Способ цементации стальных изделий

 

Сущность изобретения: способ включает смешение метизов в соотношении (3-5):1 со смесью-наполнителем, состоящий из /S- 86 мас.% гранул пористой шлаковой пемзы и остальное коксовый орешек. При этом гранулы пористой шлаковой пемзы перед смешиванием пропитывают водным раствором , содержащим 8-12 мас.% карбамида , 11-18 мас.% кальция железосинеродистого, 5-7 мас.% гадолиния хлористого и остальное вода, и сушат для удаления влаги , после чего проводят нагрев до температуры насыщения в продуктах пиролиза керосина и выдержку. 1 ил., 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s С 23 С 8/22

ГОСУДАPCTBE ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4856892/02 (22) 23.05,90 (46) 07,09,92, Бюл, ¹ 33 (71) Орский механический завод (72) А.Г. Глазистов (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 881150, кл. С 23 С 8/22, 1979. (54) СПОСОБ ЦЕМЕНТАЦИИ СТАЛЬНЫХ

ИЗДЕЛИЙ (57) Сущность изобретения: способ включает смешение метизов в соотношении (3 — 5):1

Изобретение относится к металлургии, в частности к области химико-термической обработки стальных изделий, преимущественно метизов из низкоуглеродистых сталей марок ВСт 2 сп (ГОСТ 8509 — 86), ВСт Зсп (ГОСТ 8509-86), Ст, 10 (ГОСТ 8560 — 78)-цементации, и может быть использовано для насыщения поверхности углеродом, сопровождается образованием химических соединений углерода с железом, шурупов

2 — 4х13 (ГОСТ 1144 — 80) из стали 10 (ГОСТ

8560-78), подлежащих в последующем термическому упрочнению.

Известен способ поверхностной химико-термической обработки низкохромистых конструкционных сталей, включающий пропитку пористых гранул из вермикулита водным раствором мочевины (карбамида), сушку при 50 С в течении 24 ч, укладку гранул вермикулита, пропитанных мочевиной, и деталей из низкохромистой конструкционной стали в контейнер, герметизацию контейнера, нагрев и выдержку контейнера с деталями до температуры разложения мочевины и диффузии углерода и азота в сталь с. Ж,, 1759950 А1 со смесью-наполнителем, состоящий из 7686 мас.% гранул пористой шлаковой пемзы и остальное коксовый орешек. При этом гранулы пористой шлаковой пемзы перед смешиванием пропитывают водным раствором, содержащим 8 — 12 мас.% карбамида, 11 — 18 мас,% кальция железосинеродистого, 5 — 7 мас.% гадолиния хлористого и остальное вода, и сушат для удаления влаги, после чего проводят нагрев до температуры насыщения в продуктах пиролиза керосина и выдержку. 1 ил., 2 табл, последующим термическим упрочнением и получения в деталях упрочненного слоя глубиной до 0,2 мм с поверхностной твердостью 60 ед. HRC. Этот способ может быть использован для химико-термического упрочнения метизов, т, к. образует упрочненный поверхностный слой, Однако данный способ химико-термической обработки из-за низкого содержания углерода и карбидонитридообразующих элементов в стали шурупов 2 — 4 х 13 (Ст. 10, ГО СТ 8560 — 78) и ри водит к не 6ол ь шо му упрочненному слою глубиной до 0,2 мм и твердостью до 60 ед. HRC, в результате чего резьбовые витки шурупов продавливаются и сминаются при ввинчивании их в прочный крепежный материал, например текстолит, что приводит к непрочному соединению (креплению) и бракованному узлу соединения, а из-за необходимости обеспечения при высокой температуре герметизации контейнера требуется специальное дорогостоящее оборудование, что отрицательно сказывается на повышение трудоемкости и снижает технологичность химико-термиче1759950 ской обработки метизов, Поэтому данный способ химико-термической обработки для поверхностного упрочнения шурупов 2-4 х х13 из стали 10 может найти только ограниченное применение, Из авт, св. N 881150, кл. С23С11/12, выданного в СССР, известен способ газовой цементации стальных изделий, включающий нагрев до температуры насыщения и выдержку при температуре насыщения в природном газе в смеси твердого углерода и карбамида, при этом смесь находится в соотношении компонентов, мас. у, : твердый углерод 65 — 75; карбамид 25 — 35. Этот способ газовой цементации может быть использован для химико-термического упрочнения метизов, т. к. образуется упрочненный поверхностный слой. Однако в данном способе газовой цементации в печи газовой цементации использование карбамида в виде порошка, который из-за своей сыпучести осйпается на дно муфеля, приводит к неравномерному распределению его по высоте садки-смеси шурупов 2-4 Х 13 и твердого углерода, в результате чего в последующем

