Способ низкотемпературной нитро-цементации стальных изделий

Способ низкотемпературной нитро-цементации стальных изделий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Соаетскик

Соцнаектнческнк

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ВТЕЛЬСТВУ

w 800238

* .Л, (61) Дополнительное к ввт. сеид-ву— (22) Заявлено 04. 09. 78 (21) 2664254/22-02 с присоединением эаювки Ио— (23) Приоритет—

Опубликовано 300181. бюллетень N9 4

Дата опубликования описания 30. 01. 81 (5ЦМ. Кл.3

С 23 С 11/18

Государстаенный комнтет

СССР но делам нзобретеннй

N OTKpblTllA (53) УДК 621.785. .51.533(088.8) В.н.Глушенко, A.è.Ôèíêåëüøòåéí, В.и.зинч(еимо, А.-с;шигарезг, — ;

Г.А.Кондрашева, В.В.Горюшки, В.К.Седунов, A.Ã.Áîæêoâ и Н.К.Акимов

I !

Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский ; институт технологии автомобильной про еинОсти и Иосковский трижды ордена Ленина, орде а Октябрьской

Революции и ордена Трудового Красного 3 амени автомобильный завод им. И.A.Ëèõà%åâà

P2) Авторы изобретения

P3) Заявители (54) СПОСОБ НИЗКОТЕИПЕРАТУРНОЙ НИТРОЦЕМЕНТАЦИИ

СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится.к химикотермической обработке, в частности к процессам ниэкотемпературной нитроцементации и может быть широко использовано в автомобильной промьввленности.

Известен способ низкотемаературной нитроцементации металлических изделий путем их нагрева до 500-620оС, выдержки при этой температуре в насыщающей газовой среде и последующего охлаждения при наличии в течение процесса в рабочем пространстве печи инертного газа, в частности азота.

При этом в качестве насыщающей среды используют циануровую кислоту (1 ), Способ осуществляют следующим образом. . 20

Детали загружают в печь и нагревают до 200-250 С. При достижении указанных температур в печь подают азот и дальнейший нагрев до 500-620 С проо водят .в атмосфере азота. Это позволяет избежать окисления поверхности де алей. После нагрева садки при

500-620 С в рабочее пространство печи вводят циануровую кислоту, которая в результате термического раэложения становится поставщиком атомарного азота, углерода и кислорода.

В результате обработки на поверхности изделий образуется оксикарбонитридный слой, имеющий твердость

Н =750-850 кг/мм и высокую износостойкость. Усталостная прочность

SO на образцах с надрезом из стали

40Х составляет O "- 48-50 кг/мм .

Д

Однако на практике использование азота затруднено. Для его получения требуется специальное производство - азотная станция. Баллонный гаэ дорог и неудобен при хранении.

Известен также способ низкотемпературной нитроцементации, по основным признакам аналогичный предыдущему, в котором азот заменен экзогаэом f2 ).

Экзогаз является продуктом сжигания природного газа при избытке воздуха. После удаления влаги неочищенный экэогаэ имеет следующий состав, об.З:

Азот 85-90 углекислый газ 10-12

Водород до 2,0 °

800238

Известный способ

Предлагаемый способ

Продолжительность выдержки, ч

Общая толщина слоя, мм

Толщина карбонитридного слоя,мкм

15-20

35-40

45-48

0,24-0,25

0,3-0,35 до 0,45

18-22

38-42

48-50

0,28 0,38 до 0,50

Экзогаз дешев и полностью заменяет азот, т.е. защищает изделия от окисления а также служит газом носителем. Кроме того, неочищенный экзогаз качественно влияет на процесс обработки. 5

Однако н известном способе затруднено регулирование процесса.

Цель изобретения — ускорение процесса насыщения эа счет возможности его регулирования. )O

Регулирование процессом насыщения позволяет получить нитроцементованные слои определенной толщины и за-. данного химического и фазового состава.

Поставленная цель достигается

15 тем, что и процессе выдержки в печь подают аммиак в количестве 1-6 м ч на 1 м объема печи.

