Способ нитроцементации деталей из штамповых сталей

Авторы патента:

Костин Николай Анатольевич (RU)

Трусова Елена Валентиновна (RU)

Колмыков Валерий Иванович (RU)

Колмыков Денис Валерьевич (RU)

C23C8/76 - стальных поверхностей

Владельцы патента RU 2501884:

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

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.

Изобретение относится области машиностроения. В частности к способам химико-термической обработке металлов и сплавов и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента из штамповой стали в машиностроительной, металлургической, химической, инструментальной и других отраслях промышленности.

Известны способы упрочнения штамповых сталей методом цианирования. Цианирование проводят в расплавленных солях - жидкое цианирование, в газовых средах - газовое цианирование или нитроцементация и в твердых смесях. (Штамповые стали / Позняк Л.А., Скрынеченко Ю.М., Тишаев С.И. - М: Металлургия, 1980, С.212-213).

В качестве наиболее близкого аналога может быть выбран способ нитроцементации деталей из штамповых сталей, включающий приготовление смешиванием пасты, содержащей железосинеродистый калий K₄Fe(CN)₆, нанесение пасты на изделие и нагрев с выдержкой. (SU 427098 А, МПК С23С 9/00, 04.10.1974).

Недостатки указанных способов состоят в том, что диффузионные слои обладают высокой микротвердостью и хрупкостью. При циклических ударных нагрузках они преждевременно выкрашиваются, что приводит к выходу из строя дорогостоящих деталей из штамповых сталей.

В основу изобретения поставлена задача повышения пластичности и ударной вязкости нитроцементованных диффузионных слоев, что позволит повысить эксплуатационную стойкость деталей из штамповых сталей.

Технический результат достигается тем, что в известном способе нитроцементации деталей из штамповых сталей, включающем приготовление смешиванием пасты, содержащей железосинеродистый калий K₄Fe(CN)₆, нанесение пасты на изделие и нагрев с выдержкой, согласно изобретению, при смешивании пасты в нее дополнительно вводят пастообразователь - нитроцеллюлозный лак НЦ 222 и газовую сажу ДГ-100 при следующем соотношении компонентов, масс.%: железосинеродистый калий K₄Fe(CN)₆ - 20-30%; - нитроцеллюлозный лак НЦ 222 - 15-20%; остальное - газовая сажа ДГ-100, нагрев проводят до температуры 680°C, с выдержкой при этой температуре в течение 3 часов, затем образцы охлаждают в масле и подвергают низкому отпуску при температуре 200°C в течение 2 часов.

Содержание в пасте железосинеродистого калия в количестве, составляющем 20-30 масс.%, является оптимальным, так как при температуре 560°C железосинеродистый калий начинает диссоциировать с выделением атомов азота и углерода:

. Атомы азота и углерода поглощаются поверхностью стали и диффундируют в ее глубину, т.е. происходит нитроцементация стали, что повышает микротвердость, интенсивность изнашивания.

Содержание в пасте нитроцеллюлозного лака НЦ222 в количестве 15-20 масс.% является оптимальным, так как лак начинает разлагаться при еще более низкой температуре ~ 200°C:

При этом образуется больше активного азота, чем при разложении железосинеродистого калия. Образование карбонитридного слоя начинается уже при температуре 200°C, увеличивается толщина карбонитридной корки на поверхности стали, повышается микротвердость, ударная вязкость деталей из штамповых сталей.

Содержание в пасте газовой сажи ДГ-100 в заданном количестве, является оптимальным, так как распад сажи позволяет насыщающие элементы активно поглощаться сталью, что обеспечивает высокую скорость насыщения при минимальном расходе цианизатора, а в поверхностном слое образуется корка с зернами цементита, что повышает ударную вязкость деталей из штамповых сталей.

Способ осуществляют следующим образом.

Пасту, содержащую железосинеродистый калий K₄Fe(CN)₆ - 20-30%; пастообразователь - нитроцеллюлозный лак НЦ 222 - 15-20%; остальное - газовая сажа ДГ-100 наносят на упрочняемую поверхность изделия и сушат в течение 0,5 ч до образования твердого покрытия толщиной 1,0-1,5 мм. Подготовленную изделие загружают в печь, нагревают до 680°C и выдерживают в течение 3 ч. Затем охлаждают в масле и производят отпуск при 200°C в течение 2 ч.

