Способ цементации стальных изделий в твердом карбюризаторе

 

Изобретение относится к металлургии , в частности к хшшко-термическон обработке, а именно к насыщению поверхности стальных деталей углеродом , и может быть использовано в машиностроении для увеличения поверхностной твердости и износостойкости. Цель - повышение износостойкости изделий за счет увеличения содержания глобулярных карбидов в цементованном слое. Способ цементации включает предварительную подготовку твердого карбюризатора путем смешения гранулированного кокса с 5-15% щелочного или целочно-эемельного металла и выдержку смеси при 300-900°С в течение 1-2 ч D среде инертного газа, упаковку изделий с карбюризатором в контейнер , загрузку контейнера в печь, разогретую до температуры цементации, и продувку контейнера в процессе выдержки продуктами термической диссоциации метанола. В результате обработки изделий по предложенному способу износостойкость в условиях интенсивного абразивного износа повышается в 1,8-2 раза, при этом несколько увеличивается толщина и твердость слоя, а содержание карбидов р слое увеличивается в 4 раза. 3 табл. (Я

СОЮЗ COBETCHHX

ФФ

РЕСПУБЛИК (1% (111

А1 (У1)5 С 23 С 8/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A STOPCKOIHV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНЯТИЯМ

ПРИ lMHT СССР (21) 4721909/02 (22) 05.06.89 (46) 07.06.91. Бюл. Р 21 (71) Курский политехнический институт (72) А.И.Г1умаков и В.Р.Бежин (53) 621.785.52(088.8) (56) Заявка Японии Р 62-80259, кл. С 23 С 8/64, опублик. 13.04.87. (54) СПОСОБ ЦЕ21ЕНТЛЦИИ СТАЛЬНАЯ ИЗДЕЛИИ В ТВЕРДОИ КЛРБЮРИЗАТОРЕ (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, а именно к насыщению поверхности стальных деталей углеродом, и может быть использовано н машиностроении для увеличения поверхностной твердости и износостойкости.

Цель — повышение износостойкости иэделий за счет увеличения содержания

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, а именно к насыщению поверхности стальных деталей углеродом, и может быть использовано в машиностроении для увеличения поверхностной твердости и износостойкости.

Цель изобретения — повышение износостойкости иэделий за счет увеличения содержания глобулярных карбидов в цементованном слое.

Способ цементации включает предварительную подготовку карбюриэатора путем смешения гранулированвого кокса с 5-15Х щелочного или щелочно2 глобулярных карбидов в цементованном слое. Способ цементации включает предварительную подготовку твердого карбюризатора путем смешения гранулированного кокса с 5-151 щелочного или щелочно-земельного металла и выдержку смеси при 300-900 С в течение о

1-2 ч в среде инертного газа, упаковку изделий с карбюриэатором в контейнер, загрузку контейнера в печь, разогретую до температуры цементации, и продувку контейнера в процессе вью держки продуктами термической Лиссоциации метанола. В результате cbpaботки изделий по предложенному спосо-. бу износостойкость в условиях интенсивного абразивного износа повьппается в 1,8-2 раза, при этом несколько увеличивается толщина и твердость слоя, а содержание карбидов в слое увеличивается в 4 раза. 3 табл. земельного металла и выдержку смеси при 300-900 С в вакууме в среде инертного газа в течение 1-2 ч, упаковку изделий с карбюризатором в контейнер, загрузку контейнера в печь, разогретую до температуры цементации и продувку контейнера в процессе выдержки продуктами термической дкссоциацин метанола.

В процессе подготовки твердого карбюризатора щелочной или щелочноэемельный металл расплавляется, проникает в поры гранул кокса, что приводит к образованию межслойных соединений металла с углеродом. Иежслой1654375 ные соединения обладают высокой химической активностью.

Прн продувке контейнера продуктами термической диссоциации метанола, которые содержат ЗЗХ окиси углерода (CO) н

67Х водорода (Н ), они взаимодействуют с гранулами кокса, обогащенными межслойными соединениями, в результате чего образуется атомарный углерод, обеспечивающий насыщение поверхности стальных деталей до 4-5Х. Выделяющийся парообразный металл является катализатором. В цементированном слое образуются избыточные карбиды глобулярной формы при их объемной доле до 80-90Х, что обеспечивает повышение абразивной иэносостойкости деталей. Приготовление карбюризатора осуществляют следуюпп м образом.