1 при нагреве образуются неравномерные газовые потоки продуктов разложения карбамида и твердого углерода, что приводит к неоднородной диффузии углерода и азота, из-за чего образующийся карбонитридный слой в шурупе имеет высокий интервал неравномерности толщины слоя, а также высокий балл карбидной неоднородности в поверхностных слоях шурупов, Неравномерная с высоким интервалом неравномерности толщина (слоя) и наличие в упрочненном слое карбидной неоднородности с высокиМ баллом приводит к хрупкому разрушению шурупа при ввинчивании его в прочный крепежный материал сборного узла, например текстолит, а также к хрупкому разрушению прЦ работе этого сборного узла в пульсирующем режиме эксплуатации, что в совокупности приводит к непрочному соединению (креплению) и бракованному узлу соединения, ИСпользование в качестве компонента карбюрйзатора с плотной глад1, кой поверхностью без. пор твердый углерод (уголь) приводит также к плотному прилеганию метизов в садке смеси-шурупов из-за чего создается высокая: неравномерность сопротивления движения направленного газового потока и образуется неравномерность омывания шурупов природным газом и его продуктов высокотемпературного распада и реакций, что приводит к неравномерному распределению и понижению концентрации углерода в цементованном слое шурупов а также к увеличению величины аустенитного зерна B цементованном

55 слое. Из-за неравномерного распределения и пониженной концентрации углерода в цементованном слое шурупов образуется неравномерная (пятнистая) закалка и снижается твердость, в результате чего резьбовые витки шурупов продавливаются и сминаются ilpN Ввинчивании их в прочный крепежный материал, например текстолит, что приводит к непрочному соединению (креплению) и бракованному узлу соединения. Из-за высокого балла аустенитного зерна в цементованном слое снижаются прочностные характеристики цементованного слоя, особенно резьбовые витки шурупов, что отрицательно сказывается на хрупком разрушении витков шурупов при ввинчивании их в прочный крепежный материал, в результате чего образуется непрочное бракованное соединение, Следует отметить, что ввинчивание шурупов в крепежный материал производится в заранее подготовленное в крепежном материале, цилиндрическое отверстие диаметром меньше на 0,9 мм диаметра средних по высоте наружных диаметров резьбовых витков шурупа и при ввинчивании происходит самонарезание резьбы в крепежном материале, из-за чего при высокой производительности операции крепления, крепление узла получается прочным без самооткручивания, что важно при эксплуатации узла в пульсирующем режиме работы, например узла в бытовом холодильнике с хладагентом типа "Фреон и компрессором механического типа. Угол, используемый в качестве компонента карбюризатора, при температуре цементации выделяет сернистый ангидрид (SOz), который замедляет скорость диффузии углерода и азота, что отрицательно влияет на снижение технологичности способа. Угол при нагреве до температуры цементации разлагается с выделением смол и превращается в золу. из-за чего шурупы в садке газовой печи прилегают друг к другу и на них налипает слой золы с смолой, который экранирует и снижает доступ свежих порций газового потока, что приводит в совокупности к высокому интервалу неравномерности толщины цементованного слоя и высокой карбидной неоднородности. Кроме того, наличие прилипшего слоя золы с смолой к шурупу усложняет термическую обработку, т. к. требуется производить (вводить) перед термической упрочняющей обработкой химическую очистку (химическое глубокое травление), из-за чего повышается трудоемкость способа газовой цементации, Помимо этого, при превращснии угля в золу необходимо при каждой новой садке шурупов вводить новые

1759950 (свежие) дробленные и сортированные по размерам порции угля и хранить их в специальном помещении, исключающем их самопроизвольное разложение, размельчение, что также в совокупности приводит к трудоемкости способа газовой цементации. Поэтому применение данного способа газовой цементации стальных метиэов-шурупов 2 — 4 х 13 из стали 10, подлежащих в последующем термическому упрочнению, ограничено.

