устройство; длин технологических зон проходных толкательных печей, количества поддонов в них и темпа толкания.

2. Получены зависимости, позволяющие прогнозировать равномерность по концентрации углерода в поверхности изделий и' толщине диффузионного слоя на основании данных о нестабильности технологических параметров процесса цементации.

3. Определены требования к точности регулирования углеродного потенциала печной атмосферы, равномерности температурного поля и конструкции системы циркуляции атмосферы в цементационной печи.

4. Выявлен состаз композиций на основе карбида кремния, стойких в углеродсодертащих средах, и определены коэффициенты трения

и взаимное истирание пар "карбид кремния-металл" при работе з условиях цементационной печи.

1. Закон взаимодействия науглерояиващих атмосфер состава СО-Л^-СН^-^О-Н.,-^ с поверхностью насыщения в процессе газовой це?лентации.

2. Математическая модель процесса гаэово;. цементации легированных сталей, учитывагацая особенности его протекания в реальной печи.

3. Комплекс уравнений для определения характеристик диффузионного слоя в зависимости от расположения изделий в садке при ве-' дении процесса науглероживания как при постоянном углеродном потенциале атмосферы, так и ло диффузионному циклу.

4. Комплекс уравнений для определения параметров процесса науглероживания: общей длительности процесса и его отдельных периодов, а также величины углеродного потенциала атмосфер».

5. Методика расчета параметров процесса, газовой цементации, основных характеристик цементационных печей и их газового режгма.

6. Метод прогнозирования качества цементованных, изделий в зависимости от нестабильности технологических параметров процесса.

I. Методика расчета основных параметров цементационных пэче:!, их технологического и газового режима положена в оснспу страслвво- '

ъ

го руководящего материала РШ ОШ 216.004-7о "Печи газовой цементации (проходные, толк&тельные). Расчет газового режима и некоторых технических характеристик'". Разработан также алгоритм расчета пара метров процесса газовой цементации, реализованный в виде программы

2. В выпускаемых ПО "Азерэлектротерм" толкательных. агрегатах серии СТЦА реализованы рекомендации по организации напрагленко-" ш: куляции атмосферы через садку и применена карбидкремниевые блоки для изготовления направляющих. На основе получению: результатов СН "Азерэлоктротерм" разработало проходные толкательные цементационко закаяочно-отпускные агрегаты .СТЦА-10.240.5/3-.г:б-И1 и 0x1^-10.225. 5/3-П6-И1, предназначенные для обрабс!тки деталей буровых долот.

3. Рекомендации по точности регулирования углеродного потенци ала атмосферы при цементации использованы при разработке Смоленским ПО "Аналитприбор" систем регулирования состава печных ^тмос'ег АСГА-Ц1 и АСГА-ЦЗ-Ш, выпускаемых серийно.

4. Результаты проведенных исследований позволили создать и ор ганизоЕать производство композиций карбидкремниевых материалов, стойких в углеродсодержацих атмосферах. Они внесены 2 число рекомендуемых в отраслевой руководящий технических материал РШ ОНИ 640.040-76 "Оборудование электротермическое. Стали и сплавы. Свойства. Область применения"..Производство блоков карбидкремниен'.х направляющих освоено на Семилукском огнеупорном заводе, они применяются в печах и агрегатах типов СТЦА, СТЗА, СТОА, СТЦ и СТО.

5. Основные результаты и рекомендации работы использованы непосредственно в действующем оборудовании на Дрогобычском долотнем заводе, заводе двигателей КАМАЗа, ПО УралАЗ (г.Миасс), Нижегородском автомобильном заводе, Таганрогском комбайновом заводе и ряде других предприятий.

Суммарный реальный экономический эпФект от внедрения результатов работы составил 3 млн.руб.

Апррбапия^работи^ Основные положения диссертации и полученны результаты докладывались и обсуядатась на шестом Всесоюзном научно-техническом совещании по электротермии и электротермическому оборудованию (г.Баку, 14...16 мая 1973 г.); четвертой Всесоюзной меясвузоЕской научно-технической конференции "Научные основа автоматизации производственных процессов в машиностроении и приборостроении" (г.Москва, 29...31 января .1975 г.); четырнадцатом семи-

наре по диффузионному населению и пойр'-'тиям (г.Киев, 14...15 октября 1975 г.); Всесоюзном научно-техническом -симопзиуме "Электротермическое оборудование для ноте гитов термообработки" (г.Москва, 27___

30 декабря 1975 г.); научно-техническом симпозиуме "Новое в металловедении и обеспечении надежности и долговечности деталей машин методами термической обработки" (г.Запорожье, 27...29 сентября 1977 г.); Всесоюзном научно-техническом симпозиуме "Термическая и химико-термическая обработка в машиностроении" (г.Саратов, 19...21 сентября 197о г.); семинаре "Современное электротермическое оборудование для термообработки металличес:-:их материалов" (г.!'осква, 1...2 Февраля 1979 г.1!; Всесоюзно" научно-техничсско? конференции "Новое з металловедении и термической обработке металлов" (г.Тольятти, 13...20 снтнбря 1279 г.); семинаре "Проблемы повышения эффективности процесса химико-'.'ермическо'? обработки" (г.Миасс, Х..-.3 марта 19о9 г.).'

Их&УЛШРИ: Содержание'диссертации отражено в 32 статьях, 9 отчетах по КИР и 13 авторских свидетельствах. Список основных публикаций по.теме диссертации приведен в конце авто^-'Эферата. Полный список печатных работ и авторских свидетельств го теме включен в перечень литература, приведекш.:'5 в .диссертации.

Диссертация состоит из введения,шести глав, выводов и Приложений. Содержит 2сзе> страниц машинописного текста, 42 таблиц", 79 рисунков, список использованной литературы из 269 наименований, приложения на 93 страницах..

ОСНОВНОЕ СОДЕШАЫЕ '

В пергор главе изучен;1 современные требования к деталям, про-шедзим газовую цо.гнтацит; проанализировано качество обработки изделий в проходных толкательных цементационных печах на рдде предприятий и влияние нестабильности параметров процесса науглероживания на качество диффузионного слоя; рассмотрены современные методы -расчета процесса Газово" цементации.

Для стабильного получения заданных служебнга сеоГ-стэ обрабатываемых издели" необходимо чтобы разброс по концентрации углерода в поверхности не пг.евчгал £ 0,05?? масс, а разброс по толщине диффузионного слол, е зависимости от его абсолютной величины, находился в , ттрс делах - 0,10.. .0,20 мм. В современном печном оборудовании эти тргбгвднчг со мног,:х случаях но достигаются. Изучение качества хи-ыико-гериичс скс? обработки в II прохопнгх толкательш"х прчэх раз-

личной конструкции показало, что требования технических условий .предприятий по равномерности концентрации углерода в поверхности и толщине диффузионного слоя практически для половины обрабатываемых изделий не выполняютя более чем для 20$ объема проиаводства. Это вызывается как неправильным выбором продолжительности.науглероживания и величины углеродного потенциала печной атмосферы так и кизкоГ: точностью регулирования параметров процесса.

