Состав для газовой нитроцементации стальных изделий

 

СОСТАВ ДЛЯ ГАЗОВОЙ НИТРОЦЕМЕНТАЦИИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ-, содержащий карбамид и воду, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения насыщающей способности и улучшения его технологических свойств, он дополнительно содержит гипосульфит натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%: 8-16 . Гипосульфит натрия 9-27 Вода Карбамид Остальное

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 4(51) С 23 С 8/32

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

8-16 .

Гипосульфит натрия

Вода

Карбамид

9-27

Остальное

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ (21) 3626073/22-02 (22) 25.07.83 (46) 28.02.85. Бюл. В 8 (72) Б.M. Фиштейн, С.Н. Чуб, П.К. Григоров, В.М. Федоров, T.À. Заякина, С.Ф. Волгин, С.В. Нигрей и И.Д. Ланда (71) Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт технологии машиностроения (53). 621.785.51.06(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 740863, кл. С 23 С 11/16, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

В 370277, кл. С 23 С 9/16, 1973. (54) (57) СОСТАВ ДЛЯ ГАЗОВОЙ НИТРОЦЕМЕНТАЦИИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ, содержащий карбамид и воду, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения насьпцающей способности и улучшения его технологических свойств, он дополнительно содержит гипосульфит натрия при следующем соотношении компонентов, мас.7.:

1 1

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке металлов и сплавов, и может быть примен но в качестве состава для нитроцементации деталей в продуктах его пиролиза.

Известен состав на основе триэтаноламина для газовой нитроцементации (1), содержащий следующие компоненты, вес.7:

Уксуснокислый аммоний

2,5 — 6,0

Азотнокислый аммоний

3-10

Азотнокислый никель 0,5-1,2

1 — 12

Вода

Триэтаноламин

Остальное

Недостатком данного состава является образование смолистых отложений при разложении триэтаноламина в интервале температур 200300 С, затрудняющих насьпцение ме6 талла азотом и углеродом. Это значительно усложняет технологию ведения процесса нитроцементации и отрицательно сказывается на качестве упрочненного слоя.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является состав для газовой нитроцементации, состоящий из водного раствора карбамида в триэтаноламине при соотношении от 1:2 до 1:1. Концентрация карбамида в растворе составляет 2,00 — 1500 r на 1 л воды.

Этот состав сравнительно жидкотекуч, уменьшает саже- и смолообразование триэтаноламина и обладает повышенной цианирующей способностью (2) .

Недостатком данного состава является сохранение саже- и смолообразования при разложении триэтаноламина, что затрудняет насьпцение металла азотом и углеродом, снижает активность насыщающей среды и ухудшает технологические свойства состава.

Цель изобретения — повышение насьпцающей способности и улучшение технологических свойств состава.

Поставленная цель достигается тем, что состав для газовой нитро142524 2 цементации стальных изделий, соцержащий карбамид и воду, дополнитель— но содержит гиносульфит натрия при следующем соотношении компонентов, вес. :

Гипосульфит натрия

8-16

Вода 9-27

Карбамид Остальное

55 Предлагаемый состав с гипосульфитом натрия в процессе кристаллизации не увеличивается в объеме, представляет собой монолит и легко

Приготовленный раствор, состоящий из воды питьевой ГОСТ 2874-73, карбамида марки Б ГОСТ 2081-75 и гипосульфита натрия ГОСТ 244-76, подогревают и специальной капельнице до 80-90 С и периодически поо дают в виде капель в реакционное пространство печи при температуре о

20 печи 540-620 С. При этом имеет место процесс пиролиза карбамида и разложение гипосульфита натрия. Наличие в атмосфере печи продуктов пиролиза карбамида и гипосульфита натрия исключает саже. — и смолообразование и обеспечивает интенсивное насьпцение обрабатываемого металла азотом, углеродом и серой.