Целью изобретения является разработка способа газовой цементации стальных метизов типа шурупов "— 4 Х 13 из стали 10. подлежащих в последующем термическому упрочнению, при котором обеспечивается в цементованном слое метиза низкий интервал неравномерности толщины цементованного слоя, низкая карбидная неоднородность, низкий балл аустенитного зерна, а также обеспечивается в цементоьанном слое метиза высокой твердостью, Поставленная цель достигается тем, что в отличие от известного способа газовой цементации стальных изделий, включающего нагрев до температуры насыщения и выдержку при температуре насыщения в науглероживающем газе в смеси твердого углерода и карбамида, нагрев до температуры насыщения и выдержку при этой температуре производят в науглероживающем газе (в газовой среде пиролиза керосина) метизов в смешанном виде в весовом соотношении (соотношении масс) (3 — 5):1 со смесью-наполнителем, состоящей из 14 — 22 мас, коксового орешка, 78 — 86 мас, термостойких с капиллярно-пористой структурой гранул шлаковой пемзы, поры которой пропитаны водным раствором, содержащим, мас. : 8 — 12 карбамида; 11 — 18 кальция железосинеродистого: 5-7 гадолиния хлористого; остальное — вода, и осушенные с удалением влаги из пор пемзы.

Предлагаемый способ газовой цементации стальных изделий отличается от известного;

1, Введением в смесь-наполнитель пористого твердого углерода коксового орешка (С, ГОСТ 9790-86) в количестве от 14 до

22 мас, . Коксовый орешек, введенный в укаэанном количестве, обеспечивает за счет пор кокса равномерный зазор между шурупами и, следовательно, равномерное омывание изделий (метизов) продуктами пиролиза керосина, что положительно сказывается на снижении интервала неравномерности толщины цементованного слоя в изделиях (метизах), Кроме того, введенный в смесь-наполнитель пористый коксовый орешек от 14 до 22 мас. при температуре

10 л 5 0

55 цементации образует при минимальном содержании сернистого ангидрида и смолы дополнительно богатую углеродом науглероживающую атмосферу, что положительно сказывается на повышении концентрации углерода в цементованном слое, а следовательно, и на повышении твердости при упрочняющей термической обработке.

Снижение содержания в смеси-наполнителе коксового орешка менее 14 мас. не обеспечивает большого зазора между метизами, а следовательно, не обеспечивает равномерного омывания метизов потоками продуктов пиролиэа керосина, что отрицательно сказывается на повышение интервала неравномерност,1 тогщины цементованного слоя в метиэах. Кроме того, введение в механическую смесь твердого углерода в виде пористо" î коксового орешка менее 14 мас. приводит к незначительному по количеству науглероживающей атмосферы, что отрицательно сказывается на снижении концентрации углерода в цементованном слое, а следова.гельно, отрицательно сказывае — ñÿ на снижении твердости при термической обработке. Повышение содержания в смеси-наполнителе пористого коксового орешка более 22 мас. приводитпритемпературенасыщения к большому количеству богатой углеродом науглероживающей атмосферы, изэ а чего и ро исходит и ереуглероживание цементованного слоя, с образованием высокой карбидной неоднородности и большого количества при упрочняющей термической обработке остаточного аустенита, что приводит к снижению твердости.