. 'Анализ, проведенный с использованием имеющихся литературных данных показал следующее. Уровень температуры и величина ее неравномерности оказывают значительное воздействие на качаство химико-термической обработки. Да-;е при неравномерности температуры - 10 К относительная разница толщины диффузионного слоя в деталях может составлять 6...10$. Неравномерность температуры вызывает также колебания величины углеродного потенциала печной атмосферы. При указанно" выше неравномерности температуры отклонения значений углеродного потенциала печной атмосферы от заданной величины составляют

- 0,07...0,10$ С. Это создает такую же неравномерность концентрации углерода в поверхности изделий. Меньшее влияние неравномерность углеродного потенциала печной атмосферы оказывает на толщину диффузионного слоя. Так при отклонении углеродного потенциала на

- 0,10$ С от зйд&нного значения неравномерность по толщине слоя составляет -0,12.'. .+0,08 мм.

Разработанные в настоящее время аналитические и численные методы расчета цементации предназначены для определения концентрационного профиля углерода в диффузионном слое и управления его фор- _ мированием'в процессе науглероживания. Имеющиеся эмпирические Формулы для определения толщины диффузионного слоя в зависимости от длительности науглероживания носят частный характер и неприменимы для диффузионных циклов цементации. Данных по расчету длительности отдельных периодов диффузионного-цикла цементации,-'величины обрабатываемой загрузки, расхода контролируемой атмосферы, ее состава по периодам процесса'и интенсивности циркуляции через загрузцу, величины регенерирующей углеводородной добавки- и др. в литературе не приводится. Нет также данных, позволяющих прогнозировать качество • диффузионного' слоя в зависимости от точности поддержания и рогули-резания параметров процесса цементации.

В в т ороглаве детально рассмотрены основные закономерности взаимодействия науглероживающих атмосфер состава СО-СО^-СН^-^О-

с поверхностью насыщения и диффузии углерода в легированных сталях. • •

Установлено, что интнесивность взаимодействия науглероживающих атмосфер указанного состава с поверхностью насыщения определяется скоростью протекания реакции

СО+ Нг = НеО + су_ Ге (I)

лимитирующая стадии которой лекит в диФФузионно-кинетическо": области и определяется интенсивностью отвода паров воды, от поверхности насыщения черес ламинарный пограничный слой к ядру потока атмосферы и скоростью химического взаимодействия на поверхности насыщения. На основании анализа протекания указанной реакции, проведенного на основе теории пограничного слоя, молекулярно-кинетической теории газов, теории адсорбции и теории действующих поверхностей, расчет-но-теоретическим путем получено математическое описание процесса взаимодействия науглероживающих атмосфер с поверхностью насыщения, которое имеет еид:

(2)

где - поток'углерода от науглероживающей атмосферы к поверхности насыщения. кг/(м .с); ¿р - коэффициент перехода углерода,. кг/{м .с.1) ; сг/гм - активность атмосферы; - теку-

щая активность углерода в поверхности.насыщения;, ге - координата толщины слоя, направленная по нормали от поверхности в глубь изде- • лкя, м; ~Ь - продолжительность процесса, с; .

Коэффициент перехода углерода, являющийся кинетической характеристикой процесса взаимодействия и характеризующий интенсивность взаимодействия науглероживающей атмосферы с поверхностью насыщения, определяется из следующего выражения

где ^ V'* ' - , .

х'3десь и далее единица в знаменателе размерности указывает на со-ответствущее изменение активности углерода в стали.

Кр - константа равновесия реакции (I), I/Па; Р, P^q и P¡j - соответственно давление атмосферы в пе*-|И и парциальные давления монооксида углерода и водорода в не", Па; ní - скорость деинйния науглеротавехщьГ. атмосферы у поверхности изделий, м/с; М - средняя полярная масса газово?® смеси, кг/моль; коэффициент диффузии паров годы в газово!1 смеси, v/c; Т - температура процесса,К; yt- - коэффициент вязкости г слово" смеси, Па. с; L - определяющий геометрический размер изделия, м; ■ Q.0 - начальная активность углерода в металле; и '¿г - коэ"укпиенты, величина которых зависит от отношения ( - 3,0,. = 2,0 при и г, ='2,о, гг = 0,63 при i - {о,0/а.ЯГ„-)^г\.

Правильности математического описания процесса взаимодействия науглероживающих атмосфер с поверхностью насьиения полностью подтверждается как' собственными »кспсркментальнкки данными автора,так и известными экспериментальными данными С.Нормана, У.Зксса и P.l'eí-ера, Т.Е.'мидта. 4 ■

Анализ, проведенный на основании полученного математического описания процесса взаимодействия науглеро*иза:сших атмосфер с поверхностью насыщения, показат, что интенсивность этого взаимодействия определяется величиной скорости дг-ияения атмосферы в обрабатываемо?? садке; содержанием в етмос'ере монооксида углерода и водорода и' соотношением содержали? г этнос'ере монооксида углерода и -водорода. Это иллюстрируется криг.ыми, приведенными на-рис.1 и 2.

Вгедеко понятие массоемкости углеродсРпгр^цеГ атмосферы и получено аналитическое зыра-кение для се определения, кмеэдее ¿ид -/г

0.50S10 П0ГИ, / {£961,7 -3 -É г\

fn а--——-- ехр( ——1,05ь ю т + 0,$г-40 т ), (4)

а> ¿хм г . Т

где m - массоемкость науглероживаящеА атмосферы, кг/(м5.1). ■

Анализ, проведении* на осноге выражения (4), показал, что мас-соемкость науглероживающих атмосфер определяется температурой процесса, велучипо-Ч углеродного потенциале атмсг-ер^, содержанием з. атмосфере моксокскда углерода и водорода и соотношением содержали': в атмосфере монооксида углерода и водорода. Это иллюстрируется кривыми, приведенными на рис.З и 4.

о,г ю ¿в -иг,

Рис Л. Влияние скорости дви-. жения науглероживаищей атмосферы на величину коэффициента при Т - 1203К

-- - сумма СО и Но в атмос-

Фепе 95%;--- - 4су:.ма СО

я в атмосфере 65$.

го л о ео ъгс0 %0£

Рис.2. Влияние состава науглероживающей атмосферы на величину коэффициента ¿> (Т = 1203 К, «г = I м/с, Л-Р 1% С)

т-403, кг/с*3-1)

а.а <Я9

10 Слтм. 1&С

Рис.3.Влияние температуры и углеродного потенциала, науглероживающей атмосферы' на величину ее массоемкости (А - эндотермическая атмосфера; Б - атмос^еиа из метилового спирта)

¿о -«о «го гГсо, ао

Рис.4.Влияние состава науглероживающей атмосферы йа яел::-чину ее массоемкости (Т'=1203К, = 1$ С) ■

Получены ^чраж<$ния первого и второго законов Шика с использованием понятия активности углерода б легированном аустекитг:

ЭаШ - д2а.(се.-Ь)

ЯЬ (6)

^ I = р <0* , пт.ыу _ По. .