Сущность способа иллюстрируется примером.

В качестве упрочняемых деталей использовали образцы (10×10×60 мм.) предварительно очищенные уайт-спиртом. Пасту, содержащую железосинеродистый калий K₄Fe(CN)₆ - 20-30%; пастообразователь - нитроцеллюлозный лак НЦ 222 - 15-20%; остальное - газовая сажа ДГ-100 наносят с помощью кисти или окунанием. После сушки в течение 0,5 ч на поверхности образуется твердое покрытие, толщиной 1…1,5 мм. Подготовленные таким образом изделие загружают в печь, нагревают до 680°C и выдерживают в течение 3 ч. Перед охлаждением деталей в масле обмазку удаляют с рабочих поверхностей, затем производят отпуск при 200°C в течение 2 ч. Окончательно с помощью металлической щетки изделие очищают от пасты.

Заявленный способ не требует больших энергозатрат и дорогостоящего оборудования и может быть применен в крупносерийном, мелкосерийном и ремонтном производстве. Кроме того, способ позволяет повысить экологическую безопасность, т.к. карбюризатор в своем составе не имеет токсичных компонентов.

Результаты испытаний представлены в таблице 1.

Таблица 1
Микротвердость, ударная вязкость и интенсивность изнашивания диффузионных слоев нитроцементованных штамповых сталей
Марка стали	Температура нитроцементации 680°C, время нитроцементации 3 ч	Температура нитроцементации 680°C, время нитроцементации 3 ч
Глубина карбонитридного слоя, мм	Микротвердость зоны карбонитридов, Нµ₁₀₀, кг/мм²	Микротвердость зоны под карбонитридами, Нµ₁₀₀, кг/мм²	Интенсивность изнашивания, i, мг/ч	Ударная вязкость КС, МДж/м²
6Х6В3МФС (стандартная термическая обработка)	0,068	640	400	10,3	0,50
У7	0,27	810	650	5,62	0,14
65Г	0,22	840	710	4,67	0,12
ХГС	0,13	1050	795	4,11	0,13
Х12М	0,11	1020	810	3,53	0,12
ХГВ	0,19	1020	785	3,92	0,16
6Х6В3МФС	0,12	1010	790	4,54	0,23

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет повысить пластичность нитроцементованных диффузионных слоев и уменьшить коэффициент трения между штампом и обрабатываемым материалом, что приведет к повышению эксплуатационной стойкости штампа. Заявленный способ не требует больших энергозатрат и дорогостоящего оборудования и может быть применен в любом производстве, как крупносерийной, так и ремонтном мелкосерийном. Кроме того, способ позволяет избежать экологических проблем, т.к. карбюризатор в своем составе не имеет токсичных компонентов.

Способ нитроцементации деталей из штамповых сталей, включающий приготовление смешиванием пасты, содержащей железосинеродистый калий K₄Fe(CN)₆, нанесение пасты на детали и нагрев с выдержкой, отличающийся тем, что 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(CN)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 ч, затем детали охлаждают в масле и подвергают низкому отпуску при температуре 200°C в течение 2 ч.

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

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 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 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.

Состав для нитроцементации изделий из легированных сталей // 2314363

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

Способ нитроцементации металлов в пастах // 2254396

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

Способ химико-термической обработки деталей электромагнитных клапанов из магнитомягкой стали // 2253692

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.

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.

Способ нитроцементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей // 2600612

Изобретение относится к нитроцементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей. Осуществляют приготовление пасты путем смешивания компонентов, затем наносят пасту на изделие, проводят нагрев с выдержкой при температуре 450-850°С в течение 1-3 часов, охлаждают в масле и осуществляют низкий отпуск при температуре 150-180°С в течение 1-2 часов. При приготовлении пасты используют компоненты при следующем соотношении, мас. %: железосинеродистый калий K4Fe(CN)6 - 20-30, карбамид (NH2)2CO - 15-20, нитроцеллюлозный лак НЦ 222 - 15-30, газовая сажа ДГ-100 - остальное. При нитроцементации обеспечивается повышение скорости и расширение температурного интервала, а также повышается экологическая безопасность. 1 пр.