2. Дополнительным содержанием в смеси-наполнителе в пределах от 78 до 86 мас. термостойких с капиллярно-пористой структурой гранул шлаковой пемзы (ГОСТ 9760—

86), поры которой пропитаны водным раствором карбамида, кальция железосинеродистого, гадолиния хлористого и просушенные с удалением влаги иэ flop пемзы.

Введение в указанном количестве в смесьнаполнитель гранул пористой шлаковой пемзы, поры которой пропитывают водным раствором карбамида, кальция железосинеродистого, гадолиния хлористого и осушенные с удалением влаги, обеспечивают равномерный подвод к поверхности шурупов продуктов разложения карбамида, кальция железосинеродистого, гадолиния хлористого а также обеспечивает равномерный зазор оптимальной величины между шурупами за счет которых происходит равномерное омывание продуктов пиролиза керосина, что положительно сказывается на снижении интервала неравномерности тол1759950

40

50

55 щины цементованного слоя, а также на снижении балла карбидной неоднородности в слое. Введение менее 78 мас,% в смесь-наполнитель гранул пористой шлаковой пемзы, поры которой пропитаны водным раствором карбамида, кальция железосинеродистого, гадолиния хлористого и осушенные с удалением влаги не обеспечивают равномерный подвод к поверхности метизов продуктов разложения карбамида, кальция железосинеродистого, гадолиния хлористого а также не обеспечивает равномерный зазор оптимальной величины между шурупами, из-за чего не происходит равномерное омывание метизов продуктами пиролиза керосина, что в совокупности отрицательно сказывается на повышении интервала неравномерности толщины цементованного слоя, а также на повышении балла карбидной неоднородности в цементованном слое. Введение более 86 мас.% в смесь-HBFlollHvlTBëü гранул пористой пемзы, поры которой пропитаны водным раствором карбамида, кальция железосинеродистого гадолиния хлористого, и осушенные с удалением влаги, также нежелательно, т. к. зто приводит к уменьшению количества (мас,%) вводимого твердого пористого углерод о а коксового орешка, дополнительного поставщика богатой науглероживающей атмосферы, что отрицательно влияет на снижение твердости, и увеличивает содержание более 86 мас.% в смеси-наполнителе гранул пористой шлаковой пемзы, поры которой пропитаны водным раствором карбамида, кальция железосинеродистого, гадолиния хлористого и осушенные с удалением влаги из пор, приводит к уменьшению полезного рабочего объема муфеля печи цементации, из-за чего вес метизов (шурупов) в садке уменьшается, что отрицательно сказывается на снижении производительности цементации и удорожании способа цементации. Кроме того, введение более 86 мас.% в смесь-наполнитель гранул пористой шлаковой пемзы, поры которой пропитаны водным раствором карбамида, кальция железосинеродистого, гадолиния хлористого и осушенные с удалением влаги, приводит к повышенной концентрации в газовой среде высокоактивных продуктов разложения кароамида.. кальция железосинеродистого, в результате чего возрастает в цементованном слое количество нитридов и карбонитридов, что приводит к снижению качества цементованного слоя за счет повышения карбидной неоднородности.

3. Введение в смесь-наполнитель карбамида (NHz)CO ГОСТ 6691-77, находящегося в порах гранул шлаковой пемзы за счет пропитки пемзы водным раствором, содержим, в мас.%; карбамида 8 — 12; кальция железосинеродистого 11-18; гадолиния хлористого 5 — 7; вода остальное, осушенных для удаления влаги из пор пемзы, образует в цементованном слое нитриды железа, что приводит к повышению твердости цементованного слоя. Уменьшение в смеси-наполнителе карбамида в результате пропитки пор гранул шлаковой пемзы водным раствором, содержащим, мас.%: карбамида менее

