CN203270017U - 一种石油专用油、套管短节的快速渗氮、渗碳装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型为一种石油专用油、套管短节的快速渗氮、渗碳装置，由加热装置、传动装置和控制装置构成，其特征在于所述的加热装置由加热炉体1、保温层2、恒温层3、炉盖4、连接螺杆5和加热源18构成；所述的传动装置由转动轴9、传动盘顶盖10、传动盘底座11、密封部件12和轴承座13构成；所述的控制装置由恒温自动控制仪20构成；与现有技术相比具有其处理温度远低于传统渗氮及渗碳处理的工艺温度，在这一温度下形成的是单一固溶体相，而不形成铬的化合物，硬化层中铬元素的固溶浓度不降低，在获得高硬度的等同或超过基体的耐蚀性能条件下，还保持基材原有的塑性、韧性和尺寸精度。
Description
一、技术领域
本实用新型针涉及金属材料的化学热处理，具体地说，涉及金属材料表面工程领域的一种石油专用油、套管短节的快速渗氮、渗碳装置。
二、背景技术
不锈钢具有良好的耐蚀性能，广泛应用于石油、化工、造纸、能源、阀门、密封件、装饰、纺织机械、医疗器械、仪器仪表、精密机械、航天航空和海洋工程等工业领域。但是通常不锈钢的硬度较低(一般情况下为200～350HV)，耐磨性较差，表面易出现划伤和磨损现象，因此在一些对耐磨性要求较高的领域，其应用受到一定限制。
为了提高不锈钢的耐磨性，国内外学者多年来在不锈钢表面进行了各种改性处理和强化研究，例如渗氮、渗碳、电镀、化学镀、气相沉积、离子注入、热喷涂等。上述工艺方法中，渗氮和渗碳是最常用的表面硬化方法。
钢的渗氮和渗碳是使氮或碳原子渗入钢的表面，形成富氮或富碳硬化层的一种化学热处理工艺。但是对于不锈钢，由于其表面具有致密的铬基氧化物钝化膜，这层钝化膜在起到抗腐蚀作用的同时，也会阻碍氮、碳原子的渗入。因此，不锈钢渗氮和渗碳时必须去除其表面的钝化膜。此外，不锈钢渗氮通常必须在≥500℃或更高的温度下才能进行。但在上述温度下渗氮或渗碳后，渗层中会形成铬的氮化物或碳化物，由此在不锈钢表面产生局部贫铬区，使其耐蚀性下降。
与在高温下进行的传统渗氮和渗碳处理工艺相比，低温处理获得的过饱和固溶体硬化层既有高硬度又具有高耐蚀性，同时还具有很好的塑性和韧性。
三、发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足而提供一种石油专用油、套管短节的快速渗氮、渗碳装置，其本质是在380～480℃的温度下，将不锈钢油、套管短节置于高浓度的碳、氮气氛介质中，在不锈钢油、套管短节表面经扩散形成厚度为20～50μm的过饱和固溶体硬化层，固溶体中C和N的含量高达10～12Wt.％，由此可以稳定地获得≥1000HV0.1的高硬度，最高硬度可达1750HV0.05，这一相当于硬质合金硬度的硬度值，是目前同类工艺中所能达到的最高硬度值。
本实用新型是通过如下技术方案实现的：一种石油专用油、套管短节的快速渗氮、渗碳装置，由加热装置、传动装置和控制装置构成，其特征在于：
所述的加热装置由加热炉体(1)、保温层(2)、恒温层(3)、炉盖(4)、连接螺杆(5)和加热源(18)构成，所述的加热炉体(1)由保温层(2)和恒温层(3)组成，并通过固定连接螺杆(5)与炉盖(4)连接成夹层筒状，其中保温层(2)内装有待处理油、套管短节(17)；其中恒温层(3)内充满空气(19)；加热源(18)位于加热炉体(1)的下端；所述的炉盖(4)呈圆形，其上设有进、出气管(6)、压力表(7)，以及减压阀(8)；