о^ехр(^)

а,(х-,текучая активность углерода б диффузионном слое; ¿р - ■ удельная масса металла, кг/м3; ¡/л - коэффициент легирования.

Выражения (5) и (6) справедливы для сталей с коэффициентом легирования 0,9...1,1 (что характерно'практически для всех цементуемых сталей) п^л постоянной температуре. Правомерность вг.ра-лений (5) к (6) подтверждается известными экспериментальными данными Р.Мейера и Т;йкидта, а такие сравнением профилей распределения углерода в диффузионном слое; рассчитанных-с использованием указан- . ных .выражений и по известным зависимостям с учетом изменения коэффициента диффузии углерода в металле от его концентрации.

на основе результатов проведенных исследований предложена математическая модель процесса цементации, полностью отражавшая его особенности при проведении в реальной печи и г.клпчающая:

- уравнение нестационарной диффузии

е исг

ное условие

О* ~--Ж >• О, ¿<=0

■^—^сг-^Г ; -о (7)

- начальное условие -

■ 03)

- граничное условие

- ¿а 3 О)

уравнение баланса

характеристику атмосферы

а.

ЛТМ уа0 в О. дТАГ . (II)

где ) - активность углерода в металле; - ак-

тивность углерода в поверхности насыщения; <^ягм - актив-

кость атмосферы; - активность атмосферы на вхо-''

де в садку; ^ - протяженность сэдки по направлению газового потека, м; ю - удельная поверхность садки на единицу высоты загрузки (по координате -у ), и'/и; Vп - расход науглероживающей атмосферы, м3/с.

Приведенная математическая модель процесса цементации отражает основные кинетические и термодинамические закономерности взаимодействия науглероживающих сред с 'поверхностью насыщения, учитывает изменение активности атмосферы при взаимодействии ее с садкой и влияние этого изменения на распрделение углерода в диффузионном слое, . ■ ' изделий, а также связывает все параметры-процесса цементации, в.том .числе и определяющие конструкции печи, ее технические характеристики и параметры газового режима с показателями химико-термической обработки. Приведенная математическая модель применима для описания процесса цементации шрокого класса цементуештх марок старей с науглероживающих средах, содержащих монооксид углерода и водород, в широком интервале температур.

Система уравнений (7)... (II), была реисна. с использованием метода Функции Грина в безразмерном Еиде применительно к условиям, характеризующим ди'Фузионшг" цикл цементации..

Для условий, имеющих место в период насыщения (а также и в условиях ведения процесса науглероживания при постоянном углеродном потенциале атмосферы), когда начальное распределение углерода, я металле записываемся з безразмерном гиде кат: ,

:/i0= соп5±,л (I2)

полученные решения имеют вид

Wrri-J-O-Ajexpfri^etfcfa/v^y; (М)

' - К - Ф.^М^) * +

1/V2» '•

' ' (14)

X*. в?-виг/с) . •

Л ¡Л - (/в% ivfcfa )] Л.' ч (15)

Для условий, имеющих место в период диффузии, когда начальг ное распределение углерода в диффузионном слое в безразмерном виде .записывается как.

- F*(x.y)°'HtX-HeY.+lt3XY+H4, (16)

полученные реши ;я имеют , вид.

OlfcXv)* Н4 -Н<Х-НгГ* НгГУ*[о!(Г-г) * HtY- НА-

„ 0г*-("г+ну- н4 ■

X = --------:-,

{ f^' VА (19)

Jk. . v к . IL ' ЯистЬ где а '/' mVn >ft = Лл ¿г .

1 <*-mt Ллт«

алтм0 - активность атмосферы иа входе в садку в период насыщения; & и ла - безразмерная продолжительность соответственно периодов

насыщения и диффузии; О г - безразмерная концентрация углерода на заданноГ: толщине слоя; бд - масштаб по координате ос , м;

- безразмерные параметры, характеризующие распределение концентрации углерода в слое в момент начата периода диффузии. Индексы "н" и "д" означают, что данная величина относится соответственно к периодам насыщения или дпФФузии.

Экспериментальная проверка выражений (14) и (18) показала удовлетворительную сходимость расчетных и полученных при эксперименте распределен!:"! углерода в дп'Фузионных слоях изделий, прошедших цементацию при постоянном углеродном потенциале атмосферы и по диффузионному циклу, что свидетельствует о справедливости разработанной математической-модели процесса цементации.

получено в безразмерном виде решение обратной задачи диффузии углерода.в стали, описыдаемоП уравнениями (7).. (II). В основу решения было'положено'распределение концентрации углерода з диффузионном слое, получаемое при цементации по диффузионному циклу. При условии, что ¿3,, =- I и а. дтм 0 - I, что справедливо для'большинства случаев проведения процесса цементации, основные параметры процесса определяются следующими зависимостями:

- общая продолжительность науглероживание

- продолжительность периода диффузии/

= 4?г00+ ' . (21).

- величина активности атмосферы в период диффузии

а- = Г , Дйга^л д (22)

' Л 1 /-"?ц0 /йг Л

где

1/ / КЁ" 1 ) 1- ] <Zi-Q-*TM* .

'К ,- безразмерная продолжительность науглероживания; и ¿z3 -заданная активность углерода соответственно на поверхности изделия и толщине диФ'-узионного слоя; - активность атмосферы tea

входе в сацку е период диФФузии; сС - снижение активности углерода от ее значения на поверхности изделия на толщине слоя Са .

Экспериментальная проверка выражений (20)...(22) показала хорошее совпадение полученных экспериментально проФилей распределения содержания утл ерода в диффузионном слое с рассчитанными для параметров эксперимента, что свидетельствует о справедливости полученных зависимостей.

Раочетно-теоретический анализ, проведенный на основе уравнений (20)...(22), показал следущее. Продолжительность процесса науглероживания зависит от интенсивности, массообмена на поверхности наалценкя. Это -иллюстрируется кривыми, приведенными на рис.5, из рассмотрения которых следует,- что увеличение, скорости движения науглероживающих- атмосфер приводит к сокращения длительности процес- -са, особенно значительному для атмосфер с малым содержанием моко-. оксида углерода и водорода и' высоких температурах процесса. Для каждой атмосферы и конкретных условий процесса имеется такое значений скорости ее движения, увеличение сверх которого не снижает продолжительность науглероживания. -Отношение длительности периода диффузии к общей продолжительности процесса (определяющий параметр для проходных цементационных печей) практически не зависит от толщины ■ диффузионного слоя, а определяется заданной величиной концентрации углерода в поверхности изделий. Это иллюстрируется кривыми, приведенными на рис.б. .

приведены полученные на основании проведенных исследований данные, необходимые для разработки методики расчета печей газовой цементации, получены зависимости, необходимые для создания этой методики, а также разработаны рекомендации по конструирова-

и-Лг,

о,?. 0,3 и 2,В ¿,5 Щм/с

Рис.5. Влияние скорости движения некотор^:4 науглероживающих атмосфер на суммарную продолжит ел ьно сть периодов" насыщения и дц-¥у-зки: 1 - эпдо-экзотермичес-кал атмосфера (СО - Р.0%,

- гЛу)'£ - эндотермическая атмос'-епа (СО - 20$,

- 40,0; 3 - атмос'епа из метилового спирта

(СО - 33$, Н'0 - 67$)

- - толщина слоя 2,4-мм;

—- толщина слоя 1,5 мм.