8; кальция железосинеродистого 11 — 18; гадолиния хлористого 5 — 7; вода остальное, осушенных с удалением влаги, образует в цементованном слое небольшое количество нитридов железа, что отрицательно сказывается на снижении твердости в цементованном слое, Увеличение в смесинаполнителе карбамида в результате пропитки пор гранул шлаковой пемзы пор водным раствором, содержщим, мас, карбамида более 12; кальция железосинеродистого 11 — 18; гадолиния хлористого 5-7; вода остальное, осушенных с удалением влаги приводит к пересыщению азотом цементованного слоя, в результате чего при упрочняющей термической обработке образуется большое количество остаточного аустенита, что приводит к снижению твердости цементованного слоя, 4. Введение в смесь-наполнитель кальция железосинеродистого (Саз(Ее(СМ)е)г х

x12HzO, ТУ 6-09-2132-72), находящегося в порах гранул шлаковой пемзы за счет пропитки пемзы водным раствором, содержащим, мас, %: кальция железосинеродистого

11 — 18, карбамида 8 — 12, гадолиния хлористого 5 — 7, вода — остальное и осушенные с удалением влаги из пор пемзы, образуют в цементованном слое дисперсные карбонитриды железа, которые с одной стороны являются барьерами для роста аустенитного зерна, а с другой стороны являются центрами упорядоченного зарождения карбидной фазы цементован ного слоя, что в совокупности положительно сказывается на повышении качества цементованного слоя за счет снижения аустенитного зерна и снижения карбидной неоднородности. Уменьшение в смеси-наполнителе кальция железосинеродистого, в результате пропитки пор гранул шлаковой пемзы водным раствором, содержащим, мас. %: кальция железосинеродистого более 18, карбамида 8 — 12, гадолиния хлористого 5 — 7, вода остальное и осушенные с удалением влаги из пор пемзы, образует в цементованном слое в виде сетки большое количество карбонитридов, в результате чего образуется большое количество остаточного аустенита при упрочняющей

1759950

10 термической обработке, что отрицательно сказывается на снижении твердости, 5. Введение в смесь-наполнитель гадолиния хлористого (Ос!С!з 6HzO ТУ 6-09-0415-75), находящегося в порах гранул шлаковой пемзы за счет пропитки пемзы водным раствором, содержащим, мас. ; гадолиния хлористого 5 — 7, карбамида 8 — 12, кальция железосинеродистого 1 !— - 18, вода— остальное и осушенные с удалением влаги из пор пемзы, производит на поверхности метизов депассивацию окисной пленки (FeO, Ре Оз) железа, в результате чего снижается интервал неравномерности толщины цементован ного слоя, а также снижается неравномерность распределения углерода в цементованном слое, что в совокупности повышает качество цементованного слоя, Кроме того, в смеси-наполнителе гадолиний хлористый, находящийся в порах гранул шлаковой пемзы за счет пропитки водным раствором, содержащим, мас, /: гадолиния хлористого 5 — 7, карбамида 8 — ".2, кальция железосинеродистого 11-18, вода— остальное и осушенные с удалением влаги из пор пемзы, депассивируя окисную пленку железа сокращает цикл цементации, т, е. повышает технологичность (производительность) способа цементации, Уменьшение в смеси-наполнителе гадолиния хлористого в результате пропитки пор гранул водным раствором, содержащим, мас,, гадолиния хлористого менее 5, карбамида 8 — 12, кальция железосинеродистого 11 — 18, вода остальное, осушенных с удалением влаги из пор пемзы, незначительно производит на поверхности депассивацию окисной пленки (FeO, FezOa) железа, в результате чего поверхность цементуемого метиза не очищается от пленок и повышается интервал неравномерности толщины цементованного слоя, а также повышается неравномерность расп ределен ия углерода в цементованном слое, что отрицательно сказывается на снижении качества цементованного слоя. Кроме того, уменьшение в смеси-наполнителе гадолиния хлористого, находящегося в порах гранул шлаковой пемзы за счет пропитки пемзы водным раствором, содержащим, мас. : гадолиния хлористого менее 5; карбамидэ 8 — 12; кальция железосинеродистого 11 — 18; вода остальное, осушенных с удалением влаги, не депассивирует окисную пленку железа вследствие чего цикл цементации не сокращается, т. е, снижается производительность цементации. Увеличение в смеси-наполнителе гадолиния хлористого в результате пропитки пор гранул пемзы водным раствором, содержащим, мас, : гадолиния хлори5

