Состав для нитроцементации стальных изделий

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке стальных изделий преимущественно из легированных сталей, а именно к цементации и нитроцементации в порошковых средах на основе древесного угля и может быть использовано в машиностроении для упрочнения стальных изделий. Цель - интенсификация процесса, повышение микротвердости , технологичности, снижение стоимости и расширение технических возможностей . Состав содержит, мас.%:аммоний щавелевокислый 1,5-5,0; перлит природный вулканический 16,0-30,0; древесный уголь-остальное. Для обработки нержавеющих высокохромистых сталей дополнительно вводят 0,5-1,5 мас.% натрия щавелевокислого или лимоннокислого. Состав позволяет интенсифицировать процесс насыщения в 1,1-1,6 раза, повысить технологичность , микротвердость в 1,1-1,2 раза и снизить стоимость в 1,2-1,7 раза 1 з.п.ф-лы, 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)s С 23 С 8/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 (21) 4728240/02 (22) 07.08.89 (46) 07.12.91. Бюл. ¹ 45 (72) А.Н,Тарасов, B.Н.Тарасов, В,В.Делении и Г.А.Карих (53) 621.785.51.06 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1154303, кл. С 23 С 8/22, 1988. (54) СОСТАВ ДЛЯ НИТРОЦЕМЕНТАЦИИ

СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке стальных изделий преимущественно из легированных сталей, а именно к цементации и нитроцементации в порошковых средах на основе древесного угля и может быть

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке стальных изделий, преимущественно из легированных сталей, а именно к цементации и нитроцементации в порошковых средах на основе древесного угля, и может быть использовано в машиностроении для упрочнения стальных иэделий.

Цель изобретения — интенсификация процесса, повышение микротвердости, технологичности, снижение стоимости и расширение технических возможностей.

Состав содержит, мас.$: щавелевокислый аммоний 1,5 — 5,0; природный вулканический перлит 16-30; древесный уголь остальное, Для обработки нержавеющих высокохромистых сталей дополнительно вводят 0,5 — 1,5 мас.ь щавелевокислого или лимоннокислого натрия, Функциональное назначение вводимых компонентов.

„„5Ц„„1696572 Al использовано в машиностроении для упрочиения стальных изделий. Цель — интенсификация процесса, повышение микротвердости, технологичности, снижение стоимости и расширение технических возможностей. Состав содержит, мас.7,:аммоний щавелевокислый 1,5 — 5,0; перлит природный вулканический 16,0 — 30,0; древесный уголь — остальное, Для обработки нержавеющих высокохромистых сталей дополнительно вводят 0,5-1,5 мас.% натрия щавелевокислого или лимониокислого. Состав позволяетиитеисифицировать процесс насыщения в 1,1 — 1 6 раза, повысить технологичность, микротвердость в 1,1 — 1,2 раза и снизить стоимость в 1,2 — 1,7 раза. 1 з,п.ф-лы, 2 табл.

Природный вулканический тонкодисперсный перлит практически содержит все соединения, обеспечивающие образование активного атомарного углерода у поверхности цементуемой детали. Такими соединениями являются окислы кальция, магния, железа, натрия, содержащиеся в природном перлите s количестве до 12 — 147. Одновременно в перлите имеется кристаллически связанная влага, обеспечивающая образование окиси углерода в присутствии древесного угля, а увеличение удельного обьема перлита при температурах химикотермической обработки улучшает условия подвода газообразных продуктов в поверхности деталей, находящихся в садке.

Щавелевокислый аммоний является поставщиком атомарного азота, в присутствии которогО в высокотемпературных процессах активизируется насыщение поверхности деталей углеродом. l696572

Щавелевокислый или лимонный натрий является депассиватором при обработке склонных к образованию пассивных пленок высокохромистых сталей, а также облегчает диффузию углерода в слое при минималь- 5 ном в сравнении с известными натрийсодержащими депассиваторами внутреннем окислении поверхности зоны диффузионного слоя., Введение в древесный уголь природно- 10 го перлита и щавелевокислого аммония вместо четырех-пяти компонентов в известных составах. при минимальной стоимости компонентов обеспечивает высокую активность состава при цементации малоуглеро- 15 дистых и легированных конструкционных сталей.

Нагрев деталей иэ сталей 18ХНВА, 18ХГТ, 25ХГСА, 12Х17Н2, 1Х13 проводят с упаковкой в ящички из нержавеющей стали 20

12Х18Н10Т, для нагрева используют малогабаритные малоэнергоемкие печи СНОЛ1,6.2,5,1/11 М, СНОЛ-1,6,2,5,1/9М2, отпуск проводят в электрош кафах СНОЛ-4/3,5.

