Файл: Эстрин, Б. М. Производство и применение контролируемых атмосфер (при термической обработке стали).pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 15.10.2024

Просмотров: 107

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

автоматического регулирования концентрации водорода в защитном газе и др.

По экономическим соображениям, а также по услови­ ям техники безопасности желательно, чтобы концентра­ ция водорода в защитном газе типа Н 2 N 2 была не вы­ ше 5%.

Проследим за выбором номинальной концентрации водорода в защитном газе в печах с муфелированным объемом. Поверхности садки и муфеля покрыты слоем химически сорбированного кислорода.

Если крышка или стенд долго остаются без употреб­ ления, то теплоизоляционная засыпка заполняется кис­ лородом. Во время нагрева кислород через неплотности диффундирует в полость муфеля. Окисление железа в га­

зовой среде типа Н 2 — N 2 идет по реакции

 

Fe+H 2 O^FeO+H, ,

= р н > н , о .

(а )

причем термодинамический стимул ее растет с пониже­

нием температуры.

константа равновесия k\ равна 2,5,

Так, при

1000°К

а при 400° К

A i » 9 0 .

При решении практических задач

необходимо в каждом случае дополнительно знать вели­ чину кинетического торможения реакции (а), поскольку оно в основном предопределяет действительное значение

отношения рн ,/Рн,о = К'

которое и должно

учитывать­

ся при расчете. Нами

экспериментально

установлено

[76], что надежные условия получения светлой поверх­ ности при отжиге наклепанного углеродистого или мало­ легированного металла достигаются в том случае, когда

состав газовой фазы, непосредственно

контактирующей

с металлом, соответствует следующему уравнению:

^ = Р н / Р н 2 о > 6 . ° -

 

(б )

Низкая влажность среды в период охлаждения

садки

обусловливает высокие значения отношения

PHJPH.O

даже при весьма малых концентрациях

водорода.

Одна­

ко во время нагрева и выдержки садки в результате связывания водородом свободного и хемосорбированного кислорода влажность газовой среды существенно воз­

растает,

а

соотношение

PHJPH.,O

уменьшается.

Обработка образцов

из стали

13Х в

атмосфере

Н 2 — N 2

с

остаточным содержанием

0,002%

кислорода

по режиму: нагрев до 650° С, выдержка 2 ч, охлаждение

324


до 300° С с печыо

1,5 ч, а затем

в холодной

части муфе­

ля ( ~ 3

ч) показала, что при соотношении

р и / р н о ; з г 5 , 5

поверхность образцов остается светлой.

 

Если

же указанное соотношение ^5,0, то поверх­

ность окрашивается в цвета побежалости.

 

Таким образом очевидно, что при определении мини­

мальной

концентрации водорода

(H 2 ) m m в защитном га­

зе надо

исходить

из максимальной влажности газовой

среды в печи, зафиксированной за время нагрева и вы­

держки. Допустим, что последняя определяется

темпера­

турой

точки

росы

± 0 ° С

(0,602%)-

По

уравнению

(б)

получается,

что

2)тИ1 = 6,0-0,602л;3,60 /о.

 

 

Класс ТОЧНОСТИ кондуктометрического датчика, ис­

пользуемого

в

системе

автоматического

регулирования,

составляет

5%

 

максимального значения шкалы

(10%

Н 2 ) ,

что

дает

ошибку

измерения,

равную

примерно

0,5%

Н2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отсюда искомая номинальная концентрация водоро­

да (Hs)n

в защитном газе равна (Н2 )и = 3,6+0,5 = 4,1 %.

Г л а в а

X V I I I

 

 

 

 

 

 

 

ПАЙКА СВЕРТНЫХ ТРУБ

 

 

 

 

В КОНТРОЛИРУЕМЫХ АТМОСФЕРАХ

 

 

 

Наиболее

прогрессивным из современных

способов

изготовления детален и конструкций является пайка в газовых средах. Она позволяет автоматизировать и ме­ ханизировать производственный процесс, выполнять од­ новременно несколько спаев в одной детали, делать про­ цесс пайки непрерывным, получать высокое качество сое­ динений при минимальном короблении детали.

При пайке в газовых средах отпадает необходимость

применения твердых

флюсов, что существенно облегчает

эксплуатацию.

 

 

С помощью пайки в газовых средах создаются слож­

ные конструкции из

разнородных материалов,

которые

зачастую не могут

быть изготовлены другим

спосо­

бом.

 

 

Рассмотрим пример из практики Синарского трубно­ го завода, где тонкостенная труба малого диаметра из­ готавливается из стальной ленты. Сущность последнего

21а—391

325


способа состоит

в

том,

что омедненная

(слой

меди

4—

6

мкм)

с двух

сторон

низкоуглеродпстая

стальная

лен­

та

со

скошенными

кромками формуется

на

непрерыв­

ном многоклетевом стане в двухслойную трубную за­ готовку с плотным прилеганием слоев [77]. Заготовку нагревают в электропечи, заполненной защитной ат­ мосферой, до температуры, несколько превышающей температуру плавления меди. При этом получается труба, не уступающая по своей прочности цельнотя­ нутой.

Благодаря высокой производительности и вследствие низкого расходного коэффициента металла процесс изго­

товления паяных труб весьма экономичен.

 

 

 

Двухслойные трубы выдерживают все техноло­

гические

испытания, установленные

для

бесшовных

труб.

 

 

 

 

 

 

 

 

Особым достоинством двухслойных труб является их

высокая усталостная прочность, более чем в 3 раза

пре­

вышающая усталостную прочность медных труб.

