УСТАНОВКА ДЛЯ АЗОТИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Полезная модель относится к области металлургии и машиностроения, а именно, к способам поверхностного упрочнения металлов и может быть использовано при изготовлении деталей, работающих в условиях коррозии.
Известен способ нанесения антикоррозионного цинкового покрытия с помощью установки, которая содержит поворотную электрическую печь, смонтированную на поворотной балке, размещенную в электропечи реторту с приводом вращения и установленную со стороны загрузочного отверстия шлюзовую камеру, заполненную насыщающей смесью и оснащенную дренажным патрубком, имеющим соотношение внутреннего диаметра к длине не менее 1:20 (см. патент РФ №2174159, МПК C23C 10/36, опубл. 2001 г.). На поверхности деталей при цинковании образуется покрытие толщиной 1 мкм.
Недостатком данной установки для упрочнения стальных изделий является сохранение после упрочнения условий для протекания окислительных процессов с последующей коррозией, а также большие временные затраты процессов на подготовку и самого процесса нанесения покрытия.
Известна установка для получения антикоррозионного слоя путем азотирования сталей и сплавов в каталитически обработанном аммиаке, содержащая электропечь с муфелем либо без муфеля, емкость с аммиаком, магистрали подвода и отвода газов, устройства смешения и порционирования газов, а на магистрали подвода газов к электропечи установлена емкость с катализатором (см. патент РФ №2109080, МПК C23C 8/24, опубл. 1998 г.). Для этого азотирование проводят при повышенных температурах 680-720°C.
Недостатком такого типа устройств по азотированию является «прерывность» и ограниченность в количестве азотируемых деталей. Ограничения определяются прежде всего размером реактора. Кроме того, процесс азотирования характеризуется большой продолжительностью процесса. Причиной потери времени является необходимость выдержки реактора при его прогревании и остывании.
Технической задачей, решаемой полезной моделью, является осуществление процесса азотирования стальных изделий с обеспечением необходимого по толщине защитного слоя с максимальной производительностью путем организации непрерывного поступления деталей для их обработки.
Поставленная техническая задача решается тем, что установка для азотирования, содержащая нагревательную печь и размещенный в ее полости реактор, оборудование для приготовления и подачи газообразной азотосодержащей рабочей среды в реактор, а также для ее дренажа, согласно полезной модели установка снабжена герметичным загрузочным контейнером и емкостью, заполненной маслом, при этом реактор выполнен полым цилиндрическим со спиралевидным выступающим буртом на его внутренней поверхности и снабжен электроприводом с возможностью вращения реактора вокруг своей оси, нагревательная печь с реактором установлены под углом к горизонту, причем реактор снабжен манжетами с двух сторон для его закрепления и регулирования угла наклона и одновременно - для подачи и дренажа газообразной рабочей среды и сообщен с одной стороны в своей верхней части с герметичным загрузочным контейнером, а с другой - погружен в емкость с маслом.
На решение поставленной технической задачи направлено то, что угол наклона нагревательной печи с реактором выбран в пределах 30±5°.
Полезная модель поясняется чертежом, на которой представлена схема установки. На чертеже угол α - это угол наклона нагревательной печи с реактором по отношению к горизонту.
Установка для азотирования стальных изделий содержит нагревательную печь 1 и размещенный в ее полости реактор 2, оборудование 3 для приготовления и подачи газообразной азотосодержащей среды в реактор 2, а также для ее дренажа.
Согласно полезной модели установка снабжена герметичным загрузочным контейнером 4 и емкостью 5, заполненной маслом в качестве охлаждающей жидкости. При этом реактор 2 выполнен полым цилиндрическим со спиралевидным выступающим буртом 6 на его внутренней поверхности и снабжен электроприводом 7, с помощью которого реактор 2 имеет возможность вращаться вокруг своей оси. Нагревательная печь 1 с реактором 2 установлены под углом α к горизонту. Причем реактор 2 снабжен манжетами 8 и 9 с двух сторон для подачи внутрь реактора 2 и последующего дренажа азотосодержащей рабочей среды.
Кроме этого, реактор 2 сообщен с одной стороны в его верхней части с герметичным загрузочным контейнером 4, а с другой стороны - погружен в емкость 5, заполненную маслом. Угол α наклона нагревательной печи с реактором 2 выбран в пределах 30±5°.
Работа установки происходит следующим образом.
Предварительно в контейнер 4 загружается необходимое количество стальных изделий. Муфельная печь 1, установленная совместно с реактором 2 под углом а, нагревает полый реактор 2 до температур 680-720°C. Реактор 2 с помощью электродвигателя 7 вращается с определенной скоростью, позволяя тем самым стальным изделиям, поступающим из контейнера 4, скользить по спиралевидному бурту 6 под действием силы тяжести, перемещаясь непрерывно сверху вниз. Кронштейны - манжеты 8 и 9 позволяют осуществлять как подачу азотосодержащей среды, подготовленной с помощью оборудования 3, так и ее дренаж через исполнительный механизм. Далее обработанные детали после азотирования поступают в емкость 5 с маслом, где охлаждаются в герметичных условиях.
Скорость вращения электродвигателя подбирается так, чтобы время нахождения стальных изделий в реакторе 2 было не менее 10 минут. При этом при использовании чистого аммиака возможно при температурах 680-720°C получить слой нитридов железа порядка 10 мкм, достаточный для защиты изделий от коррозии (см. В.М. Зинченко, В.Я. Сыропятов, Б.А. Прусаков, Ю. А. Перекатов / Азотный потенциал: современное состояние проблемы и концепция развития // Москва 2003 С.: 24-27.) Поступление стальных изделий из загрузочного контейнера 4 в реактор 2 и их азотирование происходит непрерывно до исчерпания всей партии. При этом время обработки всей партии изделий исключает потери на этапе загрузки в контейнер. В итоге становится возможным обеспечить процесс азотирование непрерывно практически любого количества изделий при меньших затратах времени от партии к партии изделий. То есть повышается производительность установки.
Заявляемая установка была реализована для азотирования стальных заглушек блока цилиндров ДВС. Реактор выполнялся из высоколегированной стали Х18Н10Т с буртом высотой 0,02 м и шагом 0,1 м. При этом длина спирали, по которой перемещались детали, составила 2,84 м при общей длине реактора 1 м. Угол α наклона реактора с печью к горизонту составил ~ 30±5°. Скорость вращения реактора была назначена 1 об/мин. Время обработки азотосодержащей среды составило около 10 мин. При этом толщина упрочненного слоя получена около 10 мкм, что достаточно для выполнения защитной функции поверхности стальных заглушек.
Таким образом, полезная модель позволяет осуществлять процесс азотирования стальных изделий с обеспечением необходимого по толщине защитного слоя с максимальной производительностью путем организации непрерывного поступления деталей для их обработки.