Рис,6. Влияние толщины диффузионного слоя и концентрации углерода в поверхности изделия на отношение продолжительности периода диффузии к,обще:; длительность процесса кауглепожиу вания . с- ■

1 - пр} 0,6.19"°

кг/ (м \с.1): с

2 - при I 4.10"°

3 - пга о/= 3.10"° •

кг/(м ,С.I)

нию цементационных печей и составлена методика их расчета.

■ На основании зависимостей (18) и (20) получены уравнения для прогнозирования неравномерности результатов науглероживания при иззестных параметрах процесса и их нестабильности. Для определения неравномерности по содержанию углерода было получено выражение '

АС*\лп? + (Улпгг+ (пгАУ)гу'', (23)

ГДе ' Л ^ ее

А _ -О2 ^

¿С, а ц(гаПгг лУ - колебания значений соответствующих величин.

Для определения неравномерности по толщине диффузионного слоя было получено выражение

где о — заданная толщина диффузионного слоя; л О, л л-д,,

4/3,

лА^/д. — колебания значений соответствующих величин«

Расчетно-теоретический анализ с использованием уравнений (23) и (24) позволил установить степень влияния отдельных Факторов на значения неравномерности по концентрации углерода и толщине диффузионного слоя. Основное влияние на величины лС и ли оказывает скорость газового потока и равномерность.ее распределения по сечению садки, характеризуемая отношением А4#М и обусловленная конструкцией-системы, принудительной циркуляции атмосферы, загрузочного устройства и способом укладки обрабатываемых изделий. Та- • кие показатели процесса как точность регулирования углеродного потенциала атмосфера, равномерность температурного поля в садке,длительность' науглероживания,и площадь цементуемой поверхности язде--

ли"; з менькей мере влияют на качество хкмпко-термическо,'} обработки. Это иллюстрируется графически зависимостями, приведе::н:~гл на рис.7 и в, показывающими характер влияния указанных величин на значение л С . Аналогичный характер имеет зависимость л б' от этих го Факторов.

На основании выражения (20) получено уравнение для определения минимально допустимой велотины скорости движения, печной атмосферы в загрузке, имеющее вид

• • • . ■ I

V I- °'п г -зХа- у-5*

(25;

Как видно из выражения (25),' величина минимально допустимой скорости движения печной атмосферы в садке определяется, з основном, составом атмосферы, температурой процесса и толщиной диффузионного слоя. Расчетно-теоретический анализ, проведенный с использованием этого уравнения, показал, что использование атмосфер с высоким содержанием моксоксида углерода и водорода позволяет снизить скорость движения атмосферы, в садке..При цементации на больсне толщины слоев скорость атмосферы ниже, чем на малые. С увеличением температуря процесса скорость движения атмосферы должка быть увеличена. Это иллюстрируется графиками, приведенная? на рис.9 и 1С.

Требуемые характеристики диффузионного слоя могут быть подучены только при поддержании заданного состава атмосферы в отдельное периоды процесса цементации. В период нагрева для создания равновесной атмосферы следует вводить газ-разбавитель с невысоки,! углерод-ига потенциалом. Для определения доли газа-разбавителя от общего потока атмосферы, подаваемого в печь в период нагрева, подучена зависимость . . ■ .

Фн ------ , (£3)

р;0 Р„2 - ;<Г1 ^

где а' - . г .

дС, /о£

ч

\ s ч

ч ч

V/ \

\ Ч А

f'^.Ar

— -—

_И:

юг с-М ом ¿Сд,%(У*о,з)

Рис... /ллсстрация слияния па неравномерность по концентрации углерода в поверхности изделия скорости движения печной атмосферы V^ ), равномерности ее распределения в .садке ( ), точности регулирования углеродного потенциала атмосферы (А С а.) и величины науглероживаемой поверхности садки

I - ¿г - 0,2 м/с,

2-^=1 м/

3 - V = 2,53 м/с; А - = 1,0,

в - Л¡V - 0 5 В— .¿-»у*/ = 0,2 ■

гис.8. Иллюстрация влияния на неравномерность по концентрации углерода в поверхности изделия неравномерности температурного, поля в садке ( л т) и толиины диффузионного слой ( ¿>~"i. I- Vi,.0,2B/C, Р. ~ = 1м/с . ■ а - = .1,2 м/с, 4 - V = 2,24 м/с; А - =1,0, Б - = 0 5 В - = 0 2 « - Г = 0,5' У - У = 0 3, . 2 - У = 0; . f " 'л Со. = 0,1% С, / - 4C«. =. 0,05% Ö, 7 ~ ,а Со. . е 0,02% С

Ч»/С

V/, м/с

ОО бо 0 дю £!/■', е.гг ОМ

Ркй.9. Влияние состава печной атмосферу на величину минимально допустимой скорости ее движения у поверх-нести^менту^изд^и^.

о* - 2,4 мм)

Р!:с.Ю. Зависимость величины минимально допустимой скорости движения некоторых контролиоуе-

атмосфер от толщины с.-.о/Ги температур1' процесса - - эндотермическая атмосфера; ---- • атмосфера из метилового спирта'

срн - доля газа-разбавителя от общего, расхода атмосферы риоч нагррра; К Гг ~ константа равновесия реажни

2СО ^г СО, у. с

г3

сог

парциальное давление диокси-

да углерода в газа-разбапителе, Па; Со - начальная концентра-пня углерода в металле, % масс.

Для вссстайовленкя активности печкой атмосферы в период на-счцекия непосредственно в то место рабочего пространства печи, где она вьтгодкт из обабатываемон сапки, вводят добавку углеводородного гша (метана или природного 1 в количестве, определяемом по Формуле:

м3/с; . о /_.

^СЩ,

Г

к

дтм

(27*

V с нч - расход метана для регекероаии печной атмосферу, Vяти - расход свежей науглеро-киваящэЧ атмосферы в печь.

« п

СЧл - парциальное давление метана состветст-

то

г-с-нно в печкой и регенерируемой атмосфере, Па.

Для определения величины парциального давления метана в реге-ч нерируемой атмосфере на основе анализа кинетических закономерностей: протекания реакций взаимодействия метана с'водяными парами-и ■ диоксидом углерода получено следующее выражение _ .

Уч - г Г ,

' Гк\к1\'о Г^Ч1 J

* Я /"*/" \ Гс°

где , м/(Па..с);

' -К'ЦОвгзГ'е*/—?*-) , 1/Па; . '

к*'- коэффициент, показывающий сколько единиц плсщади приходится ка единицу объема'свободного пространства печи, и"/м3; -.свободный объем рабочего пространства печи, к3;а?- активность атмосферы в период насыщения на выходе из,садки.