 

 

Сортамент

двухслойных

труб охватывает разме­

ры

6—16

мм

по диаметру при

толщине

стенок

0,6—

0,9

мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

Замена этими трубами большого количества труб из

красной меди, используемых в сельскохозяйственном

ма­

шиностроении,

автомобильной

и

других

отраслях

про­

мышленности, позволяет сэкономить в год тысячи тонн меди.

Протяжная электропечь, используемая для этого про­ цесса, была показана на рис. 75.

Она состоит из камеры нагрева (и выдержки) и холо­ дильника. Трубы протягиваются через жароупорные му­ фели, стыкующиеся с муфелями из углеродистой стали - холодильника в переходной коробке. Защитный газ по­ дается в камеру нагрева и попадает в муфели через от­ верстия, предусмотренные в них.

Температурный режим пайки

приведен

на рис. 75, а.

К газовой среде при пайке предъявляют два требова­

ния: она, во-первых, должна

исключать

образование

окисных пленок и, во-вторых, способствовать равномер­ ному распределению расплавленной меди на поверх­ ности, т. е. обеспечить пропай и качественную поверх­ ность.

Исследованы и освоены контролируемые атмосферы двух видов, применяемые для пайки: генераторный газ,

326


полученный газификацией древесного угля с использова­ нием паровоздушного дутья, и экзогаз, приготовленный каталитическим сжиганием природного газа, характери­ зуемого коэффициентом расхода воздуха, равным 0,6— 0,7 (см. гл. V I ) .

Генераторный газ непосредственно из генератора по­ давали в электропечь. Средний состав газа: 2,20% СОг; 35% СО; 12% Н2 ; 0,56% СН4 ; остальное N 2 . При этом

т. т.р . была равна

8,5° С. Температура газификации

1000° С. Температура

паро-воздушной смеси 54—58° С.

Содержание отдельных газовых компонентов при гази­ фикации разных углей изменялось в следующих преде­ лах: 1,4—4,0% С 0 2 ; 31—37% СО; 10—13,5% Н2 . Расход защитного газа определяли в соответствии с методикой, изложенной в гл. X I I .

Вто же время применение генераторного газа

воздушного дутья, влажность которого (после осуш­ ки силикагелем) соответствовала т. т. р. 40° С, а кон­ центрация водорода не превышала 1%, не давало све­ тлой поверхности труб и прочного соединения при пайке.

Благодаря высокому содержанию С О + Н 2 генератор­ ный газ паро-воздушного дутья отличается хорошими восстановительными свойствами. При пайке большое значение имеют поверхностно-активные вещества, спо­ собствующие снижению силы поверхностного натяжения расплавленного припоя.

На Синарском заводе для этого применяют веретен­ ное масло. Специальное дозирующее устройство подает его на трубы перед их поступлением в печь.

В муфеле происходит конверсия продуктов газифика­ ции веретенного масла с защитным газом. В результате газовая атмосфера в муфеле существенно отличается от состава защитного газа перед печью.

При этом важна протяженность зоны конверсии, ко­ торая должна быть не меньше длины, необходимой для нагрева трубы до температуры плавления меди, но и не больше длины печи. Указанные пределы обусловлены вы­ делением поверхностно-активного углерода, полезным в зоне нагрева и нежелательным в зоне охлаждения (пор­ тится товарный вид поверхности).

Граница зоны конверсии для данного защитного газа определяется расходом газа и уровнем «тяги» на входе и выходе из печи. В зависимости от реакционной способ-

21а*

327


ности защитного газа (наличия в нем таких составляю­ щих, как Н 2 0 и С0 2 ) граница может передвигаться. Мо­ жет также изменяться интенсивность подачи веретенного масла.

Поскольку гидравлическое сопротивление муфелей во время эксплуатации неодинаково, то более совершенным следует считать способ индивидуальной подачи газа в муфель, предусматривающий возможность подрегули­ ровки.

Были исследованы два способа подачи экзогаза: централизованный и индивидуальный. Во втором случае получены более высокие показатели (блестящая ровная поверхность, без наплывов, отсутствие «мозаики», отсут­ ствие сажи).

Анализ пробы газа, взятой вблизи зоны выдержки, показал, что он содержит 0,4% С 0 2 и 20,2% СО. Состав защитного газа на входе в муфель: 7,2% С0 2 ; 8,6%СО; 14,7% Н2 . Такой же состав газа зафиксирован на выходе из холодильной части печи.

Было также установлено улучшение поверхности при использовании осушенного экзогаза, что можно объяс­ нить повышением термодинамического стимула для про­ текания реакции водяного газа в сторону образования паров воды, т. е., в конечном счете, реакции восстановле­ ния окислов железа водородом.

Муфели в печи рационально изготовлять из нихрома, легированного кремнием, поскольку газовая среда в печи характеризуется высоким науглероживающим потенциа­ лом по отношению к двойному сплаву.

Высокой стойкостью отличаются муфели, изготовлен­ ные из двойного сплава следующего состава: 0,10% С; 1,61% Si; 0,15% Mn; 75,22% Ni; 18,72% Cr; 0,010% S; 0,005% P; 0,01% Zr; 0,87% Са; следы Ti.

Однако стойкость обычного двойного сплава в этих условиях значительно ниже.

Припой (медь) и основной металл образуют новый сплав. Свойства нового сплава, получившегося в резуль­ тате пайки, определяются условиями происходящей диффузии: температурой пайки, временем выдержки, восстановительной способностью газовой среды и зазо­ рами между слоями.

Поэтому стабильность и качество формовки трубной заготовки имеют важное значение в производстве двух­ слойных труб.

328