55 стого более 7, карбамида 8 — 12, кальция железосинеродистого 1 1 — 8, вода — остал ь нов и осушенные с удалением влаги из пор пемзы, приводит к передепассивации,в результате чего происходит отложение на поверхности метизов в виде пленочного налета гадолиния хлористого, препятствующего диффузии углерода и азота, что отрицательно сказывается с одной стороны на снижении концентрации углерода и азота s поверхностном слое, а следовательно и на снижении твердости упрочненногг слоя, а с другой стороны на увеличении для тельности цикла цементации, т. е. на снижав нии технологичности способа цементации, 6. Введение метизов (изделий) в смешанном сиде в вeñîâîì соот-:Gøåíèè (соотношении масс) (3-5):1 со смеськ>наполнителем, состоящей из 14-22 мас, пористого коксового орешка, 78-86 мас. гранул пористой шлаковой пемзы, поры которой пропитаны водным раствором, содержащим, мас. ь: 8 — 12 карбамида; 11 — 18 кальция железосинеродистого; 5 — 7 гадолиния хлористого; остальное вода, осушенных с удалением влаги из пор пемзы, обеспечивает за счет оптимального использования полезного рабочего обьема муфеля печи цементации, высокую производительность способа цементации, а также обеспечивает равномерный зазор оптимальной величины между метизами, за счет которых происходит равномерное омывэние продуктами пиролиза керосина и продуктами разложения карбамида, кальция железосинеродистого, гадолиния хлористого, что в совокупности положительно сказывается на снижении величины аустенитного зерна, а также на повышении равномерности распределения углерода в цементованном слое, вследствие чего повышается качество цементованного слоя. Уменьшение метизов в смешанном виде при весовом соотношении менее 3:1 со смесью-наполнителем, состоящей из 14 — 22 мас. пористого коксового орешка, 78 — 86 мас. гранул пористой шлаковой пемзы, поры которой пропитаны водным раствором, содержащим, мас. : 8-12 карбамида; 11 — 18 кальция железосинеродистого; 5 — 7 гадолиния хлористого; остальное вода, осушенных с удалением влаги из пор пемзы, приводит с одной стороны к уменьшению веса метизов в садке, что отрицательно сказывается на снижении производительности способа цементации, а с другой стороны приводит к высокой активности распада твердых карбюризаторов с образованием большого количества продуктов разложения карбамида, кальция железосинеродистого, гадолиния хлористого, 1759950

12 коксового орешка, из-за чего повышается балл карбидной неоднородности в цементованном слое, в результате чего снижается качество цементованного слоя, Увеличение метизов в с, ашанном виде при весовом соотношении более 5:1 со смесью-наполнителем состсящего из 14 — 22 мас,% пористого коксового орешка; 78 — 86 мас, % гранул пористой шла îâîé пемзы,,поры которой пропитаны водным раствором, содержащим, мас. %; 8 — 12 карбамида; 11 — 18 кальция железосинеродистого; 5 — 7 гадолиния хлористого; остальное вода, осушенных с удалением влаги из пемзы, приводит к уплотнению, KoHTBKTGM (соприкосновению) метизов между собой, повышению сопротивления движению газовому потоку и не обеспечивает равномерный зазор оптимальной величины между шурупами, из-за чего не обеспечивается равномерным подводом к поверхности метизов продуктов разложения карбамида, кальция железосинеродистого, гадолиния хлористого и не обеспечивается равномерным омыванием продуктами пиролиза керосина, что в совокупности отрицательно сказывается на повышении интервала неравномерности толщины цементованного слоя и на повышении величины аустенитного зерна в результате чего снижается качество цементованного слоя. Кроме того, увеличение метизов в смешанном виде при весовом соотношении более 5:1 с смесью-наполнителем, состоящим из 14 — 22 мас.% пористого коксового орешка, 78 — 86 мас.% гранул пористой шлаковой пемзы, поры которой пропитаны водным раствором, содержащим, мас. %: 8 — 12 карбамида; 11 — 18 кальция желазосинеродистого; 5 — 7 гадолиния хлористого, остальное вода, осушенные с удалением влаги, приводит к снижению активности твердых карбюризаторов, в результате чего образуется небольшое количество продуктов разложения карбамида, кальция железосинеродистого, гадолиния хлористого, коксового орешка, что отрицательно сказывается на снижении твердости цементованного слоя.

