Способ получения атмосферы для вакуумной нитроцементации инструмента

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано в машиностроении для увеличения поверхностной твердости и изностойкости деталей и инструмента. Целью изобретения является интенсификация процесса насыщения, повышение износостойкости и эксплуатационной стойкости нитроцементованных деталей, их твердости и вязкости. В известном способе получения атмосферы для нитроцементации, включающем продувку азотсодержащего газа через нагретую углеродсодержащую смесь, в качестве азотсодержащего газа используют азот, а в качестве углеродсодержащей смеси - смесь карбида кальция с коксом при следующем соотношении компонентов, мас.%: карбид кальция 5...33

кокс 67...95, которую нагревают в контейнере до 850 - 950°С, затем возбуждают тлеющий разряд при давлении 1 - 30 мм рт.ст. между смесью, служащей катодом, и корпусом контейнера, служащим анодом, при этом тлеющий разряд питают однополупериодным пульсирующим напряжением промышленной частоты. Применение способа позволяет в 1,5 раза интенсифицировать процесс насыщения, в 1,5 раза повысить износостойкость и в 1,6 - 2,2 раза - эксплуатационную стойкость деталей, в 3 раза повысить вязкость деталей и в 1,1 раза увеличить поверхностную твердость. 1 ил., 4 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51>s С 23 С 8/30

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИ ГЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4721908/02 (22) 05.06.89 (46) 23,08.91. Бюл, М 31 (71) Курский политехнический инстигут (72) А.И.Шумаков, Л.А.Желанова и А.А.БогДЭНОВ (53) 621.78.067.5 (088.8) (56) Прокошкин Д.А, Химико-термическая обработка металлов. Карбонитрация. — М..

Металлургия, 1984, с.211, (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АТМОСФЕРЫ

ДЛЯ ВАКУУМНОЙ НИТРОЦЕМЕНТАЦИИ

ИНСТРУМЕНТА (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано в машиностроении для увеличения поверхностной твердости и износостойкости деталей и инструмента. Целью изобретения является интенсификация процесса насыщения, повышение износостойкости и эксплуатационной стойкости нитроцементовэнных деталей, их твердости и вязкости. В иэвестИзобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано в машиностроении для увели-ения поверхностной твердости и износостойкости деталей q инструмента.

Целью изобретения является повышение насыщающей способности атмосферы, иэносостойкости и эксплуатационной стойкости нитроцементованного инструмента, его твердости и вязкости. Согласно способу получения атмосферы для нитроцементации, включающему продувку азотсоде ржа щего ra„„. Ж„, 1671730 А1 ном способе получения атмосферы для ни Гроцементации, включающем продувку азотсодержащего газа через нагретую углеродсодержащую смесь, в качестве азотсодержащего газа используют азот, а в качестве углеродсодержащей смеси — смесь карбида кальция с коксом при следующем соотношении компонентов, мас. : карбид кальция 5-33; кокс 67-95, которую нагреваюг в контейнере до 850-950 С, затем возбуждают тлеющий разряд при давлении

1-30 мм рт.ст. между смесью, служащей катодом, и корпусом контейнера, служащим анодом, при этом тлеющий разряд питают однсполупериодным пульсирующим напряжением промышленной частоты, Применение способа позволяет в 1,5 раза интенсифицировать процесс насыщения, в

1.5 раза повысить износостойкость и в 1,62,2 раза эксплуатационную стойкость деталей, в 3 раза повысить вязкость деталей и в

1,1 раза увеличить поверхностную твердость. 1 ил„ 4 табл. ээ через нагретую углеродсодержвщую смесь в качестве аэотсодержащего газа используют азот, а в качестве углеродсодер жащей смеси — смесь карбида кальция с коксом при следующем соотношении компонентов, мас. :

Карбид кальция 5-33

Кокс 67-95 которую нагревают в контейнере до 850950 С, затем возбуждают тлеющий разряд при давлении 1-30 мм рт,ст. между смесью, служащей катодом, и корпусом контейнера, служащим анодом, при этом тлеющий разряд питают однополупериодным пульсиру1671730 ющим напряжением промышленной частоты.