Пример 1, Состав для цементации 25 упоров диаметром 8 мм и длиной 12 мм из стали 20Х13 готовят смешением порошка природного перлита в количестве 30 мас. ), березового угля Фоакции 2-3 мм в количестве 55 мас. и щавелевокислого аммония 5 30 мас,%, Детали после засыпки и герметизации ящичков нагревают до 920 С и выдерживают в течение 4 ч, закалку проводят оТ темп вратур цементации в подогретом до 70 " 35 машинном масле. Отпуск вецут при 250 С в течение 3,5 ч.

В результате обработки на внутренних и боковых поверхностях со сложными переходами сечений сформирован диффуэион- 40 ный слой, равномерный по толщине v микротвердости, практически без зоны внутреннего окисления. Количество карбидов в слое 120 — 150 мкм составляет 47-50 мас, /, микротвердость в пределах Но,е = 45

987-1014 при твердости сердцевины НКС = 43 — 45.

При MNHvlMBJlbHblx затратах на приготовление состава в условиях неспециали- 50 зированного термического участка мелкосерийного машиностроительного предприятия ресурс работы цементированных и закаленных деталей повышается в 1,7 раза, Технология исключает применение соеди- 55 нений, содержащих цианантные группы, условия труда улучшаются, исключено использование дефицитных компонентсв, удельные затраты на химико-термическую обработку сокращаются на 25-30 Д, В табл. 1 приведены результаты сравнительных испытаний предлагаемого и известНОГО COCTBBOB.

Из табл, 1 следует, что наблюдается повышение микротвердости в 1,2 раза, интенсификации процесса в 1,1-1,2 раза, а стоимость состава снижается в 1,4-1,7 раза, Пример 2. Корпуса. распылителей дизельного топлива изготовляют из стали

ЗОХГСА и проводят нитроцементацию при

900 С в течение 1,5 ч, Состав содержит 1,5 мас.7 щавелевокислого аммония, 16 мас.0/ природного вулканического перлита, 82,5 мас,,4 древесного березового угля, Закаливают с температуры насыщения, После закалки и отпуска при 180 С корпуса имеют твердость рабочего канала HRC = 62 -- 64. равномерну.о по всей высоте, при этом после термической обработки требуется лишь доводка- 2-5 MKM. Ресурс p360Tbl корпусов после обработки в предлагаемом составе повышаетс до 2840 ч по сравнению с 2170 ч, полученными при обработке в известном составе, Упрощается приготовление состава. исключено поступление хлорсодержащих компонентов в атмосферу печи, удельные затраты на ьспомогательные материалы при термической обработке снижаются на 30 Р.

Наиболее эффективно использование состава для восстановления деталей в ремонтном цехе машиностроительного предприятия.

При введении в состав лимоннокислого или щавелевокислого натрия становится возможным проведение нитроцементации в процессе нагрев- для закалки деталей и оснастки иэ высокохромистых сталей беэ никеля и с никелем: 10Х13, 30Х13, 25Х17Н2, 14Х17Н2 при 950 — 1000 С, Атомарный натрий инициирует диффузию углерода в высокохромистых сталях, в связи с чем наблюдается интенсификация процесса насыщения данных сталей.

В табл, 2 представлены результаты исследований и испытаний на стали 2ОХ13.

Анализ данных табл. 2 показывает, что при использовании предлагаемого состава микротвердость увеличивается в 1,1 — 1,15 . раза, глубина слоя — в 1,3 — 1,6 раза, а стоимость снижается в 1,2-1,4 раза.

Пример 3. Штамповые вставки для горячей высадки болтов изготавливают из стали 5ХНМ и нагревают для закалки с засыпкой внутреннего канала диаметром 10 мм предлагаемым составом, содержащим 4 мас. $ щавелевокислого аммония, 1,5 мдс, $ щавелевокислого натрия, 30 мас.ф, природного вулканического перлита. 64,5 мас.g древесногс, угля.

1696572

После прогрева садки до 860 С и выдержки в течение 3 ч вставки закаливают в масле и отпускают при 450 С в течение 2,5 ч

В результате обработки на рабочей поверхности вставок получен равномерный износостойкий слой, позволяющий провести высадку 8460 болтов иэ стали ЗОХГСА против 6230 штук, обработанных в известном составе, Суммарные затраты на приготовление состава снижаются в 1,5 раза, обработку стало возможным проводить в условиях неспециализированного участка инструментального цеха.