Наиболее зффективно способ газовой цементации стальных издалий, согласно изобретению, может быть использован для цементации в газовой печи цементации Ц105 шурупов 2 — 4Х13, подлежащих в последующем термическому упрочнанию, Для пояснения изобретения заводом-заявителем в печи газовой цементации Ц-105 в среде пиролиза керосина были зацементованы шурупы 2-4 Х 13 (ГОСТ 1144 — 80) из стали 10 с механической смесью состава 2, 3, 4 с граничными и средним составом ингреди5

55 ентов механической смеси (см. табл. 1) предлагаемого способа цементации стальных изделий и с механической смесью состава

1, 5, выходящим за граничные составы механической смеси предлагаемого способа цементации. Кроме того, для сравнения, в печи газовой цементации Ц-105 в среде пиролиза керосина были зацементованы шурупы 2-4Х13 (ГОСТ 1144-80) из стали 10 с механической смесью состава б, 7, 8 с граничными и средним составом ингредиентов механической смеси (см. табл. 1) известного способа (прототип) газовой цементации.

Твердый угол (ГОСТ 8180-86), используемый в механической смеси составов 6 — 8, коксовый орешек. шлаковая пемза измельчались и доводились до гранул до размеров

9 мм в поперечнике.

Шлаковая пемза для пропитки пор погружалась на 30 ч при 20 С в водный раствор, содержащий в зависимости от состава механической смеси (см. табл. 1) карбамид, кальций железосинеродистый, гадолиний хлористый с последующей просушкой для удаления влаги из пор при 45 С в течение 38 ч, Шурупы промывали для удаления с шурупов консервационного масла в осветительном керосине и механически перемешивали в количестве в зависимости от состава механической смеси (см. табл. 1) с смесью-наполнителем.

Механическую смесь, содержащую шурупы и смесь-наполнитель, загружали в восемь сетчатых поддонов (диаметром 500 и высотой 115 мм) с отверстиями диаметром

3 мм плотностью 4 отв. Для улучшения циркуляции потока цементирующих газов и удобства выемки шурупов из муфеля, восемь поддонов с механической смесью помещали в четыре полые, по два поддона в каждую полую корзину, корзины (диаметром 600, высотой 355 мм), которые устанавливали в предварительно нагретый до

500 С муфель печи одна на другую. Механическую смесь засыпали в сетчатые поддоны при толщине насыпного слоя 105 мм.

Цементацию проводили по следующему режиму: нагрев по мощности печи от 500 до 930 С при расходе осветительного керосина (ГОСТ 4753 — 68) 70 капли/мин (продолжительность прогрева садки 1,7 ч), выдержка при 930 С в течение 2,5 ч при расходе осветительного керосина 165 капли/мин, охлаждение механической смеси производили с печью от 930 до 500 С в закрытом муфеле с отключенным вентилятором при расходе осветительного керосина

60 капли/мин. Нагрев садки механической смеси до температуры насыщения и выдержку при атой температуре производили с

1759950

5

15 включенным вентилятором печи (фиг. поз. 5).

При достижении 500 С печь открывали, вынимали из муфеля поддоны с механической смесью и охлаждали до 20 С на спокойном воздухе. После охлаждения магнитным сепаратором производили отделение шурупов от смеси-наполнителя. Жидким способом по плотности жидкости производили отделение от смеси-наполнителя шлаковую пемзу, которая промывалась в воде и поступала на повторное использование, Шурупы подвергали закалке (закалка от температуры аустенитизации 780 С, время выдержки при 780 С ЗО мин, охлаждение в 10 -ном водном растворе поваренной соли) и отпуску при 200 С в течение 1 ч, охлаждение на воздухе. Аустенитизацию шурупов производили в камерной электропечи на листовом с лотком внутри которого находился твердый карбюризатор (состав, мас. : древесный уголь 90, углекислый натрий 10) для защиты от обезуглероживания при аустенитизации, протвине при толщине насыпного слоя шурупов 20 мм.

