Способ цементации металлического изделия



Способ цементации металлического изделия
Способ цементации металлического изделия
Способ цементации металлического изделия

 


Владельцы патента RU 2477336:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Донской государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области металлургии, а именно к цементации металлических изделий, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента. Металлическое изделие размещают в контейнере с электропроводной порошковой средой, содержащей легирующий элемент. Затем проводят нагрев порошковой смеси за счет пропускания через нее электрического тока с использованием электродов, при этом в качестве электродов используют контейнер и изделие с соотношением площадей, составляющим величину не менее 10:1. В качестве электропроводной среды используют порошок каменного угля зернистостью 0,3-0,6 мм. Контейнер выполняют в форме, соответствующей форме поверхности упрочняемого изделия, которое располагают в контейнере эквидистантно. Ускоряется процесс диффузионного насыщения, и достигается равномерность глубины слоя по периметру изделия, снижаются энергетические затраты, и повышается экологичность процесса. 3 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к диффузионной цементации металлических материалов, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента.

Известен классический способ цементации, заключающийся в диффузионном насыщении из порошковых сред, размещенных в герметизируемых контейнерах, с использованием печного нагрева (Ворошнин Л.Г. Теория и технология химико-термической обработки: учебное пособие. Минск: Новое знание, 2010, стр.88).

Способ отличается большой энергоемкостью вследствие длительности процесса обработки в связи с необходимостью прогрева всего контейнера и последующей выдержки для диффузионного насыщения.

Известен способ диффузионного насыщения металлических изделий в порошковых токопроводящих смесях, нагреваемых за счет пропускания электрического тока (Ворошнин Л.Г. Теория и технология химико-термической обработки: учебное пособие. Минск: Новое знание, 2010, стр.101). В процессе обработки, кроме изделия, в огнеупорный муфель помещают два электрода, засыпают их порошковой смесью и закрывают крышкой. На электроды, расположенные с противоположных сторон муфеля, подается электрическое напряжение 10…59 В.

При таком способе обработки скорость диффузионного насыщения выше, чем в вышеописанном классическом способе, но остается недостаточно высокой и энергозатратной из-за необходимости нагревания всего объема токопроводящей смеси.

Наиболее близким по выполнению является способ цементации металлических изделий, при котором изделия помещают в печь с кипящим слоем порошка графита, нагрев которого осуществляется пропусканием электрического тока с помощью электродов (а.с. SU №375322, МПК C23C 8/64, 10.05.1973 г.).

Данный способ характеризуется недостаточной скоростью насыщения (на стали 25 толщина слоя 0,8 мм за 30 мин) и неравномерностью образующегося диффузионного слоя, обусловленной более интенсивным прогревом образца со сторон, обращенных к электродам. Кроме того, способ предполагает высокие энергетические и материальные затраты, вызванные необходимостью создания виброкипящего слоя с помощью продувки нейтральным газом, воздухом или вибрации.

Техническим результатом предлагаемого изобретения являются ускорение процесса диффузионного насыщения, достижение равномерности глубины слоя по периметру изделия, а также снижение энергетических затрат.

Технический результат достигается тем, что в способе цементации металлического изделия, включающем размещение металлического изделия в контейнере с электропроводной порошковой средой, содержащей легирующий элемент, нагрев порошковой смеси за счет пропускания через нее электрического тока с использованием электродов, отличием является то, что в качестве электродов используют контейнер и изделие с соотношением площадей, составляющим величину не менее 10:1, а в качестве электропроводной порошковой среды - порошок каменного угля зернистостью 0,3-0,6 мм, при этом контейнер выполняют в форме, соответствующей форме поверхности упрочняемого изделия, которое располагают в контейнере эквидистантно.

Выполнение контейнера в форме поверхности упрочняемого изделия и расположение изделия эквидистантно относительно контейнера при соотношении площадей контейнера и изделия не менее 10:1 обеспечивает возможность концентрации электрического тока на поверхности изделия и локализации микродуговых разрядов в ограниченном объеме вокруг поверхности изделия в слое порошковой смеси глубиной до 4-6 мм, что способствует получению равномерного по глубине диффузионного слоя. При достижении в процессе нагрева порошком каменного угля температуры возгорания инициируется экзотермическая реакция горения, приводящая к активации адсорбции атомов углерода и дополнительному нагреву поверхности изделия, что ускоряет процесс диффузионного насыщения, а также снижает энергетические затраты.

Диапазон размеров частиц порошка каменного угля 0,3-0,6 мм обусловлен тем, что при размере менее 0,3 мм большое количество мелких пылевидных частиц увлекается газами, выделяющимися при нагревании и возгорании порошковой среды, и удаляется из зоны контакта с упрочняемым изделием. При размере частиц более 0,6 мм существенно уменьшается электрическое сопротивление порошковой среды, значительно возрастает ток в электрической цепи контейнер - порошковая среда - металлическое изделие, что приводит к возникновению в порошковой среде мощных электрических разрядов, также удаляющих частицы порошка из зоны контакта с упрочняемым изделием.

Ниже приведен пример реализации способа.

