Способ химико-термической обработки стальных изделий в газообразных средах

Способ химико-термической обработки стальных изделий в газообразных средах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке в газообразных средах, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента. Цель изобретения - повышение твердости, «зносостойкости , коррозионной стойкости, а также интенсификации процесса насыщения . Способ вклочает нагрев в диссоциированном аммиаке до 450-780 с и двухстадийную выдержку при зтой температуре , которую производят циклически в две стадии, при подаче в печь ыа первой стадии смеси аммиака и паров у.глеродводородкисло{юдсодержащей жидкости, в частности этанол, ацетон, ацетальдегид, безводную уксусную кислоту, а на второй стадии - воздух, причем соотношение объемов смесей, подаваемых на первой и второй стадии выдержки, составляет от 1:9 до 9:1. Обработка по данному способу повышает твердость, износостойкость и коррозионную стойкость диффузионного слоя в 1,3-2,0 раза, а также способствует интенсификации процесса насыщения. 4 з.п. ф-лы, 1 ил,, 1 табл. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУЬЛИН (5П С 23 С 8/5б

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЬЙ (46) 07,06.93. Бюл. 1Ф21 .(21) 4177308/02 (22) 07. 01. 87 (71) Московский автомобильно-дорожный институт (72) Ю.И.Дахткн, Я.Д.Коган, В.А.Александров, А.А. Булгач и А.Е.Иежонов (56) Заявка Великобритании

У 1522446, МИР 11/1б, КНИ С 7U, опублик. 23.08.78. (54) СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ В ГАЗООБРАЗНЫХ СРЕДАХ . (57) Изобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке в газообразных средах, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента. Цель изобретенияновы1пение твердости, износостойÄÄSUÄÄ 1420992 А1 кости, коррозионной стойкости, а также интенсификации процесса насыщения. Способ включает нагрев в диссоциированном аммиаке до 450-780 С и двухстадийную выдержку при этой температуре, которую производят циклически в две стадии, при подаче в печь иа первой стадии смеси аммиака и паров углеродводородкислородсодержащей жидкости, в частности этанол, ацетон, ацетальдегид, безводную уксусную кислоту, а на второй стадии— воздух, причем соотношение объемов смесей, подаваемых íà nepsaA и второй стадии выдержки, составляет от

1 9 до 9:1. Обработка по данному способу повьппает твердость, износо- ® стойкость и коррозионную стойкость диффузионного слоя в 1,3-2,0 раза, а также способствует интенсификации процесса насыщения. 4 з.п. ф-лы, 1 ил, 1 табл.

1420992

Изобретение относится к области металлургии, в частности к хнмикотермической обработке в газообразных средах, и может быть использовано в машиностроении. для поверхностного уп- . роч<(ения деталей машин и инструмента.

Цель изобретения - повышение твер" достн, иэносостойкости и коррозионной стойкости диффузионного слоя, а 10 также интенсификация процесса насыщенияя.

Способ вклочает нагрев, в,диссоо циированном аммиаке до 450-780 С и двухстаднйную выдержку при этой тем- 13. пературе, которую производят цикли(чески в две стадии, при подаче B печь на лервой стадии смеси аммиака

-и паров органической углеродводород-: кислородсодержащей жидкости, в част- 2О ности этанола, ацетона, ацетальдегида, I безводной уксусной кислоты а на вто-

l рой стадии - воздуха, причем соотношение объема первой и второй стадии, выдержки составляет от 1:9 до 9:1 ° 25

Продолжительность цикла составля- ет 20-300 с, а соотношение продолжитех<ьности стадий в цикле от 1:9 до

9: I.

На чертеже показана циклограмма -.р проведения способа химико-термичес" кой обработки.

Способ осуществляется следующим образом.

Предварительно обезжиренные детали загружают в муфель печи. Иуфель, закрывают и герметиэируют, Затем му" фель продувают диссоциированным аммиаком и включают нагрев печи.

Нагрев до температуры изотерми- . > ческой выдержки 450-780 С проводят в атмосфере нолностъю диссоциированного аммиака. После достижения ра" бочей температуры циклически осуществляют двухстадийный процесс, заключающийся в подаче вмуФель па первой стадии выдержки смеси аммиака и паров углеродводородкислород" содержащей .органической жидкости при соотношении компонентов (в об.X)!

NH .- 20-80, пары С-Н-0 - содержа50 щей органической жидкости - остальное, а на второй стадии выдержкивоздуха, причем соотношение объемов смесей, подаваемых на первой и второй стадии цикла составляет от 1г9 до 9: t.

В качестве С-Н-О-содержащей органической жидкости используют этанол, ацетон, ацетальдегид, уксусную кислоту.

