Способ цементации стальных изделий

 

Сущность изобретения: способ включает обработку изделий в водных растворах многоатомных спиртов или их смесей с концентрацией 2,5 - 20% при нагреве ТВЧ до 1050 -1070°С.З табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4832346/02 (22) 29.05.90 (46) 07.05.92; Бюл. %17 (71) Липецкий политехнический институт (72) Е.M.Êóçíåöoâ, В.В,Ветер и В.В.Сушкова (53) 621.793.669.586,5 (088,8) (56) Кидин И.Н., Андрюшечкин В.И., Волков

В.А., Холин А.С. Электрохимико-термическая обработка металлов и сплавов. — М.:

Металлургия, 1978, с.209 — 222.

Изобретение относится к химико-термической обработке стальных изделий и может использоваться в металлургии, станкостроении.

Известен способ цементации стальных изделий, включающий обработку в годовой атмосфере с подачей жидкого карбюризатора — керосина в рабочее пространство печи при 930 С.

Наиболее близким к предлагаемому является способ цементации в жидкой среде. (керосине, ацетоне, бензине и т.д.) с нагревом ТВЧ пр 1000 — 1100 С.

Способ позволяет успешно осуществить цементацию поверхности изделий.

К недостаткам способа относится образование сажи, при использовании керосина, бензола, растворов ацетона слой сажи может быть настолько плотным, что процесс цементации не идет. Все карбюризаторы летучи и представляют опасность в пожарном и санитарно-экологическом аспектах.

Время обработки изделия составляет 60 и более секунд — в течение этого времени происходит выделение большого объема горячих паров, с чем связаны потери кар„„ЯЦ „„1731869 А1 (я)э С 23 С 8/44, С 21 0 1/42 (54) СПОСОБ ЦЕМЕНТАЦИИ СТАЛЬНЫХ

ИЗДЕЛИЙ (57) Сущность изобретения, способ включает обработку изделий в.водных растворах многоатомных спиртов или их смесей с концентрацией 2,5 — 20 при нагреве ТВЧ до

1050 — 1070 С. 3 табл. бюризаторов и необходимость непрерывного корректирования состава водных растворов ацетона и металла.

Целью изобретения является повышение твердости поверхностного слоя и сокращение времени. обработки изделий, улучшение условий труда.

Цель достигается тем, что в способе термодиффузион ного легирования стальных изделий, включающем их обработку в жидкой насыщающей среде с нагревом до предплавленного состояния, нагрев осуществляют в, водных растворах многоатомных спиртов и их смесей с концентрацией 2,5 — 20 при 1050 — 1070 С.

Особенность методики ТДЛ состоит в том, что обработка поверхности изделия осуществляется в жидкой среде, максимальная температура которой ограничивается температурой кипения жидкости при постоянном нагреве металла ТВЧ до предплавленного состояния. При этом компоненты жидкой среды подвергаются термическому разложению на поверхности изделия, и продукты разложения взаимодействуют с металлом, образуя соединения, 1731869

Очевидно, приведенными схемами не исчерпывается весь ряд процессов, ко в результате всех их происходит насыщение поверхности металла углеродом, обусловливающее значительное повышение твердости. Для обеспечения быстрого охлаждения служит растворитель — вода, обладающая высокой теплоемкостью, Водко-органические смеси не горят и поэтому пожарная опасность при работе с ним отпадает, Кроме того, как показали эксперименты, при работе с этими смесями совершенно отсутствует сажеобразование, которое затрудняет п роцесс цементации.

В приведенных примерах определяется оптимальная концентрация растворов, Пример ы 1 — 7, Выполнение способа ТДЛ.

Цилиндрическую деталь из Ст-3 помещают в индуктор установки ТВЧ и закрепляют в сосуде ем кости 5- : On, смонтированном в основании установки и заполненном растворяем сорбита, определяемой концентрации, Деталь нагревают до

1000 — 1100 С и выдерживают при этой температуре в течение 4 — 5 с.