Добавка аммиака обеспечивает ускорение процесса нитроцементации 26 за счет создания оптимальных условий насыщения поверхности обрабатываемых изделий азотом. Это достигается благодаря возможности регулировать уровень азотного потенциала 25 насыщающей среды по степени диссоциации ннодимогс аммиака. Для интервала температур 500-620 С степень диссоциации аммиака необходимо поддерживать в пределах 20-60%. Это достигается при расходе .аммиака 1-6 м /ч

3 на 1 м рабочего объема печи при расходе газовой смеси -(аммиак и защитный газ ) 3-10 м /ч на 1 м объема печи. При этом доля аммиака в общем расходе газовой смеси составит 10-60%.

Расход газовой среды в укаэанных пределах выбирают, исходя из следую— щих условий.

Не рекомендуется работать при 40 расходе менее 3 м >/ч на 1 м 3 рабочего пространства печи, так как в таких случаях н рабочем пространстве печи могут образоваться застойные зоны, что вызывает неравномерность насыщения поверхности обрабатываемых изделий. Верхний предел рас-

Твердость оксикарбонитридного слоя составляет Н =780-850 кг/ми

2 а усталостная прочность на образцах с назрезом (7 q =5С-22 Klc/мм хода смеси, равный 10 мз/ч на каждый 1 м з рабочего-пространства печи, определяют, исходя из экономических соображений; эффект, получаемый за счет повышения расхода смеси, не пропорционален увеличению расхода смеси.

Границы степени диссоциации аммиака объясняются следующими причинами, При степени диссоциации 10-15% уменьшается поглощение азота сталью, так как количество атомарного азота, контактирующего с поверхностью изделий, недостаточно. В результате замедляется скорость роста нитроцементованного слоя. Кроме того, низкая степень диссоциации аммиака требует больших его расходов, что удорожает процесс. При степени диссоциации аммиака более 60% в газовой среде велико содержание молекулярного азота и водорода. При этом уменьшается парциальное давление аммиака. Сказывается также отрицательное влияние молекулярного водорода, который адсорбируется поверхностью металла, что тормозит поглощение азота сталью, т.е. замедляется скорость роста слоя.

Пример . После загрузки деталей из стали 40Х н печь с объемом рабочего пространства 0,01 м подают инертную, нейтральную или защитную атмосферу, и частности неочищенный экзогаз, и включают нагрев печи (можно также подавать эту атмосферу после нагрева деталей до 150-200 С)

При 570 С в рабочее пространстно печи вводят циануровую кислоту и аммиак и выдерживают 2 — 4 ч. Циануроная кислота представляет собой нетоксичный порошок белого цвета без запаха формулы 3CNOH

Расход аммиака ранен 0,1 м /ч при степени его диссоциации 30-40Ъ, а циануровой кислоты — 12 г/ч. После выдержки печь отключают и,охлаждают изделия вместе с печью в потоке инертной атмосферы до 150 C.

Результаты обработки стальных изделий представлены в таблице.

Толщина Общая толщикарбонит- на слоя, мм ридного слоя,мкм

Из таблицы видно, что предлагаемый способ позволяет получать качест» венные диффузионные слои и сократить время обработки на 15-20%.

800238

Формула изобретения

Составитель Л. Бурлинова

Редактор И. Ковальчук Техред Н.Граб КОрректор н.Синицкая

Заказ 10323/28 Тираж 1059 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква X-35 . Ра шская наб. д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Способ низкотемпературной нитроцементации стальных изделий, включающий нагрев до 500-620 С и выдержку при этой температуре в насыщающей среде, состоящей из продуктов разложения циануровой кислоты, и последующее охлажде™не в потоке защитного газа, отличающийся тем, что, с целью ускорения процесса, во время выдержки в печь подают аммиак в количестве 1-6 м /ч на 1 м Э объема печи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 627181, кл. С 23 С 11/18, 1976 °

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2627062, кл.С 23 С 11/18, 1978.