При расчете расхода метана, необходимого для обогащения свежей, поступавшей в печь атмосферы, активность которой нике.требуемой, в уравнение (26) 'вместо "^¿ги/ ^^ | . -н КУ-"Н0 подставить активность отой атмосферы. - .

Б период диФФузии, для поддержания заданной, величины активности -атмос-Феры, в печь наряду'с'углеродсодержащей атмосферой должны вводиться добагки углеводородного газа и' воздуха. Последняя вычисляется по полученной на основе анализа -кинетических закономерностей реакций окисления монооксида углерода и водорода Формуле

,/ ^ЪФ-™(у.Щ^-О-^ У„И._ , '(29,

■ ' О у- I •' I ' ' ' ' *

где" Iх-,I У'Н ~ активность атмосферы в период диффузии на

: выходе из садки; к.р^ - константа равновесия реакции водяного газе • ' Получен ряд уравнений'.для определения специфических характеристик проходных. толкательных. печей для газовой цементации.

На основе зависимостей (3), (4S, (13)...(15), (17)...(29) была разработана методика расчета печей газовой цементации, позволяющая определять следующие величины:

- минимально допустимую скорость движения и интенсивность циркуляции атмосферы через обрабатываемую садку;

- продолжительность технологического процесса цементации по диффузионному циклу, а также длительность периодов насыщения и диг-г фузии;

- расход науглероживающей атмосферы в отдельные периоды процесса и величины добавок углеводородных газов з периоды насыщения ■ и диффузии, воздуха в период диффузии и газа-разбавителя в период нагрева;

- углеродный потенциал атмосферы в отдельные периоды процесса;

- содержание паров воды и диоксида углерода в атмосфере з отдельные периоды процесса;

- допустимую нагрузку на одно загрузочное устройство;

- специфические характеристики проходных цементационных печей: длины зон нас'тцения и диФФ:узии, количество поддонов в этих зонах, темп толкания.

Разработан ряд практических рекомендаций по ведению процесса цементации. Показало, что для обеспечения равномерности по концентрации углерода в поверхности изделий в пределах ¿ 0,05$ С необходимо, чтобы равномерность температуры в садке составляла не белее - 5 К, а точность регулирования углеродного потенциала атмосферы была - 0,05$ С. Скорость движения печной атмосферы в садко, "•■'численная по Формуле (25), также обеспечивает современные требования по качеству дифФусионного слоя. Разработаны рекомендации по организации циркуляции печной атмосферы, разделению "технологических зон в проходных толкательных 'печах, размещению гоэопеодое.

С целью упрощения конструкции проходных толкательн'.'х печей и повышению загрузки на поддон были проведены исследования по изысканию композиций на основе карбида кремния, стойких в углеродосодер-жащих атмосферах, из числа разработачн'-'х Всесоюзным институтом огнеупоров. Бчли также определены коэффициенты трения и дз износ пар "карбид кремния-металл". Было установлено, что вк^окой стойкостью в углеродсо,держащих атмосферах (не менее 72.1С°с) обладают карбид кремния на кремнеземистой связке с доб азкоГ аятиэипо-

ванного пиролюзита и карбид кремния на оксинктридной связке с до-Саько:1': металлического кремния. В паре со сплавами Х1Ш10Т и Х22К35С2 при скоростях взаимного перемещения 0,055.. .0,20<3 м/с, удедьн'-х нагрузках 4о,6...117,7 «Па.в интервале'температур 300... 1100 К коэффициенты трения в воздушной и эндотермической атмосферах не превьтахт 0,Ь. Износ сплавов XlbHIOT, Х22К35С2 и Х25Н19С2Я ' составляет 0,413.. .0,45-1 кг/м^ на 1000 м пути трения, а карбида кремния 0,426 кг/м^ на 1000 м пути трения. Определен состав связу-сщей массу для крепления карбидкремниевых блоков в печи.

3~]8SS192~IMS§ приведены данные о внедрении и промышленной проверке полученных результатов.

Разработанная в данной работе методика расчета процесса газо-во? цементации, параметров цементационных печей и их газового режима была положена в основу созданного во БНЙЙЭТО отраслевого руководящего технического материала РТМ 0НН216.004-7о "Печи газ0Е0П цементации (проходные толкательные).. Расчет газового режима и некоторых технических -характеристик". Разработан также алгоритм расчета параметров процесса газовой цементации, который реализован в гиде программы' 14КА5(разработчик - Самарский политехнический институт), предназначенной для выполнения расчетов на персональных компьюте -psx IBM PC/XT/ATили совместных с ниш. Указанная методика была также'использована НПО "Информатика" (г.Самара) при разработке отечественной гибкой производственной системы управления технологическим процессом-химико-термической обработки деталей, внедренной на ПО УралАЗ. • •

Непосредственно в цементационных печах типа 0KB-2I44, входящи "г- "состав проходных толкательных агрегатов типа 0КБ-2146 Ki 3...6.К Дрогобычском долотном заводе были внедрены: системы развитой и направленной циркуляции печной атмосферы (включаяя систему с инжектс рами в печи 6); разделение технологических зон двойными перегородкам с установленными в них свечами для отвода отработанной атмосферы; раздельное снабжение отдельных зон технологическими газа ми (эндотермической атмосферой, природным газом и воздухом). В ре зультате производительность агрегатов увеличилась на 20% (от 0,055 кг/с для агрегата '<"- I до 0,067 кг/с для агрегата.Р 6 и 0,074 кг/с для агрегата i 4), неравномерность по концентрации уtj рода в поверхности шарошек снизилась до - 0,06^ С. Было достигнув

требуемое по техническим условиям распределение содержания углерода в ггФузконном слое.

Промышленная проверка полученных в работе результате;; б:та проведена путем сравнения значений неравномерности по концентрации углерода з поверхности шарсиен буровое долот, преледпих цемгнтглт з агрегатах 0KE-2I46 .V-.T- 4 и о Дрогобычского дслотного завода, со значениями этого показателя качества, определенней по зависимости (23) для реальных условий процесса. Расчетные и экспериментальные значения равномерности концентрации углерода з поверхности перепек составили соответственно для агрегата 4 - 0,Се5 и 0,С92 f С, для агрегата Î? 6 - 0,0ob и 0,0ti4 % С. Зто свидетельствует о правильности разработанной математической модели цементации и ее решений,

Основываясь на данных о влиянии скорости движения кауглерот.!-'ваюцнх атмосфер в -садке на интенсивность науглероживания СКЕ Саратовского ЗЭТО разработало для серийных цементационных печей типа СТЦ стандартные одно- и двухрядну-о секции на четыре поддона по длине со сводовым вентилятором, какачгаив своде и боковыми промежуточные металлическими стенками. СКВ СарЗЗТО разработаю так--; универсальные блоки из карбида кремния tiKC.2cO.67ci, tiHC.2C0.6aC, oKC.2cO.cdI, 8KC.260.6j2, tiKC.260.ti33, dKC.260.o34. Ib этих блоков набирается под проходной толкательной печи, чем исключается использование направляющих из дефицитных хромоникелевых сплавов.