Как показали опыты длительное время выдержки нецелесообразно, так как это может привести к перегреву и оплавлению детали. После включения ТВЧ деталь вынимается из раствора и определяется

35 обусловливающие твердость металла, состав которых определяется составом жидкой фазы (диффузанта). Вследствие большой разности температур поверхности металла и диффузанта происходит фиксирование образующихся соединений в составе поверхностного слоя металла. В частности, углеродосодержащая среда обеспечивает насыщение поверхности металла углеродом. 10

Таким образом, для успешного осуществления процесса необходимо иметь среду, обеспечивающую образование, например, углерода и быстрое охлаждение металла. Этим условиям отвечают растворы воднорастворимых органических соединений, таких как многоатомные спирты — глицерин, ксилит, сорбит и другие, . обладающие хорошей растворимостью в воде. При термическом разложении этих ве-ществ образуется ряд соединений, содержащих углерод, что может быть представлено, например, схемой:

СюНИОб у ЗСО+ ЗС+4Н2+ ЗН20

Образовавшиеся соединения взаимодействуют с поверхностью металла

Fe+ С Fey (С)

Fe+ СО+ H2 Fey (С)+ Н20 твердость на ее поверхности и по радиусу, Результаты испытаний приведены в табл,1.

Из табл.1 следует. что существует определенная зависимость твердости от концентрации раствора, причем максимум приходится на 20;ь-ный раствор, При более высоких концентрациях твердость такжедостаточно высока, т,е. диапазон концентраций растворов весьма широк, но увеличение концентрации не способствует повышению твердости. Очевидно использование растворов с более чем 20Я,-ной концентрацией нецелесообразно. Большое значение имеет температура обработки, Главной особенностью является то, что науглероживание по-. верхности металла происходит а. очень узком диапазоне температур, в котором металл находится в предплавленном состоянии. Это достаточно оп ределенно подтверждается примерами выполнения способа при фиксированной температуре.

П р и м е ы 8 — 12. Детали обрабатывают по методике, описанной в примерах 1 — 7, в

20 ) -ком растворе сорбита при фиксированной температуре.

Результаты испытания приведены в табл.2.

Из данных табл.2 следует, что максимальная твердость получается при обработке деталей в диапазоне температур 1050—

1070 С, При более низкой температуре твердость увеличивается незначительно, а при более высокой поверхность деформируется вследствие оплавления, Для проверки возможности применения других многоатомных спиртов в технологическом процессе проводят эксперименты с растворами глицерина, ксилита, а также смеси (1:1), ксилита и сорбита.

Опыты со смесью проводят для определения их эффективности с целью использования в технологии дешевых и кедифициткых ксилит-.сорбиткых фракций кубовых останков гидролизкых заводов.

Эксперимент с указанными растворами проводят по описанной методике: в качестве критерия приводят показатель твердости (Н РС) поверхности образцов.

Результаты приведены в табл.3.

Использование предлагаемого способа термодиффузиоккого легирования позволяет повысить поверхностную твердость, что приводит к увеличению износостойкости, и значительно сокращает время обработки до нескольких секунд, а также жидкий карбюризатор снижает пожароопаскость и улучшает санитарно-эколотическую обстановку, 1731869

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Составитель И. Дашкова

Техред М.Моргентал Корректор Н. Король

Редактор M. Бланар

Заказ 1560 Тираж Подписное

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

Формула изобретения

Способ цементации стальных изделий, включающий обработку в жидкой насыщающей среде при нагреве ТВЧ, о т л и.ч а юшийся тем, что, с целью повышения твердости поверхностного слоя, сокращения продЬлжительности обработки и улучшения условий труда, в качестве жидкой.насыщающей среды используют водные растворы многоатомных спиртов или их смесей с концентрацией 2,5-20ф, а нагрев осуществляют до 1050 " 1070ОС.