Приготавливают твердый карбюриэатор для цементации. Куски литейного ,кокса дробят на дробильной установке на гранулы размером 3-8 мм. Щелочной или щелочноземельный металл (натрий, калий, литий или барий) нарезают кусочками по 2-5 мм. Гранулы кокса и металл в выбранном соотношении засыпают послойно в вакуумный контейнер в который после 20-30-миФ

30 нутного вакуумирования впускают осу шенный аргон до давления (2,0-2,5)1 к 10 Па. Контейнер помещают в печь, разогретую до 300-900 С, и выдержио вают в течение 1,0-2,0 ч. После выдержки контейнер распаковывают и получают готовые к использованию гранулы.

Время выдержки смеси гранул кок6а с металлом 1-2 ч определяют экспериментально. Нижний предел (! ч)

40 определяется временем прогрева контейнера со смесью до заданной температуры, а верхний предел (2 ч) оказывается достаточным для полного

"впитывания" металла в гранулы кокса.

Интервал температуры, до которой нагревают смесь, также определяют экспериментально с учетом того, что температура плавления щелочных металлов лежит s интервале 50-200 С, а для щелочноземельных 600-900 С.

Нижний предел (300 С) является достаточным для "впитывания" щелочных металлов в гранулы кокса, а верхний предел (900 С) достаточен для "впитывания" щелочноэемельных металлов.

Насыщающая способность твердого карбюриэатора при продувке метанолом зависит от содержания металла в его составе. Содержание металла влияет на содержание углерода н, следовательно, на содержание карбидной фазы в цементуемых деталях. В табл. 1 представлены данные по содержанию карбидной фазы в цементованном слое стали

HIX15 в зависимости от содержания металла в гранулах твердого карбюризао тора. Температура цементации 930 С; длительность 7 ч; расход метанола

150 капель в минуту. Содержание карбидной фазы определяют по площади, занятой карбидами в поле зрения на мнкрошлнфах при увеличении (х400).

Толщину слоев определяют на микрошлифах по убыванию величины микротвердости вглубь от поверхности до ее значений, íà 10Х превышающих микротвердость в сердцевине. Испытания на абразивную износостойкость проводят на машине трения типа Х4-Б при сухом трении торцов цилиндрических образцов ф 6 мм по специально приготовленной на основе кварцевого песка абразивной шкурке. Скорость скольжения 1,2 м/с, удельное давление 3 ИПа.

Износ определяют взвешиванием образцов на аналитических весах АДВ-200 с точностью 0,1 ° 10 кг через каждые

10 мин трения. За единицу износостойкости принимают отношение стойкости цементованных образцов к закаленным.

Из данных, приведенных в табл. 1, следует, что каталитическое воздействие на насыщение углеродом стали

ШХ15 щелочных и щелочноземельных металлов примерно одинаковое. При содержании металлов в составе твердого карбюризатора менее 5Х резко снижается содержание глобулярных карбидов в цементованном слое, а при содержании их вьпне 15Х не возрастает ни толщина слоя, ни содержание карбидной фазы ни износостойкость, Таким образом, эа оптимальное следует принять содержание щелочного или щелочноземельного металла в составе твердого карбюриэатора 5-15Х.

Пример 1. Цементацию образца иэ стали ШХ-15 осуществляют предлагаемым и известным спос<бами. Измеряют количество карбидной фазы в

1654375

25 цементованных слоях, твердость, глубину и износостойкость слоев. Насыщают образцы в твердом карбюризаторе, состоящем из кокса и 10Е лития. Расход метанола составляет 150 капель в минуту. Согласно известному способу насьш1ение проводят в стандартном древесно-угольном карбюризаторе с ,продувкой аммиаком при его расходе

0,1 м /ч. Во всех случаях цементацию проводят по оптимальному режиму о

920 С; 7 ч. Закалку осуществляют от 820 С в масло; отпуск при 100 С.

Результаты представлены в табл. 2.

Из данных, приведенных в табл.2, следует, что относительная износостойкость стали 1сХ15, цементованной по предлагаемому способу, в 2 раза выше по сравнению с цементацией по

1;звестному способу. При этом несколько увеличивается толщина и твердость слоя, а содержание карбидов в слое увеличивается в 4 раза.

