Способ газового сульфоцианированиястальных деталей

Способ газового сульфоцианированиястальных деталей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Соеэ Соавтскик

Социалистических

Рвспубкии

{63) Дополнительное к авт. свид-ву

{22) Заведено 120479 {И) 2751444/22-02 (51)М. Кл с присоединением заявнн И9

С 23 С 11/18

Государствеваий кеиктет

СССР во кеааи изобретеияв и открытий (23)Приоритет

Опубликовано 1%0231. Бюллетень ИЯ 6 (53) УДК 621. 785. . 51. 533 (088. 8) Дата опубликования описания 150281 (72) Авторы изобрвтвиия

A,Â.Êðèóëêí и К.Ю.Сыров

Ленинградский институт водного транспорт

{73)Заявитель (54) СПОСОБ ГАЗОВОГО СУЛЬФОЦИАНИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ изобретение относится к машиностроению, преимущественно транспортного и автотракторного, и может быть использовако при химико-термической обработке стальных чугунных деталей, работающих в условиях сухого, полусухого и граничного трения, например, фрикционных дисков и кону- сов, тормозных колодок, поршневых колец, плунжвров и др. деталей.

Известен способ газового сульфоциаиированкя, обеспечивающий повышение противоэадиркык свойств, иэносостойкости, усталостной прочности .различных деталей мамин, работающих в условиях трения. Способ заключает-. ся в обработке s печк в среде аммиака и серомасляной эмульсии при 500600 С (Х).

Известен также способ гаэоэого сульфоцианирования, заключающийся в том, что обрабатываете изделия выдерживают в печи при 560-600 С в течение 1-3 ч в газовой атмосфере, состоящей из смеси трех газов - аммиака, пропана и сероводорода, диссоциация которых обеспечивает полу.чение активных амоков азота, углдро- 30

2 да и серы и образование сульфоцианированных диффузионных слоев на деталях (2 1.

Недостатком данного способа газового сульфоцианирования является значительная технологическая сложность процесса, а также сложность установки, включающей в себя емкости для аммиака, пропана и сероводорода, редукторы и регуляторы давления этих газов, смвсители, диссоциомвтр и делающий затруднительным регулированив процесса в целом. Кроме того, используемые при данком. способе сулвфоцианирования газы взрывоопасны, весьма токсичны и создают повышенную опасность для обслуживающего персонала, что требует обязательного осуществления сложных мер по охране труда и технике безопасности, увеличивающих стоимость установок и себестоимость обработки деталей.

Укаэанные недостатки процесса гаэового сульфоцианнрования в смвок

NH>, СзН6, H>S делают практически невоэможйым его использование в условиях мелкосерийного производства на небольших и средних предприятиях.

Цель изобретения - упрощение тех« нологии процесса газового сульфоциа804717 нирования, повышение его управляемости и эффективности, устранение токсичности и взрывоопасности, улучшение вследствие этого условий охраны труда и техники безопасности на участках сульфоцианирования, а также обеспечение защиты окружающей среды эа счет устранения токсичных отходов производства.

Поставленная цель достигается тем, что нагрев ls едут до 520-640 С, р затем вводят смесь карбамида с сероф, содержание которой в смеси составляет 1-10%, прячем количество вводимой в печь смеси составляет 3,0-15,0 г/л объема печи в час.

В качестве твердых веществ источников гаэообразных продуктов, содержащих серу, азот и углерод, исполь« зуют, например, смесь карбамида (мочевины) или его иэомера - циановокислого аммония — с порошкообразной 20 серой, причем для получения развитых диффузионных слоев содержание серы в смеси составляет 1-10Ъ, а общее количество смеси карбамида и серы, вводимой в печь, должно исхФдится в $$ пределах от 3 до 15 г/л объема печи в час.

При температуре ниже 520 С за технологически приемлемое время обработки (1-6 ч) карбонитридная эона слоя практически не образуется, что приводит к ухудшению изоносостойкости сульфоцианированных поверхностей.

Кроме того, процесс сжигания отработавших газов вследствие изменения их состава становится неустойчивым.

Верхнее значение температуры обработки выбрано равным 640 С в связи с тем, что прочностные характеристики большинства конструкционных сталей при более высокой температуре обра- 40 ботки существенно снижаются, а повтор ная термообработка после среднетемпературного сульфоцианирования недопустима, так как приводит к разру-. шению сульфоцианированного слоя. 45

Содержание серы в рабочей смеси меньше 1 вес.Ъ недопустимо, так как при меньших количествах серы в смеси сульфидная зона диффузионного слоя на сульфоцианируемых изделиях полу- ® чается очень тонкой (1-2 мкм) и не обеспечивает длительного сохранения высоких противозадирных свойств стали. При содержании серы выше 103 сульфидная зона слоя получается черезмерно толстой (толщина более

$S

50 мкм, содержание серы в слое более

20%), легко отслаивается, большое содержание серы в смеси при прочих равных условиях затрудняет рост карбонитридной зоны диффузионного слоя, существенно важной |для обеспечения длительной износостойкости иэделий, Прй удельном расходе рабочей смеси менее 3 г/л ч процесс газового сульфоцианирования становится нестабильным. Недостаточно хорошее уплотнение муфеля может потребовать увеличения расхода смеси до 15 г/л ч, Дальнейшее увеличение расхода смеси (в опытах до 18 г/л.ч) не приводит к существенному увеличению глубины слоя, снижая экономичность процесса.