Данные о влиянии точности поддержания технологических параметров процесса цементации на качество обработки были использованы при разработке технических требований к системе регулирования состauа атмосферы в печах газовой цементации. На основе этих требований Смоленским ПО "Аналитприбор'1 разработаны и выпускаются сс-ри"но установки типов ЛСГА-Ц1 и ЛСГА-ЦЗ-MI, которые при работе с атмосферами типа.эндотермической обеспечивают измерение и регулирование углеродного потенциала-атмосферы в интервале 0,2...1,5 Г*. С с то"-ностью 0,05 % С. В этих установках используется узел, создаьны" с соответствии с а. с. 715630.

С использованием ТТЛ ОНН216.004-7а были разработаны тохыпчгс-кие требования к проходны.! толкательным цeмeнтsциoi^^;o-^зaKiV-oчнo-c-'•.,-пускным агрегатам для химико-термической обработки карелок я ляп буровых долот. На основе требований к диффузионному слою и другн-' характеристик всей номенклатуры деталей буровых долот для отдельна групп издзлий были определен!-1 параметр» процесса науглероживания,

газовый режим цементации шарошек и лап долот, длины технологических зон отдельных типоразмеров печей, количество поддонов ¿"изделиями в зонах насыщения и диффузии, а также темп толкания при обработке отдельных групп изделий..В таблице приведены параметры газового режима и число поддонов в основных технологических зонах для цементационных печей, обеспечивающих обработку шарошек к лап.всех выпускаемых типоразмеров. На основании этих данных СКВ "Азерэлектротерм" разработало проходные толкательные цементационные агрегаты СТЦА-10.240. 5/3-П5-И1, предназначенный для цементации шарошек долот, и СТЦА-Ю.225.5/3-П6-И1, предназначенный для обработки лап буровых долот.

Опытные партии напрзрляющих из карбида кремния были внедрены в толкательных печах нктроцеыентации типов СТЦЛ--10.60Г5/3 к 17-П-04<3, установленных на заводе коробок скоростей в г.Нижний Новгород и в цементационных толкательных агрегатах СТЦА-Ю.100.5/3 и СТИА-Ю.100.5/10 установленных на Челябинском заводе тракторных агрегатов. Начиная с 1972 г. Семилукский огнеупорный завод ежегодно выпускает от-25С000 до ЗООС'ОО кг блоков карбидкремниевых направляющих различных модификаций. В том числе изготовлено 12а200 кг блоков направляющих из- карбида кремния на кремнеземистой связке с добавкой активированного'пиролюзита (а.с. № 3492аб).

Ряд разработок-, имеющих практическое значение, созданных в процессе выполнения данной работы, внедрен на отдельных промышленных, предприятиях. Данные о влиянии скорости печной атмосферы на интенсивность науглероживания были использованы при реконструкции печи газовой цементации 21-поддонного проходного толкательного агрегата на ПО УралАЗ, что позволило улучшить качество обработки. На заводе двигателей КАМАЗа осуществлен перевод процесса гэзоеой цементации шестерен с контролируемой атмосферы, содержащей СО и Н<> по 20 % об. на эндотермическую атмосферу с содержанием СО и Н^ соответственно', по 20 и 40 % об. В результате для различных типов изделий получено ускорение процесса науглероживания на 15...34 %. На Нижегородском автозаводе с 1979 г. используется изобретение* по а.с. I»" 414570 "Ре-' гувятор соотношения двух потоков газа". На Таганрогском комбайновом заводе с 1975 г. используется изобретение по а.с. Х- 476339 "Сцособ цементации". В системе Минаьиапромь с 1977 г. используется изобретение по а.с. № 373313 ''Смеситель".

Таблн'

■ид Технологи- Коли- Расход газев, .Ж?

:зделия ческая зона чество поддонов Эндотермическая атмосн е- Метан Воздух 3' 41 м! . - я

!ароика урово-'о до-юта надреза насыщения ди^'узии 43 12 _______ 2,36 Г6,77 5,00 2,2й 0,033 0,011 Г и

подступинация 0,С5о 0,0055

Всего 24,5с} 2,31о5 0,011 0

[ала ¡урово- юта нагрева насыщения диффузии 54 6 • 2,36 19,17 2,50 0,972' 0,033 0,00оЗ 0; ,417

псдстутшва-ния 0,55 0,0055 тт

Всего 24,5о 1.01С5 0,00оЗ 0, ,417

ВЫВОДЫ

1. Проведено комплексное теоретическое и экспериментальное мучение процесса газовой цементации. Исследовано взаимоде'ст'ке «егду науглероживаете.1? атмосферой и поверхность» нас-течил; опрпде-:екы закономерности массообмена при науглероживании реальной сачки •одели". Разработана математическая модель процесса цементации и

1а ее основе создана методика расчета цементационной печи, технологических параметров процесса цементации и его газового р^имь.сбес-1ечива"яцлх требуемые показатели качества химико-термической сбрабог-<и. Разработаны практические рекомендации по конструиропа.чи'о цеме».— гшионнкх печей, организации'их газового режима и ведении технологического процесса.

2. Расчетно-теорзтическо? исследование взаимодействия науглероживающих атмосфер состава СО-СО^-С-^-КпО-г^ -Мо с поверхностью насыщения позволило выявить закон этого взаимодействия и разработать его математическое описание. Готучено выражение для определс-

ния величины коэффициента перехода углерода, характеризующего интенсивность массообмена между печной атмосферой и поверхностью насыщения при науглероживании изделий. Проведенный на основании этого выражения анализ влияния отдельных Факторов на' интенсивность взаимодействия науглероживающих атмосфер с поверхность» насыщегаш показал, что решающее влияние на величину коэффициента перехода углерода оказывает состав науглероживающей атмосферы й скорость ее движения у поверхности изделий. ,

3. Получено аналитическое выражение для определения величина массоемкости атмосфер состава СО-СО^-СН^-К^О-К^-И^. Проведенный на основе.этого выражения анализ влияния отдельных параметров процесса на величину массоемкости показал, что наибольшей массоем-

.костью обладают атмосферы с высоким содержанием монооксида углерода и водорода и соотношением этих компонентов, близким к единице. С увеличением температуры процесса и углеродного потенциала атмосферы величина массоемкости уменьшается.

4. Разработана математическая модель процесса газовой цемента- * ции, представляющая собой третью краевую задачу нестационарной диффузии,- записанную с использованием величины термодинамической ак- ' тивности углерода в металле. Эта модель отражает основные кинетические и термодинамические закономерности взаимодействия науглероживающих газовых сред состава СО-СО^-СН^-^О-^-^ с поверхностью легированной стали, учитывает изменение активности печной атмосферы, при взаимодействии ее с садкой и влияние этого изменения на распределение. углерода в диффузионном слое изделий, а также связывает основные конструктивные характеристики печи, параметры'ее газового

и технологического режима с показателями качества химико-термической обработки. Получено аналитическое решение математической модели процесса цементации относительно функций, характеризующих распределение углерода в диффузионном слое изделий в зависимости от их расположения относительно рулевого сечения садки, распределение активности атмосферы в садке и толщину диффузионного слоя в зависимости," от расположения изделий относительно нулевого сечения садки.

