Поверхностного легирования

Рис. 31-20. Схематическое изображение поверхностного конденсатора

Для уменьшения объема паро-воздушной смеси, отсасываемой из поверхностного конденсатора, ее предварительно охлаждают, пропуска» между трубами специальной поверхности, где конденсируются водяные пары, содержащиеся в смеси.

Эксперименты по конденсации внутри трубы [4.59], на наружной поверхности гладких [4.60, 4.61] и сребренных [4.62] труб показали, что при равновесном составе теплоносителя N2O4 закономерности процесса теплообмена при конденсации этого вещества не отличаются от известных для инертных теплоносителей. Методика расчета поверхностного конденсатора для неравновесного состава теплоносителя основана на соответствующей обработке экспериментальных данных работ [4.46, 4.47].

Чертёж поверхностного конденсатора V-об-разного типа в исполнении Ленинградского металлического завода им. Сталина показан на фиг. 48. Воздух из конденсатора отсасы-

Схема парового поверхностного конденсатора дана на рис. 2.

Рис. 2. Схема поверхностного конденсатора

Емкостный метод, разработанный в МЭИ В. А. Головиным, основан на измерении изменений емкости поверхностного конденсатора при наличии на его электродах пленки. В этом случае образуется некоторое распределение плотностей силовых линий напряженности электрического поля между пленкой и паровой фазой. Большая плотность соответствует среде с большей диэлектрической проницаемостью (пленке). При росте толщины пленки все большее число силовых линий входит в пленку, увеличивая плотность поля, поэтому емкость датчика возрастает с увеличением толщины пленки. Расчет изменения емкости датчика в зависимости от толщины пленки довольно сложен, однако такую зависимость легко получить моделированием. В МЭИ применялись две основные схемы измерения емкостным методом. Электронная аппаратура (рис. 2.28, а), состоящая из высокочастотного измерительного генератора с частотой 12 МГц, с поверхностным емкостным датчиком и частотного детектора, позволила измерять толщины непрерывных пленок воды при 20 °С в диапазоне 0—1,5 мм с точностью до 0,01 мм, причем линейный участок находился в диапазоне 0—0,5 мм.

При выпаривании части циркулирующей воды при низком давлении в вакуумном испарителе тепло переходит к насыщенному пару. Благодаря тому, что тепло воды передается насыщенному пару при кипении, дальнейшего снижения температуры не происходит и температурный напор равен нулю. Насыщенный пар из вакуумного испарителя свободен от твердых частиц, которые остались в гранулирующей воде. Благодаря этому вторичным носителем тепла шлака является пар, который легко транспортируется на большое расстояние и на большую высоту и загрязнен только газами. Этот насыщенный пар передает тепло шлака стенкам трубок поверхностного конденсатора, •имеющего небольшие размеры. Поскольку пар, образовавшийся в вакуумном испарителе, не содержит никаких твердых частиц, то1 конденсатор может состоять из трубок малого диаметра без опасения их засорения.

для поверхностного конденсатора

2. Конденсат пара, откачиваемый из поверхностного конденсатора, вполне пригоден для питания котлов, и в нем сохраняется некоторое количество тепла, соответствующее теплоте жидкости при давлении конденсации пара. В смешивающем же конденсаторе конденсат, смешиваясь с охлаждающей водой, удаляется со станции бее использования ею для питания котлов.

поверхностного конденсатора с водяным охлаждением

Для решения этой задачи большое значение приобретает разработка оптимальных методов поверхностного легирования, таких, как термодиффузионная обработка, электроискровое легирование, ионная имплантация, электронно-лучевая обработка, которые позволяют обрабатывать поверхности, непосредственно соприкасающиеся с рабочими средами. расширяют возможности и эффективность использования катодных покрытий. Перспективным методом поверхностного легирования металлов и сплавов является ионная имплантация. Она позволяет регулировать толщину легированного слоя, концентрацию вводимых компонентов, их распределение по глубине за счет изменения энергии и гозы внедрения. Толщина имплантированного слоя в зависимости от энергии может составлять от 0,1 до 3 мкм. Изменение коррозионной стойкости после ионной имплантации происходит за счет обеспечивания пассивного состояния при имплантации металлами, разупрочнения структуры, приводящего к повышению сродства поверхности к кислороду, изменения дефект-но'сти решетки. При этом важно, что для повышения защитных свойств вводимый элемент может образовывать с защищаемым металлом или сплавом метастабильный твердый раствор внедрения или замещения в широком диапазоне концентраций.

В последнее время разработан метод поверхностного легирования литых чугунных и стальных деталей, который дает повышение износостойкости при абразивном изнашивании.