Введение в состав гипосульфита натрия значительно повышает его технологические свойства, так раствор без гипосульфита натрия начинает кристаллизоваться при 80 С, что о резко снижает его жидкотекучесть и

l ухудшает равномерную подачу в реакционное пространство печи. При содержании гипосульфита натрия признаки кристаллизации раствора появляются только при 60цС. Кроме того, при охлаждении раствора без гипосуль40

- фита натрия образуется твердая губчатая масса, увеличенная в объеме в сравнении с жидким состоянием. Это усложняет хранение и дальнейшее использование приготовленного соста45 ва, так как требуется специальная тара для его хранения, а губчатое строение значительно затрудняет его разогревание до рабочего состоя50 ния. Полное растворение состава происходит при температуре выше о

95 С. Причем разогрев сопровождается интенсивным испарением воды и изменением состава.

3 1142 разогревается до рабочего состояния при 70 С.

После повторного разогрева состав также обладает высокой жидкотекучестью и пригоден для нитроцементации.

Пример . Образцы размером

10 10 40 мм, изготовленные из стали

38XNIOA, подвергались нитроцементации в продуктах пиролиза карбюризатора предлагаемого состава. Перед 1р загрузкой в реторту печи образцы обезжиривались в бензине.

В подогреваемый бачок, смонтированный с капельницей, загружали, вес.Ж: гипосульфит натрия 16, карбамид 67; вода 17; нагревали до

80 С. В дальнейшем эта температура раствора автоматически поддерживалась на всем протяжении процесса.

При достижении температуры печи 2б порядка 400 С начинали вводить поо догретый раствор в реторту печи со скоростью 30-40 кап/мин. Время отсчета начала выдержки фиксироСодержание, вес.Х, в составах

Компоненты составов

Известный

Предлагаемые

1 и технологические свойства

Триэтаноламин Карбамид (NH ) СО

2 2

65

70

75 78

9 5

16 17

25

Вода Н20

Гипосульфит натрия 1аг8 0

27

0,33

0,23

136

62

60 60

0.5

10 10

3 1

Глубина карбонитридного слоя, мкм

Общая глубина слоя, мм

Температура плавления, ОС

Периодичность очистки отводящих трубопроводов печи от сажи азотирования и смолистых веществ, ч

Относительное изменение объема карбюризатора при охлаждении до комнатной температуры по отношению к объему расплава

524 4 валось по достижению температуры печи 540 С. о

При этой температуре образцы выдерживались 2 ч. Давление газов в реторте 30-70 мм вод.ст. После выдержки нагреватели печи отключались образцы из реторты извлекаУ о лись при температуре печи 200 С.

Результаты насыщения оценивались

IIo строению, глубине и микротвердости диффузионного слоя. С этой целью использовались оптический спектрограф ИСП-28, микротвердо- мер ПИТ-3 и микроскоп ИИМ-8.

Аналогичным образом были приготовлены пять различных составов и проведены сравнительные испытания образованного слоя на образцах в сравнении с известным составом по прототипу.

В таблице представлены результаты сравнительных испытаний предлагаемого и известного составов.

1 ) 4 5

9 10 12 11

0,48 0,55 0,54 0,49

1142524

Составитель И. Столярова

Редактор Н. Киштулинец Техред А.Бабинец Корректор Н. Король

Заказ 661/26 Тираж 900 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная„ 4

Сравнительный анализ показал, что оптимальное содержание гипосульфита натрия составляет 8-16 вес.%, так как содержание менее 8 и более

16% приводит к снижению глубины диффузионного слоя.

Таким образом, использование предлагаемого карбюризатора упрощает технологию нитроцементации и ин тенсифицирует процесс в целом.

Результаты металлографических исследований свидетельствуют о том, что диффузионный слой, полученный в продуктах пиролиза известного состава, состоит из карбонитридной зоны и зоны диффузии азота с микротвердостью соответственно 948010300 и 4580-5680 МПа.

Строение структуры слоя, полученного в продуктах пиролиза предлагаемого состава, отличается наличием над карбонитридной зоной сульфидной, состоящей преимущественно из сульфидов железа. Микротвердость

5 этой зоны — 2850-3800 МПа, карбонитридной — 10390-12280 МПа, а зоны диффузии азота 5560-6410 МПа.

Анализ результатов проведенных

10 исследований позволяет сделать вывод, что предлагаемый состав обладает высокой насыщающей способностью. Диффузионные слои отличаются повышенной глубиной и твердостью.

15 Кроме того, наличие на поверхности более мягкого тонкого слоя сульфи— дов железа способствует хорошей прирабатываемости и увеличению срока службы сопряженных трущихся дета20 лей.