Время обработки может меняться от 1 ч (прецизионные детали) до 6 ч (фрикционные детали, работающие в условиях сухого трения) в зависимос-. ти от требуемой глубины диффуэирнного слоя

Пример. В муфель загружают обрабатываемые фрикционные диски из стали 20 и герметично закрывают муфель крышкой. Загружают в питатель рабочую cMecb карбамида и серы (2,5% серы в смеси по весу). Муфель устанавливают в шахте предварительно разогретой печи.

Вытесняют воздух из муфеля в течение 5 мин и включают. автоматический режим работы питателя, который в период разогрева подает рабочую смесь для компенсации утечек газов иэ муфеля, поддерживая давление газов в муфеле 10-50 см вод.ст. При достижении температуры муфеля 540 С включают вентилятор и начинают режим обработки деталей. В режиме обработки питатель подает смесь, обеспечивая расход смеси 9-10 г/л ч давление газов в муфеле 10-50 см вод.ст. о

При достижении температуры муфеля б20 С начинают отсчет времени выдержки. При данной температуре дета" ли выдерживают (обрабатывают газовой смесью) в течение 3 ч. После выдержки нагреватели печи отключают и начинают режим охлаждения. При охлаждении муфеля до 540 С выключают вентилятор, вынимают муфель иэ шахты печи и производят дальнейшее охлаждение муфеля на воздухе.

В табл. 1 приведены сводные данные о глубине карбонитридной зоны и зоны диффузии азота, а также данные о глубине карбонитридной зоны, получающейся при газовом сульфоцианировании известным способом в среде аммиака, пропана и сероводорода и предлагаемым, в табл. 2 - данные о распределении микротвердости по глубине диффузионных слоев на разных образцах.

804717

Таблица 1

Иэвестный в среде.

540 3

570 Э

600 3

7 0,25

10 0,40

33 0 50

540 3 15 10

600 2 6 5

640 4 18 10

600 3 9,5 3 17 0,40

600. 3 9,5 5 22 0,40

620 Э 9 5 5 34 0,45

Таблица 2

10 30 783 948 866 10 3

0,01

665 1030

668 668

568 948 1030 1030 668 668

567 948 865 783 668 668

0,02

0,03

458 668 531 615 531 567 531 1030

531 568 458 431 458 494 458 1030

0,04

0,05

568 319 - 338

0,06

338

0,07

338 458 258

379 286 667 405 465

0,08

405 272 235 319 235 378 287 . 431

405 247. 258 568 258 458 287 431

0,09

0,15

338 258 378 258 458

338 258 204 258 318

258 247 258 .

258 258 258

0,20

0,25

258 258 235 258 223 164 235

Сердц. предлагаевый (в лабораторных условиях) То же (в проиэ« водственных условиях) .

531 783

458 947

804717

Формула изобретения

Составитель Г. Бахти нова

Техред Т. Маточка Корректор М.демчик,Редактор С.Тараненко

Заказ 10824/42 Тираж 1059 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

Фазовый рентгеноструктурный анализ поверхностных слоев образцов стали 20., подвергнутых газовому сульфоцианированию в продуктах пиролиза карбамида и серы, показал наличие в поверхностной зоне, заметного количества СУльфидов FeSр нитРидов (Я -Fe>N и - -Fe+N), карбидов FeC3, азотистого аустенита () -Фаза) . На отдельных образцах выявлено наличие окислов, выявляетоя также ферритная фаза.

Исследование микроструктуры, химического и фазового состава диффузионных слоев, образующихся в газовой атмосфере, получающейся в результате разложения карбамида И серы, показало, что предлагаемый способ газового сульфоцианирования по своей эффективности не уступает известным способам газового, а также жипкостного сульфоцианирования и s ряде слу Щ чаев существенно превосходит их. Так, глубина карбонитридной зоны диффузионного слоя за 3 ч при 620 С получается в пределах 15-35 мкм, глубина зоны твердого раствора азота по стали 20 - до 0,4-0,6 мм. Содержание серы в поверхностной зоне диффузионного слоя толщиной 30 мкм достигает

1,2-4,0%, содержание углерода 1,22,0Ъ, азота 1 6-4,08.

Еоэффициент трения сульфоцианированной стали, обработанной по предлагаемому способу, в условиях сухого трения равен 0,16-0,21, в условиях смазки 0 08-0,10.

Использование предлагаемого способа газового сульфоцианирования для повышения долговечности и надежности фрикционных дисков, поршневых колец и др. деталей обеспечивает по сравнению с существующими способамн упрощение и удешевление технологии процесса газового сульфоцианирования и соответственно упрощение и удешевление установки для этого процесса, существенное повышение безопасности процесса за счет отсутствия в числе используемых исходных материалов взрывоопасных и токсичных газов.

Способ газового сульфоцианирования стальных деталей, заключающийся в нагреве до температуры обработки в насыщающей среде и выдержке при этой температуре, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения технологии процесса газового сульфоцианирования и устранения его токсичности и взрывоопасности, а также повышения его эффективности, нагрев ведут до 520-640 С, затем вводят смесь карбамида с серой, содержанке которой в смеси составляет

1-103, причем количество вводимой в печь смеси составляет 3,0-15,0 г/л объема печи в час.

Источники информации; принятые во внимание при экспертизе

1. Криулин A.В. Сульфоцианирова-. ние стали и чугуна. N.-Л., "Машиностроение", 1965, с. 68-70.

2. Патент ЧССР 9 132105, кл. С 23 С 11/16, опублик. 1967.