所述的传动装置由转动轴(9)、传动盘顶盖(10)、传动盘底座(11)、密封部件(12)和传动轴(13)构成，传动轴(9)贯穿密封部件(12)、传动盘顶盖(10)、传动盘底座(11)和轴承座(13)，所述的传动盘顶盖(10)呈圆形，内设有上下贯通的透气小孔，其背面上设有一爪钩(14)，呈倒三角放置；所述的传动盘底座(11)呈圆形，其正面设有凹形支架(15)，与爪钩(14)的位置相对应，且其中心位置还嵌入轴承座(13)；
所述的控制装置由恒温自动控制仪(20)构成。
所述的保温层(2)里充满渗剂(16)，其渗剂(16)为呈气体状态下的碳和氮气。
所述的恒温自动控制仪(20)设定的温度为380～480℃。
在所述的待处理油、套管短节(17)表面经扩散形成厚度为20～50μm的过饱和固溶体硬化层。
本实用新型与现有技术相比有许多优点和积极效果：
1、处理温度远低于传统渗氮及渗碳处理的工艺温度；
2、获得高硬度的等同或超过基体的耐蚀性能
3、保持基材原有的塑性、韧性和尺寸精度。
四、附图说明：
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述：
图1为本实用新型的加热炉体结构示意图；
图2为本实用新型的传动盘顶盖仰视图；
图3为本实用新型的传动盘底座俯视图；
其中：1、加热炉体2、保温层3、恒温层4、炉盖5、连接螺杆
6、进、出气管7、压力表8、减压阀9、转动轴
10、传动盘顶盖11、传动盘底座12、密封部件13、轴承座
14、爪钩15、凹形支架16、渗剂17、油、套管短节
18、加热源19、空气20、恒温自动控制仪
五、具体实施例：
一种石油专用油、套管短节的快速渗氮、渗碳装置，由加热装置、传动装置和控制装置构成，其特征在于：
如附图1所述的加热装置由加热炉体1、保温层2、恒温层3、炉盖4、连接螺杆5和加热源18构成，所述的加热炉体1由保温层2和恒温层3组成，并通过固定连接螺杆5与炉盖4连接成夹层筒状，其中保温层2内装有待处理油、套管短节17；其中恒温层3内充满空气19；加热源18位于加热炉体1的下端；所述的炉盖4呈圆形，其上设有进、出气管6、压力表7，以及减压阀8；
所述的传动装置由转动轴9、传动盘顶盖10、传动盘底座11、密封部件12和轴承座13构成，传动轴9贯穿密封部件12、传动盘顶盖10、传动盘底座11和轴承座13；
如附图2所述的传动盘顶盖10呈圆形，内设有上下贯通的透气小孔，其背面上设有一爪钩14，呈倒三角放置；
如附图3所述的传动盘底座11呈圆形，其正面设有凹形支架15，与爪钩14的位置相对应，且其中心位置还嵌入轴承座13；
所述的控制装置由恒温自动控制仪20构成。
所述的保温层2里充满渗剂16，其渗剂16为呈气体状态下的碳和氮气。
所述的恒温自动控制仪20设定的温度为380～480℃。
在所述的待处理油、套管短节17表面经扩散形成厚度为20～50μm的过饱和固溶体硬化层。
该装置利用了旋转过程中渗剂16即呈气体状态下的碳和氮气的均匀化以及机械能助渗作用，在旋转中及时排放界面化学反应产生的混合气体。
渗剂16即呈气体状态下的碳和氮气与油、套管短节17的通过直接加热将产生温度上的变化，对界面金属原子等具有选择性作用，从而优化工件表面区域活性原子分布，产生强大的催渗作用，大大缩短油、套管短节17表面渗氮、渗碳时间。