Пропускание азота через раскаленную смесь карбида кальция с углем позволяет получить беэводородную читроцел1ен иРУЮЩУЮ атМОСфЕРУ СОСтОЯЩУЬП 1З,ИаНа л. а. омного азота Карбид кальция ч ".з ьеР,=, катализатором образования циа - 1 а марного азота. Уголь улучшает .з;ел: гропроводность смеси и, реагируя с и римесыо кислорода, генерирует окись углерода. Тлеющий разряд необходлл1 для больш го сы хода циана, когорый является основ .ыл:; нитроцементирующим компонентом. Б невозбужденном (неионизированном) сог.тсянии азот является весьма инертным 1азс м.

Под действием 1леющего разряда açoг иониэируется и вступает в реакцию с к р бидом кальция, При этом образует.:я ци анамид кальция, который ре .ирус.. с атомарным углеродом. образующимся при распылении угля тлеющим разрядом, и выделяет газообразный дициан (СЧ)2. тициан вступает в реакцию с раскаленным углем с образованием циана и атомарного азота.

На чертеже изображена схема осущесг вления способа. гехнплогия поgroropKv- к о "ото .с нера сос оит в следующем. К.с.:.: л лг:йного кокса и. I .aðáèga кальция д )II6я: гранупы размером 5 -1 . мм и засея?аroI реактор?. Герме-иччо зал рыты ко :«й .сf.

1 эагружак т в печь. оэзогре, у с до ) (0850"С, Затем ко?т. йнеры 1 и 3 оедин ;;:. в еди vio вакуу1. нук истему, сг;дага р:- зг — > жение до ".0 м от.ст и пр„дсстижзни ° в контейнере 3 рабочей темпер туры, под

ЗЮт ааОТ дО Л,ЭВЛЕНИя В СИСТЕМЕ 3", л .л рт.ст. Ме кду к рпусом r.oI-!reI, I-II ра 1 .: T; убкой 4 прикладь вают днопс,;гериодное пульсипуюи,еe напряжение 250- 400 д .1т рицательный потенциал i?ega;oi на ре-,.— тор. Ппотнос?, т1ка тп. ющегг. р; зряд поддерживзли в пределах 1-2 м," /ем rloложительные ипнь, азота бомб:l.диру ст поверхнос-ь гранул карбида клция и .о" са. При этом Te lTe;LaTypa смеси ao: растает до 900ОС. Образовавшийся I,I1a,; и атомарный азот всасываются через оверсти в трубке 4 и переходят а контейнер .,,;е происходит вакуумная ни1Го;мы -ai>I образцов, Пример 1. Нитроцем =>ITai.rlrl по

ВЕр1аЮт ОбраэцЫ И:. Стапй Рбл 15 В,pop цилиндров Я 14 л высотой 12 мм в форм,: прямоугольных призм 10х10х55 мм, цилиндрические Об и высотой 6 мм, а также а форл; шайб о30и толщиной 10 мм. Перед г.игроцементацией образцы подвергают окончательной термообработке. Их обеэжиривяют

5-33

67-95 ацетоном. промывают спиртом и закрепляют в кассетах 5. Кассеты помещают в контейнер 3. который герметизируют и загружают в печь, нагретую до 400-650 С, 5 После окончания нитроцементации кон ейнеры геL1метизируют и извлекают из печей.. бразць эх ждают вллесте с конг н,=-рол К з —;тейнер 1 до последующего исrIO".ЬЗОВа .ИЯ ОьтЭВЛЯЮт ПОД РаЗРЯжЕНИЕМ

10 ео избежание взаимодействия карбида ка- ьция с воздухом Tav KaK при этом он разрушается.

Читр1цементованные образцы подверI ают экспериментальным исследованиям

,5 g;;я определения толщины слоев, их микротв одос.ги, износоьTohvocTH, ударной вяэ,с1и содержания о,lopoga в них.