Подачу газообразных смесей осуществляют автоматически согласно циклограмме, приведенной на чертеже при помощи системы из двух электромагнитных клапанов, работающих в релейном режиме. Через один клапан в печь подводится смесь аммиака и паров углеродводородкислородсодержащей орга-. нической жидкости, через второй " воздух.

С целью обеспечения точности и стабильности поддержания необходимого объемного соотношения смесей на первой и второй стадии дозирование газовой смеси осуществляется по изменению времени подачи газов на каждой

Ф стадии при постоянном расходе н температуре газовых смесей на стадиях цикла и неизмененном времени цикла и

"1- у + . т где <, (z- время дозирования через клапан соответственно на,первой и второй стадиях цикла

7, 1 - объемы газовой смеси, (, подаваемые соответствен< но на первой и второй стадиях цикла;

Ту - продолжительность цикла, Продолжительность цикла выбирается в зависимости от объема муфеля печи, s котором производится обра" ботка, и рассчить<вается по формуле

V м (1-Р /Р1)

< 65, ((.3 р Р 1(2ЕО(Р /Р )(1"Pj /Р,) где Ч -. объем муфеля печи, м

P - давление rasosoA смеси на ( входе электромагнитного клапана, Па

Р(" давление в муфеле печи,Па (- коэффициент расхода (0,82).

8 . - температура в муфеле печи, К,""

R — газовая постоянная смеси: газов в — Kj Лж кг

Р " проходное сечение клапана,м. в

На первой стадия цикла в муфеле происходит нагрев и частичное тер(иЧеское и каталнтнческое разложение смеси. аммиака и паров органической угле родкисло родв одо род соде рж ащей жид1420992

10

25

55 кости, в результате, чего в муфеле . образуется снесь остаточных паров органической шидкостн с- атомарным азотом и углеродом, образовавшихся в процессе пиролиза шидкостн и каталнтической днссоциации аммиака.

На второй стадии цикла, при подаче в муфель воздуха прн температуре процесса происходит горение паров органической шидкости и локальный перегрев поверхности иэделия до температур значительно превышающих

его интегральную температуру. Пере. грев поверхности s значительной степени стыюулирует каталитические и диффузионные процессы на поверхности, ускоряя массоперенос азота и углерода через границу гаэ — металл и увеличивая суммарное содершание азота и углерода в перегретом поверхностном слое, что в свою очередь при-» водит-. к повышенно твердости диффу« . зионного слоя.

Необходимо о«метить, что при избытке воздуха на поверхности обрабатываемого иэделия формируется тонкая окс«щная пленка, которая, по всей видимости, обладает противокоррозионными свойствами, при этом твердость диффузионного слоя не сникается.

Пример 1. Обраба«ивают образцы из сталей 45 н 38Х2МЮА,.размером 4 10 х 5. Микротвердость и толщину слоя на образцах измеряют на поперечных шлифах на приборе 1ИТ-3 при нагрузке 100 r. За толщину диффузионного слоя принимают координату точки диффузионного слоя, микротвер.дость Я о которой на 200 МЛа вааие микротвердости матрицы.

При различных объемных соотношениях компонентов, подавае«еах на первой и второй стадиях, упрочненный елой нри одинаковой микротвердости диффузионного подслоя « ошет же ть на поверхности слои карбонитрида, оксикврбонитрида или оксида.

Эксперименты проводят в муфеле объемом, Ч„р2,5 л, что соответствует нродолшительности цикла у "-20 с.

Износостойкость оценнваот на машине Q@-2 в решиме трения скольшения со смазкой и при контроле износа методом гашения сцинтилляцней по количеству продуктов износа в масле эа 1 ч испытаний.

Технологические решжы обработки и реэульта«ы,изменений эксперимента приведены в таблице.

Анализ эксперн«1ентвльных данных, "приведенных в таблице, показывает, что микротвердость днффузююнного слоя на образцах, обработанных по предлагаемому способу, увеличивалась в

1,3-1,8 раза, износостойкость - в

1,5-2 раза, толщина диффузионного слоя на 80-100% по сравненио с обработкой lIo известному способу (ва рианж 2-4).

П р н м е р 2. По известному способу проводят обработку мвталлорукавов из стали 3 при 700оС в течение

10 мин и в течение 20 мин. Испыт.виня на коррдзионную стойкость проводят методом 215-1 по ГОСТ 16962-71 путем рас«ыления 3,3% раствора хлористого натрия.

Образцы помещают s камеру коррозии с окрушаощей температурой 27+2оC« где в течение !5 мин через кашдые

45 мин распылаот 3,3% раствор хлористого натрия.

Общая продолшительность испыта- . ний 7 суток. После испытаний.но внешЗ0 нему виду оцениваот качество обрабатываемой поверхности. На 50% поверх- . ности изделия- значительные следы коррозии.