在380～480℃的温度下，将不锈钢油、套管短节17置于高浓度的碳、氮气氛介质渗剂16中，在不锈钢油、套管短节17表面经扩散形成厚度为20～50μm的过饱和固溶体硬化层，固溶体中C和N的含量高达10～12Wt.％，由此可以稳定地获得≥1000HV0.1的高硬度，最高硬度可达1750HV0.05，这一相当于硬质合金硬度的硬度值，是目前同类工艺中所能达到的最高硬度值。
具体操作如下：
1、通过喷砂、酸洗、碱洗等方法对油、套管短节17表面去除铁锈、油污(新管可以简化处理)；
2、在渗氮、渗碳以前将不锈钢油、套管短节17浸入25～65波美度的水玻璃、硼砂或者乙酸饱和溶液中浸泡3～10秒，待不锈钢油、套管短节17表面挂上保护涂层，以防止油管新鲜表面氧化，该保护涂层对界面化学反应及原子扩散没有影响，在渗氮、渗碳完成后，该涂层将自然剥落，工件表面保持整洁；
3、将固定连接螺杆5松开，炉盖4打开，顺着转动轴9取出；
4、然后继续顺着转动轴9取出传动盘顶盖10；
5、将油、套管短节17的一端伸进保温层2内，插到传动盘底座11正面上的凹形支架15里；
6、再顺着转动轴9，压上传动盘顶盖10，并让爪钩14对准油、套管短节17的另一端，压紧；
7、将炉盖4顺着转动轴9盖上，将固定连接螺杆5拧紧；
8、顺着进、出气管6往加热炉体1里的保温层2内注入渗剂16，其压力表7设定的工作压力范围为1～20MPa的，多余的压力会通过减压阀8释放出去；
9、然后接通加热源18，包括用燃气或者电加热的方式，在恒温自动控制仪20设定的温度380～480℃，进行加热；
10、同时，开动电源，让转动轴9带动保温层2内的传动盘顶盖10和传动盘底座11之间的油、套管短节17一起旋转；
11、在保持380～480℃的恒温5～10小时后，关闭加热源18；
12、在加热炉体1中随炉冷却后取出，保护涂层自然剥落后即可投入使用。
Claims (4)
1.一种石油专用油、套管短节的快速渗氮、渗碳装置，由加热装置、传动装置和控制装置构成，其特征在于：
所述的加热装置由加热炉体(1)、保温层(2)、恒温层(3)、炉盖(4)、连接螺杆(5)和加热源(18)构成，所述的加热炉体(1)由保温层(2)和恒温层(3)组成，并通过固定连接螺杆(5)与炉盖(4)连接成夹层筒状，其中保温层(2)内装有待处理油、套管短节(17)；其中恒温层(3)内充满空气(19)；加热源(18)位于加热炉体(1)的下端；所述的炉盖(4)呈圆形，其上设有进、出气管(6)、压力表(7)，以及减压阀(8)；
所述的传动装置由转动轴(9)、传动盘顶盖(10)、传动盘底座(11)、密封部件(12)和轴承座(13)构成，传动轴(9)贯穿密封部件(12)、传动盘顶盖(10)、传动盘底座(11)和轴承座(13)，所述的传动盘顶盖(10)呈圆形，内设有上下贯通的透气小孔，其背面上设有一爪钩(14)，呈倒三角放置；所述的传动盘底座(11)呈圆形，其正面设有凹形支架(15)，与爪钩(14)的位置相对应，且其中心位置还嵌入轴承座(13)；
所述的控制装置由恒温自动控制仪(20)构成。
2.根据权利要求1所述的一种石油专用油、套管短节的快速渗氮、渗碳装置，其特征在于所述的保温层(2)里充满渗剂(16)，其渗剂(16)为呈气体状态下的碳和氮气。
3.根据权利要求1所述的一种石油专用油、套管短节的快速渗氮、渗碳装置，其特征在于所述的恒温自动控制仪(20)设定的温度为380～480℃。
4.根据权利要求1所述的一种石油专用油、套管短节的快速渗氮、渗碳装置，其特征在于在所述的待处理油、套管短节(17)表面经扩散形成厚度为20～50μm的过饱和固溶体硬化层。
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