Способ нитроцементации металлов в пастах

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2254396:

Курская государственная сельскохозяйственная академия им. проф. И.И. Иванова (RU)

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов и сплавов, в частности к процессам скоростной нитроцементации в пастах. Предложен способ нитроцементации стальных изделий в пасте, содержащей сажу и азотсодержащий компонент, при этом в качестве азотсодержащего компонента она содержит карбамид при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: карбамид 50-55, сажа 50-45. Нитроцементацию проводят с выдержкой в течение 4 ч в печи при температуре 550°С. Техническим результатом изобретения является создание способа, обеспечивающего получение упрочненных слоев, обладающих высокой микротвердостью и износостойкостью.

Изобретение относится к области химико-термической обработки металлов и сплавов, в частности к процессам скоростной нитроцементации в пастах.

Известен способ твердого цианирования с применением смеси следующего состава: 60-70% древесного угля и 30-40% желтой кровяной соли. Интенсивная диссоциация цианистых солей начинается в твердом состоянии при 540-560°С (Геллер Ю. А. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1975, с.489-490). Недостатком данного процесса является дороговизна азотсодержащего компонента - желтой кровяной соли, а также его токсичность.

За прототип взят способ с применением смеси следующего состава: 70% желтой кровяной соли, 20% сажи, 5% мела и 5% соды. Интенсивная диссоциация цианистых солей начинается при расплавлении при температуре 650°С (Долженков В. Н. Цианирование улучшаемых сталей в пастах: Диссертация канд. техн. наук. Курск, КурскГТУ, 2001, 127 с.). Недостатком данного процесса является дороговизна азотсодержащего компонента - желтой кровяной соли, его токсичность, а также относительно высокая температура процесса по сравнению с другими низкотемпературными процессами.

Предложенный способ отличается от известного тем, что для повышения технологичности и интенсификации процесса в состав пасты вместо желтой кровяной соли как азотсодержащий компонент вводят карбамид.

Способ заключается в следующем.

На обрабатываемое изделие наносят нитроцементующую пасту, содержащую, мас.%:

Карбамид	50-55;
Сажа	50-45

Если карбамида менее 50 мас.ч., то уменьшается глубина диффузионного слоя за счет недостачи внедряемого азота, что ведет к затруднению внедрения углерода. Если карбамида более 60 мас.ч., то уменьшается глубина диффузионного слоя из-за недостачи углерода.

В качестве связующего могут быть использованы различные клеи на органической и минеральной основах. Пасту наносят на изделия в сметанообразном состоянии механическим или ручным способом. Детали с нанесенным слоем нитроцементующей пасты высушивают в сушильном шкафу в течение 30-60 минут при температуре 70-100°С.

Нагрев обрабатываемых изделий при химико-термической обработке проводят в муфельных печах с предварительной укладкой деталей в контейнер с нейтральным наполнителем, который действует как затвор, препятствуя выходу продуктов распада карбамида в атмосферу.

Детали выдерживаются при рабочей температуре от 2 до 6 часов. Менее 2 часов выдерживать деталь нецелесообразно, так как за этот промежуток времени не успевают пройти все диффузионные процессы, а более 6 часов - не происходит роста нитроцементованного слоя, так как за это время происходит истощение нитроцементующей пасты.

Температура процесса не должна быть ниже 500°С. Это обуславливается температурами плавления компонентов и снижением активности диффузии при снижении температуры.

На основе проведенных испытаний оптимальным режимом являются условия, приведенные в примере.

Гранулы мочевины перемалывают и смешивают с сажей, потом в смесь вводят органический клей. Деталь покрывают окунанием, возможно нанесение состава кистью. Состав обладает высокой адгезией и липкостью, поэтому нет необходимости в дополнительной смазке для нанесения состава.

Действие обмазки для нитроцементации стальных изделий происходит следующим образом: карбамид при нагревании разлагается с выделением атомарных азота и углерода, которые диффундируют в поверхностный слой стали. Недостаток атомарного углерода восполняется наличием в составе обмазки сажи.

При применении предлагаемого способа происходит резкое увеличение глубины диффузионного слоя до 800-850 мкм при t=550°C. Продолжительность нагрева составляет 4 часа. Толщина обмазки σ=3-5 мм.

Применение предлагаемого способа для нитроцементации в пастах экономически эффективно, так как он основан на применении дешевых компонентов - карбамида (мочевины) и сажи. Процесс нитроцементации протекает при температуре 550°С в течение 4 часов, что также ведет к экономии, так как снижается потребление электроэнергии. Полученные упрочненные слои обладают высокой микротвердостью 1200 HV и износостойкостью. Все это позволяет использовать нитроцементацию в пастах на карбамидно-сажевой основе в народном хозяйстве для ремонта и упрочнения поверхностей деталей машин.