На чертеже показана схема размещения в печи поддонов с механической смесью; где муфель 1 печи; корзина 2 полая диаметром

600 мм, высотой 355 мм, сетчатый поддон 3 диаметром 500 и высотой 115 мм с отверстиями диаметром 3 мм, плотностью 4 отв./см; механическая смесь 4; вентилятор 5, Состав механической смеси приведен в табл. 1. Механико-технологические свойства шурупов, прошедшие цементацию, термическое упрочнение в зависимости от состава механической смеси, приведены в табл. 2.

Предложенный способ газовой цементации, включающий нагрев и выдержку в газовой среде пиролиза керосина, изделий (метизов), входящих в состав механической смеси (оптимальные составы механической смеси 2 — 4) в сравнении с известным способом цементации, как видно из таблицы, flQзволяет получить в цементованном слое шурупов (изделий) высокую твердость, а также позволяет получить высокое качество цементованного слоя за счет уменьшения

4О

45 карбидной неоднородности, величины аустенитного зерна и неравномерности цементованного слоя по толщине. Применение заявляемого способа газовой цементации стальных изделий (метизов) приводит к повышению качества цементованных термически упрочненных изделий (низкий интервал неравномерности цементованного слоя, высокий уровень твердости, низк,. баллы карбидной неоднородности и аустенитного зерна) и позволяет получить ожидаемый годовой экономический эффект ла одном виде изделий (шурупов) в разм ., е

3331,08 рублей.

Заявляемый способ газовой цементации стальных изделий прошел испытания на

Орском механическом заводе и рекомендован руководством завода к внедрению.

Формула изобретения

Способ цементации стальных изделий, преимущественно метизов, включающий нагрев до температуры насыщения в газовой среде в присутствии твердого углерода и карбамида и выдержку, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения твердости и качества цементованного слоя за счет уменьшения карбидной неоднородности, величины аустенитного зерна и неравномерности по толщине, перед нагревом предварительно проводят смешивание изделий в соотношении 3 — 5:1 со смесью-наполнителем, состоящей из гранул пористой шлаковой пемзы и твердого углерода, в качестве которого использован коксовый орешек, при следующем соотношении компонентов, мас, ; гранулы пористой шлаковой пемзы — 76 — 86; коксовый орешек— остальное, а в качестве газовой среды при нагреве и выдержке использованы продукты пиролиза керосина, причем гранулы пористой шлаковой пемзы перед смешиванием пропитывают водным раствором, содержащим карбамид железосинеродистый кальций и хлористый газолиний при следующем соотношении компонентов, мас. : карбамид — 8 — 12; железосинеродистый кальций—

11 — 18; хлористый газолиний — 5 — 7; вода— остальное, и сушат для удаления влаги, 1759950

16

Таблица 1

Состав механической смеси

Содержание (в мас,7, ) компонентов в водном растворе для п опитки по шлаковой пемзы

Состав

Содержание компонентов в смеси-наполнителе, вес.ф> карбамид карбамид шлаковая пемза коксовый кальций желеГддол иний вода орешек хлористый зосинеродистый

ОсОстальтальное ное

Таблица 2

П р и м е ч а н и е, Из-.,за сложности оценки дисперсности мартенситно-аустенитной структуры (величины аустенитного зерна), карбидной неоднородности одним из двух соседних баллов;,производили оценку промежуточным баллом.

3

5

7

78

82

86

90 твердый уголь каменный

Весовое соотношение (соотношение масс) метизов к смеси-наполнителю

5:1

4:1

12

11

14,5

21,5

1759950

Составитель А. Глазистов

Техред М.Моргентал Корректор Е, Папп

Редактор

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

Заказ 3159 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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