П р и и е р 2. Проводят цементац;ю облицовочных пластин пр:сс-форм, используемых в производстве силикат1.огс кирпича. Пластины изгстз1спивают

;.з та. ги 20Х. После механической обрабо7.lll их Ilt7ppttрган7т цементаци11

930 С II течение 7 ч. Закалку проводят в масло с повторного н,1грев; от

t7 с

880 С. Отпускают пластины при 160 С ч. Подавляющее большинс гво IT tBc THH

«ocIlc термообработки обладают остаточной,деформацией типа "пропеллер"

Hуждаютс» в шлифовке на глубину

0,2-0,4 мм дл;- получ=. ния требуемой пло"...остиости. При этом часть цементован11ого слс я сошлифовывается. Однако то:.шина карбидоссдержащей зоны слоя сост".âIlÿåò 0,8-1,0 мм и является достаточной для сохранения высокой

45 износостойкости. Испытания на износо.-тойкс с- ь проводят в лромьшспенных условиях.

Критерием стойкости пластин служил износ их рабочей плоскости (согласно ТУ) на глубину 0,8-1,2 мм гри выполнении максимального количества циклов (выпрессовок кирпича). Глубину износа определяют специальной мерительной скобой с точностью+5 мкм.

Параметры цементованных слоев определяют на образцах-свидетелях. Контроль проводят в конце каждой рабочей смены. Результаты испытаний приведены в табл. 3.

Из данных, приведенных в табл ° 3, следует, что износостойкость в условиях интенсивного абразивного износа облицовочных пластин, цементованных по предлагаемому способу, в 1,8 раза выше по сравнению с обработкой по известному способу цементации, что приводит к повышению коэффициента использования прессов и, следовательно, к увеличению производительностI труда при производстве силикатного кирпича.

Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я

Способ цементации стальных иэделий в твердом карбюризатор», вклн1ча— ющий предварительную подготогку твердого карбюриэатора, упаковку деталей карбюризатором в контей11ер, эагру7Ку КОНтЕйНЕра В ПЕЧЬ, раЗОГПС.туну дО температуры цементации, !»II:IIie,,-. продувкой кс1нтеинера ак rlIIt»17; IVIII!q.м 1 а— зом, о т л и ч а ю ш и й: я 1ем, что, с целью по|1ыше11ия 1; нос 7с7 ойкосси иэделий эа счет увеличе1гия содержания глобулярных карЬидсв, i.ðeöIIàрительную подготовку твердого карбюризатора проводят смешением гранулированного кокса с 5-15Х щепочного или щелочноземельного меlалла, затем осуществляют выдержку смеси при 300о, 900 С в среде инертного i-аза в течс— ние 1-2 ч, а продувку контейнера осуществляют продуктами термической ди-социации метанола.

1654375

Таблица 1

Относительная износостойкость

Tsepдость на по" верхности

HRC

Толщина цеменСодержание тованного металла, 7. (по массе) слоя, мм

Литий

Калий

Натрий

Барий

Таблица 2

Толщина цементованСодержание карбидов в слое,Х

Способ

ТверОтносительная цементации дость на поизноса стойных верх- ности, HRG слоев, мм кость

66

3,5

Известный

1,5

60

1,5

Щелочной нли щелочноэе" мельный металл

Предлат аемый 1,8

10

17

10

17

10

17

10

17

1,5

1,6

1,7

1,7

1,7

1,4

1,5

1,7

1,7

1,7

1,6

1,8

1,8

1,8

1,8

1,5

1,6

1,7

1,7

1,7

Содержание глобулярных карбидов в карбидосодержащей зоне, Х (по объему) 40

61

64

66

66

66

63

66

66

66

61

64

66

66

66

61

64

66

66

1,8

2,8

3,5

3,5

3,5

1,8

2,8

3,5

3,5

3,5

2,0

3,0

3 5

3 5

3,5

2,0

2,8

3,5

3,5

3,5

Характеристика слоя

В слое .только глобулярные карбиды размером 2-10 мкм

В переходной зоне цементная сетка

1654375

Таблица Э

Толщина слоя, Способ

ИзносостойКоэффицемен* тации кость, количество циент стойкости поверхности

2,2

65

1,8

1,6

58

1,0

Составитель Н.Сункина

Редактор Н.Яцола Техред М.Дидык Корректор М.Самборская

Заказ 1932 Тираж 571 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101

Предлагаемый

Известный

Содержание избыточных карбидов, Х

Твердость цементованной циклов до допустимого износа

21,4 ° 10

11i3 103