Тслшину нигрсцеменгованных слоев о1о-дел ., от по; аспределению микроi2I I в,;pgGOTI1, =а эффективную толщину пр.;нимают расстояние по нормали вглубь

От -ОВЕркНОСтИ, На KoiopOM ВЕЛИЧИНа МИКротвердости на 5-6 " превышает микро? вердость серцевины, что соответствует

25 u,".6:<å измерения. микротвердость измеряют на микро: ердом .т.,ПУт-3 при нагрузке 0,5 Н.

"дар:.э:, вяз.:.oñ ü определяется на .та,.gартных обра 3L aõ 10к10х55 мм беэ над.. ь.а .:„.,ч лксвол; опре MK-!0.

i1Cri .-„э -.. нэ иэ ОС пРоводят на маши::. трен.1я ипа М1".-1 Ipi сухэл: трении llo с е,"е д«cк30 I« i — колодка Колодки .1-.сот.ель: r из ct. ío о чугуна. Скорость

" :>,... .ьжения,6 м с.. Удельное дал?ление в э е 3 karla 5 г?роце;сс испытаний О6, .ЗЕ1 ОХПак.ДЛЮ? -.тРУ и ежа ГЭГО ВОЗДУХа. обраэц?в кс?тоолирую через каж ЫЕ 15 r I;: Н ВЗВЕ, ИГ;аЧив, ОбраЗцае С тОЧ4 ; ч: ..ть о 0,1 10* rr За эталон износа берут образец из стали Р61Л. после скончательной

-r О IOO6oабП КИ. За Крк?врИй ИЗНОсОСтОйКО:,рин .1аю- относи?ельную износостои .:т1. т.Е..ЗгЧОШЕН Е r,oòr.f:.1 МаССЫ З аЛОНа К и-ле1з пассы исса :дуемых образцов.

Содержание водорода в образцах опреда?яами МвтвдОМ Вахуу-1НОГО ПпаВЛЕНИя.

Экспериментально установлено, что износостойкость нитроцсментованных сло5 ". г а зависит оТ соотношения карбида Kansq ri «окса в смеси, заполняющей реактор, Даные, полученные осле нитроцементации при 550 С в течение 90 мин при давлении

1,, мм рт.ст., приведены в табл, 1.

Из данных, приведенных в табл. 1, спе„ -T, что за оптимапьныи следует принять сос ав смеси при следующем соотношении кс мпэ!1ентов. мдс. $:

Карбид кальция

Кокс

1671730

Следовательно, эа оптимальное следует принять соотношение карбида кальция и кокса в интервале от 1:0 до 1:2,5. При соотношении меньшем t:10 снижается износостойкость иэ-за меньшего насыщения азотом нитроцементованных слоев, а при соотношении большей, чем 1:2,5 возрастает толщина хрупкой карбонитридной корки на поверхности, которая приводит к снижению ударной вязкости, т,е. к охрупчиванию.

Это является следствием повышенного содержания циана в нитроцемент.к щей атмосфере.

Опытным путем подобран лнTервал давления в системе 1-30 мм рт.ст, В этом. интервале тлеющий разряд устойчив. Причем при снижении давления ниже 1 мм рт,ст. интенсивно распыляется карбид каль;ия н кокс с образованием твердых соединений осаждающихся на стенках контейнера. ри этом выход циана снижается и толщина нитроцементованных слоев резко уменьшается.

При давлении в системе выше 30 мм рт.ст. тлеющий разряд гаснет, что так ке г,риводи1 к снижению насыщающей активнос-,è атмосферы, так как насы цающая способнссть

МОЛЕКуЛярНОГО аЗОта В Ч: F TO 4 ВИдв Зяляв .О низкой. Уменьшение тс;щи.. ы слос.в до Я12 мкм при сопутству)". цем снижении соДЕРжаНИЯ аЗОта В СЛОЯХ ПРИ ОП",.nInàt.ÜIIr -: режиме (5500С, 30 мин) -риводит K сниж ению стоикости инструм ч-а.