• ' 5.. Получена система уравнений, представляющая собой решение обратной задата диффузии углерода е стали, описываемой математической. моделью процесса цементации,, и позволяющая определять основные . параметры процесса: общую продолжительность науглероживания, дли-

тэльность периодов насыщения и диффузии, а также активность печной атмосферы. Проведенный на основе этих уравнений анализ влияния определяющих факторов процесса цементации и характеристик диффузионного слоя изделий на общую продолжительность науглероживания и длительность периодов насыщения л диффузии показал, что помимо температуры, толщины диффузионного слоя и начальной активности углерода в стали длительность науглероживания определяется также интенсивностью массообмена между печной атмосферой и поверхностью насыщения, то есть величиной линейной скорости движения науглероживающей атмосферы у поверхности насыщения; установлен затухающий характер этого влияния от величины скорости атмосферы. Установлено, что отношение длительности периода диффузии к общей продолжительности процесса науглероживания определяется требуемой концентрацией углеро-' да в поверхности изделия и мало зависит от толщины диффузионного слоя.

6. Получены аналитические зависимости, позволяющие прогнозировать неравномерность по содержанию углерода и толщине диффузионного слоя цементованных изделий'при известной нестаблиьности параметров технологического и газового режима. Установлено, что основное влияние на величину неравномерности по содержанию углерода в поверхности и толщине диффузионного слоя изделий оказывают важнейшие параметры газового режима - скорость газогого потока и равномерность ее распределения по сечению садки, обусловленные конструкцией системы циркуляции, загрузочного устройства и способом укладки обрабатываемых деталей. Увеличение точности регулирования углеродного потенциала атмосферы и улучшение равномерности распределения температуры по садке дают положительные результаты только при правильной организации газового режима.

7. Установлено, что скорость движения науглероживающей атмосферы в печи оказывает существенное влияние на продолжительность процесса науглероживания. Получено аналитическое выражение для определения минимально допустимой скорости движения атмосферы в садке в зависимости от ее свойств и состава,' температуры процесса и требуемого качества химико-термической обработки. .Показано, что увелнчсгме скорости движения атмосферы сверх минимально допустимой практически не приводит к сокращению длительности процесса, науглероживания и уменьшению неравномерности его результатов.

д. Ка осксне полученных результатов исследований разработана методика распета основных параметров цементационных печей, их газового и технологического режима, обеспечиваших требуемое качество химико-термической обработки. Эта методика положена в осноеу отраслевого руководящего технического материала РТМ СКК215.0С4-7с1 "Лечи газовой цементации (проходные, толкательнне). Расчет газового режима и некоторых технических характеристик". Разработан таю.:е алгоритм расчета параметров процесса газовой цементации, который реализован в виде программы 14ДА& , предназначенной лля выполнения расчетов на персональных компьютерах Ша РС/.ХТ/АТ/2 или совместных с ними. Бее эти материалы были использованы при создании НПО "Информатика" (г.Самара) систеш управления процессом химико-термической обработки, внедренной на ПО УралАЗ.

Разработаны рекомендации по организации газоснабжения цемен-тационн>тс печей, требования к конструкции системы циркуляции печной атмосферы, а также требования к точности регулирования углеродного потенциала печной атмосферы и равномерности температурного поля в рабочем пространстве печи. Показано, что точность регулирования углеродного потенциала печной атмослеры £ 0,05 % С и равномерность температурного поля в обрабатываемой садке - 5 К обеспечивав? современный уровень качества диффузионного слоя.

9.Проведен комплекс исследований по изучении стойкости когттези-иий на основе карбида кремния в углерсдсодержащнх атмосферах, определению коэффициентов' трения и взаимного истирания пар "карбид-кре! нкя-металл'\ Катаная с 1972 г. ежегодно выпускается от 250ССС кг да 300000 килограммов блоков направляющих, которые используются в тол,' тельных печах и агрегатах СГЦА, СТЗА, СТСА и СТО. Композиции карби: кремниевых материалов, стойкие е углеродсодерт.ащих средах, внесены в число рекомендуемых в отраслевой руководящий технический матерка PT.il 0КН640.040-76 "Оборудование электротермическое. Стали и сплаЕК Свойства. Область применения".

10. Результаты данной работы были тазгке внедрены:

- непосредственно в действующем оборудовании на Дрогобычском дс'готном заводе, заводе двигателей КАМАЗа, Г.О УралАЗ, пкт.;егородско сьтсдмобильном заводе, Таганрогском комбайновом заводе, Челябинском заводе трат:торных агрегатов и ряде других предприятий;

- при разработке Смоленским ГО "Аналитприбср" систем регулк.рс

накия состава углеродсодержатих печньтс атмссгер типов АСГА-Ц1, ЛСГА-1'3-"1, выпускаемых серийно;

- при создании конструкции цементационных проходн-х толкатель-ных пече/, входящих п состав агрегатов типа СПДЛ, выпускаемых в настоящее время серийно ГО "Азерэлектротерм", а также при разработке проходных толкательн'эс агрегатов СТЦА-!0.240.о/3-П6-И1 и СТЦА-10. 22Ь.5/3-16-И, предназначенных для цементации деталей буров-^с долот .

Ряд разработок из числа внедренных, защииенавторскими свидетельства™ 349200, 373313 , 414570 , 476339 , 715630.

Суммарный реальный экономический зг'ект от внедрения результатов работы составил 3 млн.руб.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Г.ементация шарошек буровых долст в безмуФельных печах ОКБ-2144/ С.И.Кантор, Б.И.Раузин, Л.А.Михаилов, Ю.Г.Сенечко // Электротехническая промышленность. Электротермия.- 1970. - Вып.95.-С.3-6.

2. Рауэин Б.И., Михайлов Л.А. Определение оптимальной скорости циркуляции атмосферы при цементации // Металловедение и термическая обработка металлов. -1971.-;; II. - С.33-36.

3. Процесс газовой цементации в безмуфельных методических печах/ Е.И.Раузин, С.И.Кантор, Л.Л.Михайлов, Э.Я.Ыахтингер// Труды ВИПИ электротермоборуд. - 1972. - Вып.5. - С.49-55.

4. Михайлов Л.А. Комплексное исследование по повышению параметров проходных цементационных печей // Нагрев сопротивлением: Тез. зокл.шестого Всесоюзн.научно-техн.совещания по электротермии и электротерм.оборуд., Баку, ма? 1973..-!.".., 1973.- С.36-40.

5. Еусло=ич II.¡Д., Михаилов Л.А. Пот^тзение параметров проходных цементационных печей // Интенсификация процессов химико-термичес-ко" обработки: Материалы семинара, Москва, март 1973г. -М., 1973. - С.104-Ш.

6. "кха^лов Л.Л. Современное состояние электротермического оборудования для химико-термическо" обработки // Научные основы автоматизации производственных проыэссоз в машиностроении и приборостроении: Тез.доклДУ Всесоюзн.межвузовской кон"., Уоскна, январь 1975 г. - М., 1974г. - С.53-54.

