Основні процеси, які відбуваються в печі

При термічній обробці деталей поверхня металу взаємодіє з атмосферою печі. В залежності від хімічного складу металу і атмосфери печі проходять різні процеси. Основні із них – окислення і відновлення , навуглецювання і зневуглецювання. В залежності від того, який із цих процесів має місце, атмосфера печі називається окислювальною,відновлювальною навуглецювальною або зневуглецювальною .Якщо немає взаємодії між металом і атмосферою печі, то атмосфера називається нейтральною.

Окислення і відновлення сталі

В печі газами окислювачами являються О₂, Н₂О і СО₂, а газами відновлювачами Н₂ і СО.

Кисень взаємодіє з залізом по реакціям:

2Fе + O₂ 2F_eО ; 6 FеО + O₂ 2Fе₃О₄ ;

4Fе₃O₄ + О₂ 6Fе₂О₃;

СО₂ взаємодіє з залізом: Fе + СO₂ FеО + СО ;

3 Fе + 4СO₂ Fе₃О₄ + 4СО;

Н₂О взаємодіє з залізом: Fе + Н₂ О FеО + Н₂ ;

3 Fе + 4Н₂ Fе₃О₄ + 4Н₂;

Напрям протікання цих реакцій залежить від складу атмосфери печі і температури.

В атмосфері, яка складається із 2-х газів СО і СО₂ в залежності від концентрацій в ній СО напрям протікання реакцій при різних температурах можна визначити по діаграмі рівноваги.

Рисунок 13 - Діаграма рівноваги Fe і його окислів з газами СО і СО₂.

Діаграма розділена лініями на 4 зони. Fe, FeO_, Fe₃O₄ і Fe₂O₃. Якщо при нагріві складаються умови, які відповідають зоні Fe то залізо при нагріві не окислиться , а окисли FеO, Fе₃О₄, Fе₂О₃ відновляться.

Аналогічно проходять процеси і в атмосфері, що складається із Н₂ і Н₂О.

Рисунок 14 - Діаграма рівноваги Fe і його окислів з газами Н₂ і Н₂О.

Навуглецювання і зневуглецювання сталі.

В печах навуглецювальними газами є СН₄ і СО.

Зневуглецювальними газами є СО₂, Н₂О і Н₂.

Навуглецювання заліза проходить по реакції 3Fe + C = Fe₃C.

Зневуглецювання сталі – по реакціям:

Fе₃С + 2Н₂ = 3Fe + CH₄

Fе₃С + CO₂ = 3Fe + 2CO

Fе₃С + Н₂ O= 3Fe + CO +H₂

Міняючи склад атмосфери печі можна регулювати вміст вуглецю в поверхневому шарі стальної, або чавунної відливки.

Навуглецювальні, або зневуглецювальні властивості атмосфери печі залежать від її вуглецевого потенціалу. Кожна атмосфера при заданій температурі має відповідний вуглецевий потенціал.

Вміст вуглецю в відливці, що нагріта в даній атмосфері, при великій витримці буде відповідати значенню її вуглецевого потенціалу. Наприклад, якщо в атмосфері з вуглецевим потенціалом 0,8 % С нагрівати відливки з вмістом вуглецю 0,2%, 1,2%; 1,5%, то після закінчення нагріву і після довгої витримки в печі, у всіх відливок буде вміст С 0,8 %. Для відливок з вмістом вуглецю 0,2% і 0,4% атмосфера печі буде навуглецювальна, для відливок з вмістом з 1,2%; 1,5% атмосфера зневуглецювальна, для відливок з містом вуглецю 0,8% - нейтральна.

Вуглецевий потенціал атмосфери печі регулюють зміною концентрації в ній газів СО₂ або Н₂О. На графіку дана залежність вуглецевого потенціалу атмосфери від вмісту в ній СО₂ при різних температурах.

Рисунок 15 - Вуглецевий потенціал атмосфери

По вертикалі вказано вміст СО₂ в атмосфері печі по горизонталі - вуглецевий потенціал атмосфери, можна, наприклад визначити яка кількість СО₂ в атмосфері.

Контрольні запитання:

1. Які процеси проходять в печі?

2. Якою буває атмосфера в печі?

3. Які гази в печі являються окиснювачами?

4. За якою реакцією кисень взаємодіє з залізом?*

5. Що можна визначити по діаграмі рівноваги?

6. Які гази являються навуглецювальними?

7. За якими реакціями відбувається зневуглецювання сталі?**

8. З якою метою можна змінювати склад атмосфери печі?*

9. Як регулюють вуглецевий потенціал атмосфери?

Література: 1, с. 34-36., 2, с. 81-83.

Тема 4.2 Основи раціональної технології нагріву металу

План

1. Нагрівання металу в печах.

2. Одноступінчатий та багатоступінчатий нагрів.

Нагрівання металу в печах.

B плавильних печах метал нагрівають до температури, що перевищує температуру його плавлення. У термічних печах метал нагрівають до температури, при якій в металі відбуваються необхідні структурні перетворення. У плавильних печах метал нагрівають з максимальною швидкістю, що підвищує продуктивність печі і зменшує угар металу. При нагріванні металу в термічних печах швидкість нагріву залежить від розмірів відливки. Різниця температур по перетину дрібних відливок при їх нагріванні незначна, тому вони швидко нагріваються. При нагріванні великих відливок через різницю температур по перетину можуть виникнути значні напруги і, як наслідок, утворитися тріщини; крім того, це може викликати їх викривлення. Тому великі відливки слід нагрівати з певною швидкістю. Відповідно до технології нагріву застосовують одноступінчатий або багатоступінчастий нагрів.