Карбюризатор для высокотемпературной нитроцементации

Карбюризатор для высокотемпературной нитроцементации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

<и> 954515 (61) Дополнительное к авт, свид-ву— (22) Заявлено 03. 12. 80 (21) 3216695/22-02

Р М К, з

С 23 С 11/14. с присоединением заявки HP— (23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 300882. Бюллетень HP 32 (53) УДК 621 785 ..532(088.8) Дата опубликования описания 300882 (72) Автор изобретения

А.Н.Тарасов (71) Заявитель (54) КАРБЮРИЗАТОР ДЛЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОИ

НИТРОЦЕМЕНТАЦИИ

1-5

Остальное

Изобретение относится к химикотермической обработке металлов, в частности к вакуумной нитроцементации сталей, преимущественно легированных инструментальных и конструкционных

Известно применение триэтаноламина в качестве жидкого карбюризатора для проведения высокотемпературной нитроцементации при 860930 С деталей из конструкционных ,сталей (11 .

При этом частично уменьшается образование сажистых и смолистых соединений, однако не исключается охрупчивание слоя за счет повышения наводораживания и происходит снижение прочностных характеристик за счет внутреннего окисления поверхностной . зоны.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является карбюризатор на основе триэтаноламина с добавками гидрата окиси аммония, нитрита натрия, алюмината натрия и воды, позволяющий проводить высокотемпературную нитроцементацию легированных инструментальных сталей (2j .

Повышая скорость насыщения углеро дом и азотом, количество карбонитри. дов в слое и его износостойкость, карбюризатор нестабилен в условиях вакуума при 850-1000оС. Не исключается окисление поверхностной эоны, а входящие в его состав добавки в виде водных растворов при суммарном количестве воды до 8% резко снижают активность атмосферы.и ее углеродный и азотный потенциал, что ведет к получению недостаточно износостьйких слоев.

Цель изобретения — повышение иэносостойкости обрабатываемых деталей и скорости насыщения диффузионного слоя в условиях вакуума.

Поставленная цель достигается тем, что в карбюризатор на основе триэтаноламина, содержащий также аэотосодержащие органические соединения, в качестве последних вводят моноэтаноламин и аммоний карбаминокислый при следующем соотношении компонентов, вес.Ъ:

Моноэтаноламин, 15-40

Аммоний карбаминокислый

Триэтаноламин

954515

40

Использование моноэтаноламина и аммония карбаминокислого при вакуум- . ном пиролиэе в интервале 8501000 С увеличило соотношение .суммарного азота и углерода к суммарному кислороду. тминные группы введенных углеродов, легко подвергающиеся расщеплению в вакууме 0,01-100 мм рт.ст., при температурах выше 800 С, nossoлили изменить состав атмосферы, увеличили общее содержание и активность l0 атомарного углерода и азота в поверх.

НосТНоМ слое обрабатываемых сталей..

Это связано с более высоким парциальным давлением активных компонентов поставщиков атомарного углерода и азота у поверхности обрабатываемых деталей.

B результате этого при равных температурах и времени выдержки в 1,2 1,4 раза возросла глубина и скорость насыщения диффузионного слоя, а содержание азота в нем повысилось на 0,1-0,24% при увеличении количества карбонитридов на 8-12 вес.% вследствие чего существенно возросла износостойкость слоя, особенно на легированных конструкционных и инструментальных сталях« например, 20Х13, ЗОХ13, 4Х5МфСу Р6М5, Р6М5К5.

Карбюризатор приготавливают путем последовательного введения в триэтаноламин (Ту 6-09-2448-72 г) сначала моноэтаноламина (Ту 6-09-2447-72 r), а затем (после перемешивания и подогрева до 40@C) химически чистого аммония карбаминокислого с по- 35 следующим активным перемешиванием в течение 4-5 мин.

Нитроцементацию проводят преимущественно в процессе нагрева для закалки при 860-950 С, охлаждение в 40 масле, а отпуск при 250-560ОС в печах с принудительной циркуляцией воздуха. После отпуска замеряют послойным химическим анализом количество углерода и азота в слое, а также 45 микротвердость и глубину слоя. Механические свойства определяют при изгибе образца одной сосредоточенной нагрузкой, а иэносостойкостьобкаткой в абразивном бое.

Пример 1. Обрабатывают, элементы прессформ из Ст 4Х5МФС.

Эагруэку осуществляют при разогреве печи до 800 С. После быстрого вакуумирования за 20-30 с и подъема температуры до 940 С, в реторту подают карбюризатор, содержащий, вес.%:

Моноэтанолайин

Аммоний кар- 60 бами но кислый 1

Триэтаноламин Остальное

Выдержку проводят в течение 3-4 ч при остаточном давлении 0,3 мм рт.ст. 65 и расходе карбюризатора 60 см /ч. Состав газа на выходе насоса постоянен в течение всего процесса нитроцементации. После закалки в масле и отпуске при 560 С на деталях образоо вывается ни троцементованный слой глубиной 0,7 мм со средним содержанием углерода 1,1% и азота 0,43%, а также микротвердостью Н у= 617625 кгс/мм. Поверхность деталей беэ следов окисления, ровная, темносерая. Скорость насыщения слоя составляет 0,20-0,21 мм/ч против

0,14-0,15 мм/ч в известном карбюриэаторе. Глубина слоя превышает слой, полученный при использовании известного карбюризатора в 1,2 раза, Количество изготовленных деталей до полного износа прессформы составляет 8340 против 5040 в прессформе, обработанной в известном карбюриэаторе.