Пример 4, Иглы распылителей дизельного топлива судовых дизельных двигателей BNV038/42 из стали Р6М5 обрабатывают в процессе нагрева для закалки в составе, содержащем 5 мас. щавелевокислого аммония, 1.5 мас. щавелевокислого натрия, 30 мас, природного вулканического перлита и 63,5 мас, древесного угля.

В процессе нагрева и выдержки при

940 С в течение 2,5 ч на поверхности сформирован диффузионный слой глубиной 290 мкм с содержанием карбидов 48-50,5 мас. . При уменьшении энергозатрат. связанных с повышенной скоростью карбидообразования на 30 в сравнении с известным способом, износостойкость игл повышена в 1,4-1,5 раза.

При обработке предлагаемым составом практически исключено внутреннее окисление поверхности, припуск на шлифование уменьшается на 20 — 25 мкм, что позволяет сократить трудоемкость притирки и доводОдновременно не наблюдается активного сажеобразования и выделения избыточных газов окиси углерода и аммиака при прогреве и выдержке, Остатки перлитоу гольной засыпки используют повторно, трехкратно, добавляя новые порции щаве5 левокислого аммония, перлита и щавелевокислого натрия, Состав применим при пониженных температурах 600 — 620 С для нитроцементации пресс-форм и фильер в засыпке иэ отработанного состава с введе10 нием щавелевокислого аммония, Таким образом, при минимальных затратах на вспомогательные материалы расширены возможности состава применительно к высоколегированным сталям в

15 интервале температур 600-950 С. Использование предлагаемого состава позволит повысить микротвердость в 1,1 — 1,6 раза и снизить стоимость обработки в 1,2 — 1,7 раза, 20 Формула изобретения

1. Состав для нитроцементации стальных изделий преимущественно из легированных сталей, содержащий древесный уголь и аммонийсодержащее вещество, о т25 л и ч а ю шийся тем, что, с целью интенсификации процесса, повышения микротвердости, технологичности и снижения стоимости, он дополнительно содержит природный вулканический перлит. а в каче30 стве аммонийсодержащего вещества — щавелевокислый аммоний при следующем соотношении компонентов, мас. : щавелевокислый аммоний 1,5 — 5,0; природный вулканический перлит 16-30; древесный уголь

35 остальное.

2. Состав по и. 1, отл ичающийся тем, что, с целью расширения технических возможностей, он дополнительно содержит

0,5-1,5 мас. щавелевокислого или лимон-

40 накислого натрия.

1696572

I

I

1

I Ф

1 J

Ф с рх

C4 l $ Х

). х

Е) СР

О 3й) 33 р Сз ф с4 лх л х

3и о

)< ххс

Ф О

tU о

Xl ! 1

C;I I

Ф

i03 l 1 ! u 3

Е< х

1 Р 1

3е 1

3- 1

CS сч

0 о о о

--5 ВО>

> в

<Ч <Ч <4

1

1

1 >3

3- I I

f0 u I а о х х

1 е Ф

z o

t сс орх рхх а а рс с ов сч сч м

D <Ч лвв ! I 3 1 1 в fn м <. со

<Ч И-Ф с> сч сч

0S О> ОЪ а

Ф

> о

tp y j cn

<0 >Х >0Х >сх: C

V R4O OtI C) е рсзо сс IOви>Ф л

>О ооо оо мл.т о

МММ-5 ЛМ! -5

О) о оanc4

СО О) О)СО О) 1 и

1 Л

Ul х

0 <.) У ! O

ОИ

О-О с< О\ ъ х 3 - )Ф о-т о еии р

SOU Х

>ОО Z

e IcU р ф!счф

in

tJ 0

>о со у

Ф

0 и

О

f5 СЗ

Х

l I д е

О Ф н) J

8cI:3 ч 5 р ах а л )с

3-3- а

l5 Е Ul

Ф ач

>х

Д

I" и р

В

C)

fC 1 д*со

s x IФм а ае- о

3- i-XtO

Е V CU Ь.

X Фсч 0

5k)

>z

1!

ЛР 35 х

l5 ФМ

*PLY, ф ес> а

)и е

Ol

<О

М во

l О и о с»

c4 san со лч) во о ио мan в

О О <5

Ч) caо сч «ъ

ООООО

>О М CU О и)

<3 м \ и>

Р о

tn

<Ч х и л с

).

