Способ азотирования деталей из конструкционной стали

 

1. СПОСОБ АЗОТИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ, включающий нагрев в насыщающей атмосфере , при давлении 10-50 кПа до температуры обработки, выдержку и охлаждение в той же атмосфере, отличающийся тем, чтo с целью сокращения времени азотирования и повышения твердости обрабатываемых деталей, нагрев осуществляют до 770- 900 К, а в качестве насыщающей атмосферы используют смесь аммиака и пропана. 2.Способ по п. 1, отличающий с я тем, что нагрев и охлаждение осуществляют в насыщающей атмосфере, содержащей аммиак и пропан при следующем их соотнощеним, об.% : Аммиак97-99 Пропан1-3 3.Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что выдержку осуществляют в насыщающей атмосфере, содержащей аммиак и пропан при следующем их соотношении, об.%; (Л Аммиак70-95 Пропан5-30

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 С 23 С 8/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

CO

С5

А

К>

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3705274/22-02 (22) 17.02.84 (46) 07.12.85. Бюл, У 45 (71) Московский ордена Трудового Красного Знамени автомобильно-дорожный институт (72) 10. М. Лахтин, Я. Д. Коган и А. В. Гречин (53) 621.735. 51.532 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 663757, кл. С 23 С 11/16, 1979.

МИТОМ, 1980, NÐ 9, с. 13 — 15. (54) (57) 1. СПОСОБ АЗОТИРОВАНИЯ ДЕ—

ТАЛЕЙ ИЗ КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ, включающий нагрев в насыщающей атмосфере, при давлении 10 — 50 кПа до температуры обработки, выдержку и охлаждение в той же атмосфере, отличающийся тем,„„ЯЦ„„ 1196412 A чтор с целью сокращения времени азотирования и повышения твердости обрабатываемых деталей, нагрев осуществляют до 770900 К, а в качестве насьпцающей атмосферы используют смесь аммиака и пропана.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что нагрев и охлаждение осушествляют в насыщающей атмосфере, содержащей аммиак и пропан при следующем их соотношении, об.%:

Аммиак 97-99

Пропан 1 — 3

3. Способ по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что выдержку осуществляют в насыщающей атмосфере, содержащей аммиак и пропан при следующем их соотношении, об.%:

Аммиак 70-95

Пропан 5 — 30

1196412

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке стали, и может быть использовано цля обработки деталей из конструкционных сталей, работающих в парах трения .

В современном машиностроении для изготовления прецизионных деталей применяется упрочнение их различными способами аэотирования.

Цель изобретения — сокращение времени азотирования и повышение твердости обраба; тываемых деталей.

Процесс ведут в атмосфере аммиака с добавлением утлеродсодержащего газа — пропана, в количестве 1 — 30 обЯ при 700—

900 К, давлении 10 — 50 кПа.

Процесс ведут в следующей технологической последовательности. Загружают обезжиренные растворителем (ацетоном) детали в герметичный муфель, откачивают муфель до давления 13 Па с помощью форвакуумного пасоса, с целью удаления кислорода воздуха, подают газовую смесь состава 1 — 3 об.% пропана + 97 — 99 об. ;4 аммиака (при большем содержании пропана в процессе нагрева и охлаждения выделяется сажа, что приводит к снижению твердости и толщины диффузионного слоя, а уменьшение его содержания не требуется и усложняет технологию и оборудование) и стабилизируют в муфте рабочее 11ав1 ение 10 — 50 кПа при непрерывно включенной откачке (уменьшение дав. ления ниже 10 кПа привоцит к замедлению диффузионных процессов из-за уменьшения азотного и углеродного потенциалов атмосферы, при повышении давления выше

50 кПа снижается твердость получаемых слоев), нагревают муфель с деталями до темпер атуры насьпцения 770 — 900 К (при температурах ниже 770 К нельзя 11олучить требуемое ускорение процесса из-за замедления диффузионных процессов и не наблюдается эффект повышения твердости, так как рабочая атмосфера теряет науглероживаюцгую способность, увеличение температуры выше 900 К приводит к снижению твепдости матрицы металла, так как начинают интенсивно протекать коагуляционные процессы), повышают содержание пропана в насыщающей атмосфере до 5 — 30 об.% (остальное аммиак) (добавление пропана предотвращает обезуглероживание поверхности металла, наблюдаемое при аэотировании в среде частично циссоциированнаго аммиака, и вызывающее снижение твердости слоя с повышением температур насыщения, при содержании пропана в насьпцающей атмосфере менее