Способ нитроцементации стальных изделий в пасте, содержащей сажу и азотсодержащий компонент, отличающийся тем, что в качестве азотсодержащего компонента она содержит карбамид при следующем соотношении компонентов, мас. ч.: карбамид 50-55, сажа 50-45, при этом нитроцементацию проводят с выдержкой в течение 4 ч в печи при температуре 550°С.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термической и химико-термической обработке деталей из магнитомягкой высокохромистой стали, используемой для изготовления корпусов, магнитопроводов, сердечников электромагнитных клапанов подачи рабочих газов в электрических реактивных двигателях малой тяги.

Состав обмазки для твердого цианирования стальных изделий // 2250930

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов, в частности к составам паст, применяемых для цианирования деталей оборудования на предприятиях машиностроительной и металлургической промышленности.

Способ никотрирования стальных деталей и инструмента // 2237744

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке углеродистых и легированных сталей и изделий из них, и может найти применение в автотракторостроении, ремонте и восстановлении двигателей пар трения в условиях машиностроительных предприятий серийного и опытного производств, а также в инструментальных производствах большинства отраслей промышленности.

Способ упрочнения режущего и формообразующего инструмента из теплостойких хромистых сталей // 2205892

Изобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке деталей и инструментов, и может найти применение в машиностроении, инструментальной промышленности.

Состав обмазки для цементации и нитрооксидирования деталей из легированных сталей и титановых сплавов // 2025540

Состав для цианирования стальных деталей и способ его приготовления // 1794105

Способ упрочнения стальных деталей // 1164290

Б пi ьр,!5-т?5~г|"^ ?lf«oriijiilcriyu // 397565

Способ цианирования стальных изделий с применением паст // 166720

Способ химико-термической обработки инструмента из быстрорежущей стали // 122158

Состав для нитроцементации изделий из легированных сталей // 2314363

Изобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке деталей, оснастки и инструмента

Способ химико-термической обработки деталей пар трения из сталей // 2330100

Изобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке деталей с формированием диффузионных и поверхностных слоев с повышенной износостойкостью и высокой прирабатываемостью в условиях трения металла о металл, и может быть использовано в машиностроении

Способ химико-термической обработки сталей в порошковых смесях // 2348736

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам химико-термической обработки сталей, и может быть использовано в машиностроении для упрочнения стальных мелкоразмерных деталей и инструмента

Способ изготовления мелкоразмерного инструмента из титановых сплавов // 2378411

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изготовлению упрочняемого химико-термической обработкой концевого инструмента из титановых сплавов, предназначенного для шлифования, резания и доводки прецизионных деталей из мягких термостойких керамик, и может быть использовано в приборостроении, электронике и ювелирном деле

Способ карбонитрирования деталей из высокохромистых сталей // 2463381

Изобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке деталей, инструмента, оснастки в твердых карбюризаторах

Способ нитроцементации деталей из штамповых сталей // 2501884

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов и сплавов, может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента из штамповых сталей в машиностроительной, металлургической, химической, инструментальной и других отраслях промышленности. Способ нитроцементации деталей из штамповых сталей включает приготовление пасты смешиванием, нанесение пасты на детали и нагрев с выдержкой. При смешивании пасты в нее дополнительно вводят пастообразователь - нитроцеллюлозный лак НЦ 222 и газовую сажу ДГ-100 при следующем соотношении компонентов, мас.%: железосинеродистый калий K4Fe(СN)6 - 20-30, нитроцеллюлозный лак НЦ 222 - 15-20, газовая сажа ДГ-100 - остальное. Нагрев проводят до температуры 680°C с выдержкой при этой температуре в течение 3 часов, затем детали охлаждают в масле и подвергают низкому отпуску при температуре 200°C в течение 2 часов. Обеспечивается повышение пластичности нитроцементованных диффузионных слоев и ударной вязкости, что приводит к повышению эксплуатационной стойкости штампа. 1 табл., 1 пр.

Карбюризатор для цементации изделий из низкоуглеродистой стали // 2561552

Изобретение относится к области цементации стальных изделий и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин и механизмов путем их термообработки в среде твердого карбюризатора. Карбюризатор для цементации изделий из низкоуглеродистой стали содержит высокодисперсную сажу в виде побочного продукта неполного сгорания природного газа в газоиспользующем теплогенерирующем оборудовании газораспределительных и компрессорных станций магистральных газопроводов, чугунную стружку со средним размером гранул 0,5 мм и карбонат бария, при следующем соотношении компонентов, мас.%: высокодисперсная сажа - 80, чугунная стружка - 10 и карбонат бария - 10. Обеспечивается требуемое диффузионное насыщение стальных изделий углеродом, достигается равномерность глубины слоя по площади изделия и снижаются энергетические затраты. 3 табл., 2 пр.