Образцы из стали марки 20Х цилиндрической формы диаметром 12 мм и длиной 30 мм закрепляли в металлическом зажиме, устанавливали вертикально в центре металлического контейнера цилиндрической формы диаметром 70 мм и высотой 100 мм и засыпали на половину длины образца порошком каменного угля зернистостью 0,3-0,6 мм, выполняющим функцию токопроводящей смеси и источника атомарного углерода для процесса цементации. Затем подключали источник электрического тока таким образом, что одним электродом являлся контейнер, а другим - образец. Напряжение плавно регулировалось в интервале 0-50 В. В результате сначала наблюдалось образование микродуговых разрядов вокруг образца (фото 1), а через 20 с там же возникала область нагрева и последующего возникновения экзотермической реакции горения угольного порошка (фото 2). Общая продолжительность выдержки в процессе диффузионного насыщения составила 90 с. Результаты обработки оценивали по глубине науглероженного слоя со структурой перлита с помощью микроструктурного анализа на поперечном микрошлифе (фото 3). Глубина науглероженного слоя по периметру образца составила 0,3 мм.

Сравнение достигнутого значения глубины слоя, полученного за 1,5 минуты, с результатами использования известного способа показывает, что предлагаемый способ отличается ускорением процесса диффузионного насыщения. Способ позволяет получить равномерную глубину науглероженного слоя по периметру образца, снизить энергозатраты за счет энергии, выделяемой при горении угольного порошка, и не требует продувки газами или вибрации контейнера.

Способ цементации металлического изделия, включающий размещение металлического изделия в контейнере с электропроводной порошковой средой, содержащей легирующий элемент, нагрев порошковой смеси за счет пропускания через нее электрического тока с использованием электродов, отличающийся тем, что в качестве электродов используют контейнер и изделие с соотношением площадей не менее 10:1, а в качестве электропроводной среды - порошок каменного угля зернистостью 0,3-0,6 мм, при этом контейнер выполняют в форме, соответствующей форме поверхности упрочняемого изделия, которое располагают в контейнере эквидистантно.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к химико-термической обработке стальных деталей, а именно к процессам цементации, и может быть использовано в машиностроении, автотракторостроении и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке стальных изделий из быстрорежущих сталей. .

Изобретение относится к областям машиностроения и химико-термической обработки стали, а именно к насыщению поверхностей стальных деталей углеродом. .

Изобретение относится к химико-термической обработке стальных деталей. .
Изобретение относится к области термической обработки легированных сталей в присутствии внешнего магнитного поля. .

Изобретение относится к области металлообработки и касается методов поверхностного упрочнения и повышения износостойкости конструкционных малоуглеродистых сталей путем их науглероживания и электромеханической обработки поверхностного (диффузионного) слоя, в том числе в условиях ремонтного производства.

Изобретение относится к химико-термической обработке сплавов. .

Изобретение относится к машиностроению, а именно к термической обработке, в частности к цементации при упрочнении изделий из малоуглеродистых сталей. .
Изобретение относится к термической и химикотермической обработке и может быть использовано для изготовления деталей, работающих в условиях сухого трения и повышенных контактных давлениях при динамических нагрузках.
Изобретение относится к способам формирования покрытий с использованием порошковых материалов. .

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке, и может быть использовано для поверхностного упрочнения изделий и повышения их эксплуатационной стойкости.

Изобретение относится к области химико-термической обработки, в частности к процессам диффузионного насыщения из порошковых сред в контейнерах с плавкими затворами.
Изобретение относится к области химико-термической обработки металлов и сплавов, а именно диффузионному насыщению поверхностных слоев упрочняемых деталей машин различными химическими элементами из твердых фаз.

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке инструмента для резания высокопрочных сталей и прецизионных сплавов, и может найти применение в инструментальной промышленности , приборостроении,специальном машиностроении.

Изобретение относится к защите металлов от коррозии. .

Изобретение относится к металлическим трубопроводам и способам их восстановления и может быть использовано для упрочнения труб в энергомашиностроении. .
Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, а именно к способам упрочнения металлов, и может быть использовано при изготовлении деталей, работающих в условиях изнашивания и знакопеременных нагрузок. Способ легирования поверхности детали из стали включает нанесение на легируемый участок поверхности детали обмазки, содержащей легирующие элементы, нагрев легируемого участка поверхности детали с нанесенной обмазкой до температуры выше температуры плавления обмазки. Нагрев легируемого участка поверхности детали с нанесенной обмазкой осуществляют со скоростью нагрева 180-220°C в секунду до температуры 1200-1250°C с выдержкой в течение 2-3 мин. Одновременно с нагревом легируемого участка поверхности детали принудительно охлаждают противоположную нагреву поверхность детали с помощью охлаждающей жидкости и отводят тепло вглубь детали из прилегающей к легируемому участку зоны поверхности. В частных случаях осуществления изобретения легированию подвергают поверхность детали в виде пластины, при этом жидкостью охлаждают противоположную поверхность пластины. Легированию могут подвергать внешнюю поверхность полой детали, при этом жидкостью охлаждают стенку полости детали. Обеспечивается увеличение толщины диффузионного слоя, сокращение длительности термодиффузионного насыщения поверхности при сохранении высокой твердости. 2 з.п. ф-лы.
Наверх