Увеличение количества моноэтаноламина до 44-46% и снижение аммония карбаминокислого до 0,5-0,8 снижает образование сажистых налетов на деталях, но увеличивает степень окисления и не позволяет получать равномерный поверхностный слой, скорость насыщения слоя снижается до .-. 0,05 мм/ч.

Пример 2. Обрабатывают конические оправки иэ Ст ЗОХГСА, для металлорежущих станков. Нитроцементацию осуществляют в процессе нагрева для закалки при 900 С в течение

6 ч, в карбюризаторе следующего состава, вес.%:

Моноэтанолами н 30

Аммоний карбаминокислый 5

Триэтанолами н Остальное

Расход карбюризатора составляет .100 смз 1 ч при остаточном. давлении в реторте 10 мм рт.ст. После закалки в масле и отпуске при 320 С на оправках формируется слой глубиной

1,0-1,2 мм с содержанием углерода (в слое 0,4 мм) 1,5% (на уровне прототипа) и азота 0,53%, в то время как при использовании известного карбюризатора образовывается слой с содержанием азота на аналогичной глубине 0,33% и общей глубиной до

0,8-0,9 мм — в 1,2 раза Меньше. Исключают окисление поверхности деталей вследствие уменьшения паров воды и двуокиси углерода в рабочем пространстве печи, Средняя скорость насыщения составляет 0,14 мм/ч против 0,11 мм/ч в известном составе.

Количество изготовленных деталей до перешлифования справок составляет

2010 штук против 1320 при обработке оправок в известном карбюриэаторе.

Увеличение количества карбаминокислого аммония до 6-7% резко снижа954515 ключи выходят из строя через 400500 циклов.

Предлагаемый карбюризатор позволяет достичь высокой полноты пиролиза без введения воды в состав, исключает поверхностное и внутреннее окисление деталей вследствие изменения состава атмосферы. Повышается степень и скорость насыщения слоя в

1,2-1,4 раза, что позволяет повыситьизносостойкость инструмента в целом на 40-50%.

Путем изменения скорости эвакуации из рабочего пространства вакуумной печи продуктов пиролиза (pery15 лировкой производительности откачки) стало возможным без увеличения сажен смоловыделения регулирование массообмена углерода и азота у поверхности обрабатываемых деталей и, как

20 следствие, стало возможным реставрационное вакуумное науглероживание как конструкционных так и инструментальных сталей.

Карбюризатор может найти широкое

25 применение в народном хозяйстве, в автомобильной и радиотехнической промышленности благодаря экономичности, простоте изготовления, универсальности.

Карбюризатор для высокотемпературной нитроцементации, содержащий триэтаноламин и азотсодержащие органические соединения, о т л и.— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения износостойкости обрабатываемых деталей и увеличения скорости насыщения,он в качестве азотсо-. держащих органических соединений .. содержит монозтаноламин и аммоний карбаминокислый при следующем соотношении компонентов, вес.Ъ:

Моноэтанолами н 15-40

Аммоний карбаминокислый 1-5

Триэтаноламин Остальное

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Козловский И.С. Химико-термическая обработка шестерен. М., "Машиностроение", 1970, с.25.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 524859, кл. С 23 С 9/16, 1976. ь Н.Шепитько ч Корректор С.Шекмар Заказ 6377/26 Тираж 1053 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная,4 ет содержание углерода до 0,8-0,82%, а глубину слоя до 0,46-0,52 мм и соответственно его износостойкость, при этом скорость насыщения уменьшается до 9,12 мм/я.

Пример 3. Обрабатывают торцовые ключи для сборки резцов с неперетачиваемыми твердосплавными плас тинами, изготовленными из Ст 20Х13.

Нитроцементацию проводят в вакууме при 940 С в течение 2,5 ч, подавая в реторту карбюризатор следующего состава, .вес.Ъ:

Моноэтанолами н 15

Аммоний каф>баминокислый 3

Триэтаноламин Остальное

При расходе карбюризатора

70. см /ч остаточное давление в ре- . торте 0,8-1,0 мм рт=ст., состав газа на выходе: СО 36%;Й 40%; СН»

4,6Ъ, азот остальное. После закалки. в масле и отпуске при 300 С в течение 2 ч слой глубиной 0,46 мм

-имеет микротвердость Н о = 724780 кгс/мм, сердцевина имеет Н о =

456 — 496 кгс/им . По сравнению с обработкой в известном карбюризаторе глубина слоя возрастает в 1,3 раза, микротвердость на 180 кгс/мм стала выше,практически отсутствует внутреннее формула изобретения окисление и характерный для стали с 12-13% окислов хрома зеленоватосерый поверхностный налет. Скорость насыщения составляет 0,20-0,23 мм/ч против 0,14-0,15 мм/ч при использовании известного карбюризатора. Содержание углерода в слое 0,2. мм 1,11,3Ъ и азота 0,40-0,42Ъ обеспечивает высокую работоспособность и стойкость 40 поверхности против смятия, повышение прочности при изгибе до б н = 204211 кгс/мм по сравнению с бная = 190Я ф

196 кгс/мм при обработке в известном карбюризаторе. Износостойкость 45 ключей возрастает до 3000-3500 циклов против 1350-1500 при обработке в известном карбюризаторе. Ключи не требуют дополнительной механической обработки и поступают в эксплу- 50 атацию непосредственно после химикотермической обработки.

При снижении количества моноэтаноламина до 10-13Ъ резко увеличивается образование сажистых выделений на поверхности, снижается на 0,20,3 мм глубина слоя, и как следствие

Составител

Редактор Е.Лушникова Техред А.A