Способ нитроцементации деталей из штамповых сталей // 2574943

Изобретение относится к химико-термической обработке конструкционных и инструментальных сталей и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента в машиностроительной, металлургической, химической, инструментальной и других отраслях промышленности. Способ нитроцементации деталей из штамповых сталей включает приготовление пасты путем смешивания железосинеродистого калия K4Fe(CN)6 и газовой сажи ДГ-100, нанесение пасты на изделие, нагрев с выдержкой, охлаждение в масле и низкий отпуск. При приготовлении пасты в нее дополнительно вводят бентонит и маршалит при следующем соотношении компонентов, мас.%: железосинеродистый калий K4Fe(CN)6 - 24-34, бентонит - 12, маршалит - 24, газовая сажа ДГ-100 - остальное, а в качестве пастообразователя используют поливинилацетатную эмульсию, приготовленную из клея ПВА (ГОСТ 18992-80) - 50%, метанола или этанола - 10% и воды - 40%. Нагрев проводят в нейтральной соляной ванне при следующем соотношении компонентов, мас.%: NaCl-50, Na2CO3-40, NaOH-10, при температуре 600-750°C с выдержкой при этой температуре в течение 0,5-3 часов. Затем образцы охлаждают в масле и проводят низкотемпературный отпуск при температуре 150-200°C. Обеспечивается повышение скорости нитроцементации и снижение трудоемкости процесса, расширение температурного интервала, повышение равномерности нагрева деталей и повышение экологической безопасности. 1 пр.

Способ нитроцементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей // 2586178

Изобретение относится к способу нитроцементации деталей из конструкционных или инструментальных сталей и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента в машиностроительной, металлургической, химической и инструментальной промышленности. Осуществляют приготовление пасты путем смешивания железосинеродистого калия K4Fe(CN)6 и газовой сажи ДГ-100, нанесение пасты на изделие, нагрев с выдержкой, охлаждение в масле и низкий отпуск. При приготовлении пасты в нее дополнительно вводят карбонат бария, бентонит, маршалит и пастообразующую жидкость в виде поливинилацетатной эмульсии при следующем соотношении компонентов, мас.%: железосинеродистый калий K4Fe(CN)6 - 16-20, карбонат бария ВаСO3 - 14-18, бентонит - 12, маршалит - 24, газовая сажа ДГ-100 - остальное, пастообразующая жидкость, об. %: поливинилацетатная эмульсия - 50, этанол - 10, вода - 40. Затем проводят нагрев в нейтральной соляной ванне при следующем соотношении компонентов, мас.%: NaCl - 50, Na2CO3 - 50 при температуре 750-950°С с выдержкой при этой температуре в течение 1,0-6,0 часов, после чего образцы охлаждают в масле и проводят низкотемпературный отпуск при температуре 150-200°С. Обеспечивается повышение скорости нироцементации и снижение трудоемкости этого процесса, расширение температурного интервала, повышение равномерности нагрева стальных деталей и экологической безопасности. 1 пр.

Способ нитроцементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей // 2592339

Изобретение относится к химико-термической обработке конструкционных и инструментальных сталей и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента в машиностроительной, металлургической, химической и инструментальной промышленности. Способ нитроцементации деталей включает приготовление пасты путем смешивания железосинеродистого калия K4Fe(CN)6, газовой сажи ДГ-100, карбамида, бентонита, маршалита, а также пастообразующей жидкости, при следующем соотношении компонентов, мас.%: железосинеродистый калий K4Fe(CN)6 - 16, карбамид (NH2)2CO - 18, бентонит - 12, маршалит - 24, газовая сажа ДГ-100 - остальное, пастообразующая жидкость (об.%): поливинилацетатная эмульсия 50%, этанол - 10%, вода - 40%, нанесение пасты на детали, нагрев в нейтральной соляной ванне при следующем соотношении компонентов, мас.%: NaCl - 35, Na2CO3 - 35, NaOH - 30, при температуре 550-650°C с выдержкой при этой температуре в течение 0,5-3 часов. Затем детали охлаждают в масле и проводят низкотемпературный отпуск при температуре 150-200°C. Обеспечивается повышение скорости нитроцементации и снижение трудоемкости процесса, расширение температурного интервала, повышение равномерности нагрева деталей и повышение экологической безопасности. 1пр.