В области упрочняющей электроискровой технологии наиболее реальной гипотезой, объясняющей высокие прочностные характеристики упрочненного слоя, является в настоящее время гипотеза термического поверхностного легирования и особой химико-термической обработки, создающих нитриднокарбид-ный слой на аустенитно-мартенситной основе высокой твердости и износостойкости .

Прогрессивно применение покрытия литейной формы для поверхностного легирования отливок. Так, карбидообразующие легирующие элементы (теллур, углерод, марганец) повышают износостойкость формы и устраняют рыхлость отливок; графитизирующие легирующие элементы (кремний, титан, алюминий) устраняют отбел, уменьшают остаточные напряжения и улучшают обрабатываемость отливок. Применение жидкоподвижных смесей при литье в песчаные формы повышает производительность труда, снижает трудоемкость

Покрытия на кокилях. Назначение покрытий: а) обеспечение необходимого теплообмена между рабочей поверхностью кокиля и отливкой с целью регулирования режима ее охлаждения; б) создание в кокилях восстановительной или окислительной атмосферы, исключающей образование на поверхности отливки оксидов или карбидов соответственно (покрытия с большой газотворной способностью); в) защита рабочей поверхности кокиля от воздействия термического удара и эрозионного воздействия расплава; г) защита от пригара или приваривания отливки к стенкам и каналам кокиля, а также от высокотемпературного окисления и обезуглероживания ее поверхности; д) использование покрытий для поверхностного легирования (алитирование, силицирование и др.); е) уменьшение коэффициента трения между отливкой и стенками кокиля.

Метод поверхностного легирования. Известны способы увеличения срока службы литых деталей, работающих в условиях повышенных трибологических нагрузок, путем создания на их поверхности упрочненного слоя, образующегося в процессе заливки металла в форму. Сущность разработанных способов [45, 46] заключается в том, что в области литейной формы, где формируется изнашиваемая поверхность, устанавливается заранее изготовленная из наплавочных порошков вставка, которая при заливке в форму металла расплавляется, образуя на поверхности отливки легированный высокопрочный слой, обладающий повышенной по сравнению с основным металлом износостойкостью. При получении отливок из стали 35Л вставки готовили путем прессования легирующей композиции, состоящей из наплавочного порошкового сплава ПГ-СР4 (60...70 %), синтетической смолы СФП-ОПЛ (2,0...5,0 %), НП TiCN (до 0,06 %) и ацетона (остальное). В процессе заливки металла в форму на поверхности отливки образовывался слой порядка 5 мм. В результате введения в легирующую композицию НП TiCN твердость легированного слоя повысилась по сравнению с композицией без НП с 32,5 до 44,5 ед. HRC (на 36,9 %), при этом микротвердость у-твердо-го раствора слоя повысилась с 2750 до 3900 МПа (на 41,8 %). В результате этого относительная износостойкость при газоабразивном износе возрастает на 45,8 % по сравнению с легированным слоем, сформировавшимся из композиции, не содержащей НП.

вающих воздействий. Обычно использовали керны, либо полученные литьем по выплавляемым моделям из сложнолегированного сплава ЗОХ25НЮТСЛ, либо отштампованные из углеродистой стали с последующей наплавкой рабочей поверхности электродом из стали марки Э-70ХЗСМТ. Такие керны удовлетворительно работали с холодными слитками, но при контакте с нагретыми происходило хрупкое разрушение рабочих кромок. Кроме того, на рабочих поверхностях кернов появлялась железная окалина и износ носил коррозионный характер. Поэтому материал рабочей поверхности керна, помимо высоких прочностных характеристик, должен обладать высокой жаропрочностью и высокими антикоррозионными свойствами. Этим требованиям в наибольшей степени отвечают сплавы на основе никеля, однако они достаточно дорогие и дефицитные. Тем не менее использование таких сплавов становится возможным в случае применения технологии поверхностного легирования.

К промышленным меягодам поверхностного легирования следует отнести насыщение из порошковых смесей, из расплавов металлэв или солеи, из паровой фазы, из газовых смесей прямоточным и циркуляционным методом.

Применение метода поверхностного легирования отливок удобно в условиях мелкосерийного производства, например для изготовления судовых гребных винтов, деталей гидротурбин и др.

40. Фомин В. В., Мудрова А. Г., Маринин А. А. Повышение износоустойчивости судовых гребных винтов методом поверхностного легирования. — «Труды МВИМУ», Вып. 1, М.—Л., «Морской транспорт», 1957, с. 64—79.