7. Михаилов Л.А. Расчет основных параметров процесса цементации // Электротехническая пром'-•тленность. Серия Электротермия -IC74. - Ben.11(147). - С.9-10.

ö. Буслович Н.М., Махтингер Э.Я., Михайлов Л.А. "Определение иас-соемкости эндотермической атмосферы // Электротехническая промышленность. Серия Электротермия. - 1975. - Вып.2(150).-С.ö-9.

9. Михайлов JI.A. Кинетические и термодинамические свойства иаугле-роживавщих сред // Электротехническая промышленность. Серия Электротермия. - 1976. - Вып.о(16о).-С.7-о.

10.Буслович K.M., Махтингер Э.Е., Михаилов J1.A. Расчетно-теорети-чгский анализ взаимодействия науглероживающих сред с поверхностью металла // Электротехническая промышленность. Серия Электротермия. - 1977. - Bb'n.I0(Iü2).-C.ü-I0.

П.Михайлов Л.А. Расчет параметров процесса и газового режима при цементации // Металловедение и термическая обработка металлов.-I97Ü. - Ii 7. - С.71-75.

12.1.1ихайлов Л.А. Определение параметров газовой цементации в промышленных печах // Электротехническая промышленность. Серия Электротермия. - 1977. - Вып.12(Ь4). - C.I-3.

13. Михайлов Л,А. Расчет параметров газового режима цементационных печей // Электротехническая промышленность. Серия Электротермия. I97Ö .-Вып. 2( Iö6). - С. 5-6.

14.Буслович Н.М., Махтингер Э.Я., Михайлов Л.А. Закономерности вза-. имодействия газовой среды с поверхностью металла в процессе цементации // Защитные покрытия на металлах. - 197о.- Вот.12. -

С.15-17.

15.Регулирование углеродного потенциала атмосферы в проходной цементационной печи / Н.М.Буслович, Э.Я.Махтингер, Л.А.Михайлов

и др. // Электротехническая промышленность. Серия Электротермия, - I97d. - Вып.1(1о5). - C.9-II.

16.Михайлов Л.А. Выбор состава атмосфера при цементации // Совреме! ное электротермическое оборудование для термообработки металлических материалов: Материалы семинара, Москва, Февр.1979г. - М. 1979. - С.44-50.

17.Михайлов Л.А. Основы расчета печей для газовой цементации // Лр рессивкые методы химико-термической обработки / Под ред.Г.К.Дуб нина, Я.Д.Когана, гл.4. - П., I97S. - С.73-о2,

го -

1ь.Михайлов Jl.А. Прогнозирование качества диффузионного слоя при газовой цементации // Новое в металловедении и термической обработке металлов: Тез.докл.Всес.научнс-техн.конф., ч.2, Тольятти, сеит.1979 г. - М..I979.-C.I2I-I25.

19.Применение карбидкремниевнх огнеупоров в печах газовой цементации / М.С.Срай^ельд, Н.И.Красоткина, JI.А.Михайлов и др. // Огнеупоры - 1979. - }." 12. - С.29-31.

20.Буслович Н.М., Махтингер Э.Я., Михайлов Л.А. Закономерности взаимодействия газовой среды с поверхностью металла в процессе цементации // Металловедение и термическая обработка металлов. -1979. - № 6. - C.2d-3I.

21.Контроль и регулирование углеродного потенциала печной атмосферы с помощью автоматизированных газоаналитических систем / A.C. Седянин, Л.А.Михайлов, Н.М.Буслович и др. // Электротермическое оборудование для новых видов термообработки: Тез.докл.Всесоюзн.

„ научно-техн. симпозиума, Москва,декабрь 1976 г. -М.,1976. - С.51.

22.Михайлов Л.А. Определение коэффициента трения пары карбид крем-ния-металл в углеродсодэр?.;ащих средах // Электротехническая про-

• мшленность. Серия Электротермия. - 1973. - Вып.6(130) .-С.23-25.

23.Раузин Б.И., Кантор С.И.; Михайлов Л.А. Результаты промышленных испытаний печи газовой цементации // Электротехническая промышленность. Серия Электротермия. - 1970. - Вып.97. - С.33-55,

24.Михайлов Л.А., Литовченко А.Н., Козлова А.Н. Повышение технологических возможностей промышленной толкательной печи газовой цементации // Металловедение и термическая обработка металлов .-Kö9. - J? 4. - С.55-56.

25.A.c. 3492od СССР, МКИ СС4В35/56. Шихта для изготовления огнеупор-' них изделий. / Н.И.Красоткина, Г.Д.Гргак, Л.А.Михайлов и др.(СССР). - У I4dId5I/29-33; Заявлено 12.10.70.

26.A.c. 414570 СССР, МКИ С05.Э7/01. Регулятор соотношения двух потоков газа / С.3.Васильев, И.И.Маергойз, Л.А.Михайлов и др. (СССР) - ); I69ö025/Iö-24; Заявлено 14.09.71; Опубл.05.02.74,

Еюл.!; 5 // Открытия. Изобретения - 1974. - ,'! 5 - С.154.

27.А.с. 476339 СССР, МКИ C23CII/I0. Способ цементации / Н.М.Буслович, Э.Я.Мохтингер, Л.А.Михайлов и др. (СССР). - i Io42249/22-1; Заявлено 27.10.72; Опубл.05.07.75, Бил.:? 25 // Открытия, Изобретения. - 1975. - № 25. - С .ей.

ЗГ

2о.А.с.594193 СССР, 1Ш2 С2И>9/00. Г.скентаиионная печь / К.М.Бус-лович, С.3.Васильев, Л.А.Михайлов и яр. (СССРЧ - 234б93о/22-02; Заявлено 15.04.75; Опубл.25.02.7с>, Рыл..'.' 7 // Открытия, Изобретения. - 197о. - ;; 7. -'С..11о-П7. 29.А.с.619545 СССР, !Ш2 С23С11/Ю. Способ газовой цементации стальных изделий. / П.М.Буслович, Э.Я.Мсхтипгер, Л. А.Михайлов, С. Полойко (СССР1. - Р 24о05с2/22-С2; Заявлено 21.04.77; Опубл. I5.03.7o, ЕюлЛ 30 // Открытия. Изобретения. - 197о, - :.- ЗС. - С.95.

■ 30.А.с.оЗ6990 СССР, МНИ3 С04В35/56. Огнеупорная набивная смссь. ' / М.С.5райфельл, К.И.Красоткина, Н.!Д.Руслович, Л.А.Михайлов (СССР). - ;; 2630641/29-33; Заявлено I9.06.7o. 31.А.с.о54055 СССР, С23СП/1С. Способ газовой цементации стальных изделий / Е.М.Еуслович, Э.Я.Махткигер, Л.А.Михаилов и др. (СССР). - К 2529193/22-02; Заявлено Cc.I0.77.

Подписано к печати -'>-02 Тираж 100

Заказ /.-¡у Бесплатно

Отпечатано на ротапринте ЛГГУ

195251 .Санкт-Петербург,Политехническая,23