Ю

ИО О О О

С4-Х И<@СО солчз ог

tnU> O

» И

1 ! I ! I !

1 ! I

I 1

1 1 1

1 Ol Е 1 ! l x 1

1 Y S I

1 30 1 I

Е< С.V 1 е х 1 х а 1

1 I

1 1

° CI 1

1 ),й Х 1

lOl Х )- Л

О И<Ол

1 1

I Е

1 и I

1 1 1 а 1

Ul

I Ф 1

1 1- 3 а 3: О х и

z o

I K 1

1 1 1

1 1 1 х 3 ч а х % u

1 С I <5 1

В<СIS

Х)ХЕ

Е)О Н

1 С> 3 1

1 X I и - I

X I Ol

1 tU 1

)e a t u р< ар 3 о

Фч iu

1 Р 1 1

1 и 1 I

О 1 %

<з 3 1 l Z

I p

1 Х 1 I- 1 f0

1 Х Е I

au i e х 3 eU

Zi с<Ч

В<*-<Р

et ре)а

О. i t- E

)

1 >, 1

I ! р I

1 Е 1

I Ф I

<УСЕ

e s

i a0 е l

1 РZ I — -!

>х 1

1 1 )1 1

I ! м> Ф,й 1

Ф с

1 U I 3) О е 3 аи

Х >С Л

1 l I

1 3 3 и i o

0 о ххе

ei o if t

Zi ВOS о 3 аоас с) аz а

Z i оае

0 I 0:CC

I Y 1 I

I <5 1 3

1 S I I

:С 1 О ! tU Ф S

1 S Р S S 1

> а > с х х

Р>РСО!

3 >S I Ф и Z о > е s s.

3 <.3 1 Q Y >U t ех 00, k й

ОЧ >охов

00 Х

Р 3) 2 3! Iоfzsmzu

1

I

I !

1

1

I

3

I

1

1

1

1

I

1

1

1

I

I

1

1 !

I

1

1

t

1

1

1

1

I !

1

I

l

I !

1

1

I

1

I

1 !

1

I

3

1

1

1

I

1

1

I

1

I

1

I

1

1

I !

1 !

1

I

1

1

I

I

1

1 I 1 X 1 1

1 I e р а х< 3-ои

1 Х I U> L X IC 1

f53 Z i ХРХ*

; 11;» — 3

1 1 X I I

1 f0 1 X 1 С 1

1 В 5) I fU 1

3-1»! 35 1

И

Х<<-<О

О 1 1 1

О 3 Ф 1 о.аi- О 1 х р и

1 1 X Ф О 1

I ° t0 1 х х I х и I и л 1 е с

1 I- Iх о I

I Р i

I Х X 1

1 Р I ! S X I

I 1

4с

X Y 1

1 Р IO 1

3 С Ф 1

3 1 1 1 >

3 tO 0) hl Ф

1 и 0 3 l0 оер l l

X X Ч и

I Ul 3 О

-с i S

zре х I ! l0 Х X Р I >Д

Izzañ 1

1 >ф

foo3ха

° i o f-t- I и I p о 1 а хх >х

<С

i 8 2

I t0 I I

<- 3 О 1

>0И i Ф >Х)I

1 lO f e U 1 еххо

1 Ul I В(Y f0 L I о I

1 ). 1

О C 1

01 3- I

С< ХР I

С ot- I о i аао I

3 )С< РUIC> 3

a u I

S t >X >S I

Ь Д I

fU 3 Z 3

% I U p 1 а! Фс Ф I

1 tO l allO C 1

e0о о аа! 3

I L> 1 С Ч Л 1

1,. =3 с-> в

1 И Ц

z хоймл

ZS:Z И

Е<0 ОО-тч)

Ь <Ч « О

1 3 1 1 О)

ОЕХФД<Ч а Ф s хххсх г ао о о е а х х с йсч

2

-z t-C е ee ea g g e

ИХОХ "ХЕ р g К * Е 3

ФРВРай ФИ

Я5 « e 3

I

I

I !

I !

1

1

1

1

l !

1

1

1 !

1

1

1

1

1 в 3

С4 1

1 1 о

<Ч I

1

1

1 о

an 1

С! I

1

I

1 м 1

1 со

1

1 !

1

1

I

I

1 !

1

1

I

1 !

1

1

1

1

1 !

1

I !

1

1 !

1

I

1

1

I

1

1

I

1

t

1

3

3

1

1