По предлагаемому способу обработаны аналогичные образцы. При 680 ; (15 мин) - незначительные точечные следы коррозии, при 680 (30 мин) -. незначительные следы корррэин, нри

727 (20 мин) - один малый очаг коррозии..

Э

Таким образом, установлено, что при обработке по предлагаемому спо собу повышается твердость, износостойкость и корроэионная стойкос,гь

4 диффузионного слоя в 1,3-2,0 раза и происходит интенсификация процесса насыщения. фо рмула изобретения

t. Способ хмчико-термической об работки стальных изделий в газообразных средах, включающий нагрев в диссоциированном аммиаке до 45&780 С и двухстадийную выдершку при этой температуре при подаче нв пер-., вой стадии насыщающей снеси на базе аммиака, а на второй стадии - кислородсодершащей аннеси, о т л и ч вю шийся тем, что, с целью повышения твердости> износостойкости, ко рро э ионной croAKo с TH диффуэ ионн о го слоя и интенсификации прбцесса насыщения, двухстадийиую выдержку производят циклически, при этом на первой стадии выдержки используют смесь аммиака и паров органической угле родв одо родкисло род содержащей жидкости при соотношении компонен-. тов (в об.%): NH -20-80, пары углеродводородкислородсодержащей жидкости " остальное; а на второй стадии - воздух, причем соотношение объемов смесей, подаваемых на первой и второй стадии выдержки составляет, от 1:9 до 9: I.

С-К-О-содер- Толщина ди4 жащая жид- фузионного

ROCTb слоя им

Вариант, У

Износо стойкость, г/ч

Твердо сть диффузионного слоя, HVgpg

Иэве стному

Х стадия; 100% NH

57ОС,Ф 2ч

500-600 сталь 45

И стадия: 50% ЙНз,+

+ 50% воздуха, 57обс, ll ч m f00-- 200 2,5-3 (38Х2КОА) сталь 45) Предлагаемому

570 С, 3 ч,,и

Зтанол 0,85

Ацетон 0,87

800-870 (Сталь 45)

3 000-1200 1, 7-2,0

Ацеталь- 0,80 де Гид (38X2MOA) (Сталь 45) Соотношение объемов 9: 1 Уксусная О, 70 кисло та

Этанол

85Î-870 (Сталь 45) 0,85

Лце тон

Технологический режим выдержки по способу

2 Х стадия: 80% NH +

+ 20% C Н„О

18 с

XI стадия: воздух„ 2 с

3 Х стадия: 50% NH +

+ 50% С Н„О

10 с

420992 6

2, Способ по и. f о тличаю шийся тем, что в качестве углеродводородкислородсодержащей жидкости используют этанол.

3. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что в качестве углеродводородкислородсодержащей жидкости используют ацетальдегид. щ 4. Способ по п. 1, о т л и ч а этщ и Й е я тем, что в качестве углвродводородкислородсодержащей жидкости используют ацетон, 5. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что в качестве углеродводородкислородсодержащей жидкости используют безводную уксусную кислотуь

1420992

Продолхение таблицы II стадия: воздух, 10 с Ацеталь- 0,87 де гид

1100-1200 1,5-1, 7.Соотношение объемов 1:1 Уксусная 0,88 кислота (38X2MOA) (Сталь 45) 800-85 0

0,73

Этанол (Сталь 45) 1,8-2,0

II стадия: воздух, 18 с Ацетон

0,7

Соотношение объемов 1:9 Ацетапьде1 ид

1000-1050 (Сталь 45) 0,75 (38Х2ИЮА) 0,2

0118 в П стадия: воздух, 20 с Ацетальде гид

0 23

Этанол

0,4

500-550,0,45

Ацетон (Сталь 45) 2,5-3

0,43

900-950 (Сталь 45) II стадия . воздух, 2 с Ацетапьдегид (38Х2ИЮА) 0,043

° « ЮЮ««ФВ«« ° В «««

1М

Приведены средние значения для используемых С-Н-0-содержащих шндкостей.

I стадия: 20K NH +

+ 80ж С,Н„О„

2 с

5 1 стадия: 103 ИН +

+ 907 С Н„О, 2 с

Соотношение объемов

1110

-6 Iстадия: :90Х йй + + 1Щ С„Н„О1, 20 с

Соотношение объемов

10! 1

Уксусная кислота

Уксуса ая кислота

400-450 (Стапь 45) 5-6 400-500 (38Х2МЮА) (Сталь 45) 1420992

ЯЗВн ДОш39, }

Подписное

Заказ 1980

Тирак

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Уагород, ул. Проектная, 4

Составитель Н.Сункина .

Редактор О.Вркова Техред И.Ходанич Корректор H. Король

ЮЮ

ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

))3035, Иосква, Ж-35, Раущская наб., д. 4/5

° ф

Ф ь