5 об.% не удается полностью подавить процесс обеэуглероживания, увеличение содержания пропана выше 3 об % приводит к обильному выцелению сажи на поверхности деталей, которая препятствует диффузии азота и матрицу) . выдерживают требуемое время, которое определяется маркой стали и требуемой толщиной диффузионной зоны (0,4 — 10 ч) эа 5 — 10 мин до конца иэотермической выдержки перекрывают подачу про1О пана с целью снижения к моменту начала охлаждения его содержания в насьпцающей атмосфере до 1 — 3 обЛ (остальное аммиак), охлаждают муфель на воздухе до 300—

330 К, откачивают муфель до давления 13 Па с целью удалс1гия остатка насыщаюгцей атмосферы, раэгерметиэируют муфель и извлекают детали.

H р и м е р 1. Пров эцят обработку образцов из конструкционной стали при

895 К, давлении 32 кПа и выдержке 1 ч в атмосфере 15 обЯ СэН, + 85 об.% ХНэ. Получают слой 0,15 мм с твердостью НЧ, 850—

950, а эа 1,5 ч -- слой с твердостью, НЧ 950--1000. Резу льтаты экспериментов приве11ены в табл. 1.

Пример 2. По режиму 860 К и

32 кПа в атмосфере 5 обЯ СэНа t 95 об.%

%1э слой 0,16 мм с твердостью НЧ, 970 получают эа 1,5 ч.

При температурах насыщения ниже 770 К предлагаемая технология не имеет преимуществ перед известной при температурах выше 900 К аэотирование по предлагаемой технологии дает худший результат по сравнению с известными (H Ч, 700) . увеличение содержания пропана в насыщающей атмосфере выше 30 об.% (в смеси с аммиаком) приводит к резкому уменьшению поверхностной твердости до HV„.350 — 600. Это связано с обильным выделением сажи. Hp> снижении содержания пропана менее 5 об.% наблюдается уменьшение значения поверхностной твердости до величин, получаемь1х по известной технологии.

В табл. 2 приведены данные о влиянии состава атмосферы при нагреве H охлаждении на параметры слоя.

Использование азотонауглероживающих ат50 мосфер при вакуумной технологии азотирования позволяет значительно сократить время насыщения в связи с возможностью получать высокую твердость диффузионного слоя при более высоких температурах на55 сышенкя, чем при обработке в среде аммиака, и повысить твердость получаемых слоев.

1196412

Таблица 1

Предлагаемый способ

Азотирование в вакууме (известный способ) Температура, ремя насыще

К ния, ч

5 об.% СзНв +

+ 95 об.% NH

15 об.% СзНа+

4 85 об.% ИНз

30 об.% СзНа +

+ 70 об.% NHз

770-780

1100*

950

950

0,05

0,05

0,06

1040

1040

1050

1150

0,08

0,08

0,075

0,10

1120

1100

0,10

0,10

830 — 840

950

0,06

1000

970

0,12

0,1 1

1000

0,15

0,16

890-900

850

950

0,13

0,15

780

880

970

890

0,23

0,22

0,21

0,17

9.00

900

0,24

0,20 В числителе значение поверхностной твердости HV, в знаменателе толщина диффузионного слоя, мм.

Таблица 2

Технологические пара метры изотермической выдержки

Состав атмосферы прн нагреве и охлаждении

97 o0.% ХНз

+ Зоб.% СзH

00 об.% NH

99 об.% ХНз 98 об.% NH +

+ 1 об.% СзНв + 2 об.% СэНв

1150

1150

1100

0,17

0,17

0,165 В числителе значение поверхностной твердости HV,, в знаменателе толщина диффузионного слоя,мм

ВНИИПИ Заказ 8122 Ти аж 899 Подписное

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

840 К, 32 кПа, 3 ч, 95 об.% NHз +

+ 5 об.% СзНв

0,12

0,08

0,15

0,19

0,16

0,27

1150»

0,17

0,11

0,07

0,13

0,17

005

95.0

0,07

0,25

0,11

0,17

96 об.%

NHs +

+ 4 об.%

СзНв