Зкспериментэльне «тано,.лене: Fro наиболее стабильно тлек:щий разряд ор при питании его однопо уперисднь:. пульсирующим напряженьем промышленной частоты, получаемым роя ока; -,ем переменного напряжения через высоковольтный диод, Пои использовании однополу:1ериодного напряжения н возникает дуговои разряд. Если же тлеющий разряд питают постояннь м напряжением. то при noходной температуре 800 С, а при реальной, Iloвышающейся за счет ионной бомбардировки до 950 С тлеющий разряд и"-..реходит в дуговой. В таком слу ае необходимы дугогас.ящие устройства.

Температура смеси влияет на нитроцементующую способность образующейся атмосферы, т,е. на содер ание в ней атомарного азота и циана. Такое влияние выражается в зависимости толщины нитроцементованных слоев от температуры смеси. Экспериментальные результаты, полученные при нитроцементации образцов из стали Р6М5 при 550 С в течение 90 мин при давлении !5 мм рт.ст„ приведены в табл. 2.

Ниже 850 С уменьшае1ся содерх1ание атомарного азота и циана 9 нитроцементу13 5

55 ющей смеси, что приводит к снижению скорости роста диффузионных слоев. При температуре смеси выше 950 С скорость роста слоев не увеличивается. Но при этом тлеюший разряд горит менее устойчиво и переходит в дуговой эа счет увеличения термоэлектронной эмиссии из металлических частей.

Пример 2. Нитроцементацию flpoBQдят иэ атмосферы, полученной предлагаемым и известным сппсобами. Насыщают образцы из стали Р6М5 при 550 С в течение

60 мин. Сравнительные результаты нитроцементации приведены s табл. 3.

Пример 3, Предлагаемым, известным и другими способами упрсчняют режущий инс1румент, сверла. Ф4 мм, метчики МЧ. фрг зы прорезные толщиной 1 мм иФ60 мм, разверки б мм. Температура нитроцемен аци.i составляла 550 С, длительность 30 мин. Испытывают инструмент в rIpoMblLU ленных условиях при работе на автоматиче.-.ких линиях. Обрабатываемым материалом явл стся элементы арматуры электротехн-ческих иэделий, изготовляемые из сталей 20 и 30.

3а критерий до«говечности (эксплуатац-оннои стойкости, Д! инструмента принимаю число г ди. ичных операций, выполненных инструментом до выхода его иэ;-.троя. Увеличение долговечности (к) oI1ределяют по отношению к инструменту, не и;;.; cc гавшемуся ХТО и работающему в э1:x же условиях. ! å ульта -ы cpBBHln»ëüíûõ испытаний ппивед .ы в табл 4. Л приведенных данных видно, что примсн.-ние предлага» ого способа позволяет ь 1 5 раза интенсифицировать процесс, в

1 5 раза ппв .- сить износостоикость и в 1,62,2 ра.-. эксплу;.тацнонную стойкость деалей, р 3 раза повысить вязкость деталей и в 1, I раза увеличить поверхностную твердость.

6 ормула изобретения

Способ получения атмосферы для вакуум. ой итроцементации инструмента, включаюший продувку аэотсодержащего газа через нагретую углеродсодержащую смесь, отличающийся тем, что, с целью повыц ения насыщающей способности атмосферы, износ стойкости и эксплуатационнгй стойкости нитрсцементованного инструмента, его твердости и вязкости, в качестве азотсодержащего газа используют аэог, а в качестве углеродсодержащей смеси — смесь карбида кальция с коксом при следу ощем соотношении компонентов, мас, ::

Карбид кальция 5 — 33

V.oêñ 67-95

1671730

Таблица 1

Таблица 4 которую нагревают в контейнере до 850950 С, затем воэбуждают тлеющий разряд при давлении 1-30 мм рт,ст. между смесью. служащей катодом, и корпусом контейнера, служащим анодом, при этом тлеющий раэряд питают однополупериодным пульсирующим напряжением промышленной частоты.

Составитель Н. Рыжков

Редактор Н. Бобкова Техред М.Моргентал Коррвктор М. Кучерявая

Заказ 2805 Тираж 549 ГЬдписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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