Способ поверхностного упрочнения изделий на основе железа

 

Использование: в машиностроении, при химико-термической обработке изделий. Сущность изобретения: способ включает сульфооксидирование при температуре 600-650^oC в течение 30-40 мин в продуктах диссоциации 30-50%-ного водного раствора тиосульфата в герметичном контейнере и охлаждение в печи. 1 табл.

Изобретение относится к материаловедению, в частности к химико-термической обработке сплавов, а именно к диффузионному насыщению металлической поверхности ив твердом состоянии элементами, получаемыми в парогазовых смесях, и может быть использовано в машиностроении. Известен способ химико-термической обработки изделий на основе железа в среде, содержащей пар, сероводород и аммиак в равных объемных количествах (авт. св. N 4735196, кл. С 23 С 8/52). Способ имеет целью повышение износостойкости в условиях абразивного и граничного трения. Недостатком данного способа является использование сероводорода, который токсичен и может приводить к загрязнению окружающей среды. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предполагаемому изобретению является способ химико-термической обработки изделий на основе железа (авт. св. N 1176514, кл. С 22 С 3/24, С 23 С 8/16), при котором первоначально проводят парооксидирование, а затем насыщение серой. Поверхностный слой, в данном случае состоит из двух подслоев, верхний - сульфиды, нижний окислы железа, что обеспечивает данному слою улучшенные антифрикционные свойства и износостойкость. Недостатком данного способа, принятого за прототип, является то, что обработку ведут в две стадии, что технологически невыгодно, так как связано с отключением и подключением насыщающих газов. Кроме того, недостатком также является применение сероводорода, который загрязняет окружающую среду, ухудшает условия труда. Целью предполагаемого изобретения является сокращение технологического цикла и улучшение экологической чистоты процесса. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе поверхностного упрочнения изделий на основе железа, включающий сульфооксидирование при температуре 600-650^oC в газовой среде в герметичном контейнере и охлаждение в печи согласно изобретению сульфоазотирование проводят в течение 30-40 мин в продуктах диссоциации 30-50%-ного водного раствора тиосульфата. Общими признаками предлагаемого способа поверхностного упрочнения металлических изделий и прототипа является загрузка деталей, их нагрев, выдержка в насыщающей среде и охлаждение. Новым по сравнению с прототипом является то, что процесс ведут в одну стадию, а насыщающая среда содержит тиосульфат при следующем соотношении компонентов, мас. тиосульфат 30-50, вода-остальное. Отсутствие во всех известных автором источниках патентной и технической литературы указанных отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявки критерию "существенные отличия". Способ поверхностного упрочнения металлических изделий и состав насыщающей среды, содержащий компоненты в указанном соотношении, позволяет получать новую структуру поверхностного слоя и своеобразный микрорельеф поверхности, что не снижает эксплуатационные свойства металлических изделий по сравнению с прототипом. При этом сокращается технологический цикл получения поверхностного упрочняющего слоя, применяемый раствор, состоящий из тиосульфата и воды, не является токсичным. Это улучшает экологическую чистоту процесса и дает возможность применять предполагаемое изобретение непосредственно в цехе изготовления деталей. В результате анализа известных технических решений не выявлено признаков, сходных с признаками, отличающимися заявляемое решение от прототипа. Таким образом, свойства материалов, полученные по предлагаемому решению при использовании новых признаков в совокупности с известными, не совпадают со свойствами по известным решениям и заявленные признаки являются существенными. Достижение положительного эффекта при использовании всей совокупности существенных признаков предлагаемого способа поверхностного упрочнения металлических изделий подтверждается прилагаемым актом лабораторных испытаний. В состав сформировавшегося поверхностного упрочняющего слоя, полученного предлагаемым способом с применением новой по составу ингредиентов насыщающей среды, содержатся химические элементы кислород, железою сера, углерод, которые в результате химических реакций, происходящих на границе раздела металла насыщающая среда, образуют соединения в виде сульфидов и окислов железа. Важной особенностью предполагаемого изобретения является то, что насыщающая среда, применяемая при этом, является экологически безвредной. Предлагаемый способ поверхностного упрочнения металлических изделий может быть осуществлен следующим образом. Обезжиренные детали загружают в герметичный сосуд шахтной печи, где происходит их нагрев до температуры 600-650^oC, выдержка при этих температурах в течение 40-60 мин и последующее охлаждение до комнатной температуры. Для приготовления насыщающей среды расчетное количество (30-50 г На 100 г воды) тиосульфата, натрия или аммония добавляют к воде, перемешивая до полного растворения соли. Затем раствор заливали в емкость, из которой он поступает в рабочее пространство шахтной печи. При температуре 600-650^oC происходит диссоциация водного раствора тиосульфата натрия или аммония с образованием кислорода, серы, азота в атомарном состоянии, которые диффундируют в поверхность металла, образуя окислы в сульфиды железа. Насыщающая среда применяется при предлагаемом способе поверхностного упрочнения и играет важную роль при формировании поверхностного слоя. Указанные значения ингредиентов насыщающей среды являются оптимальными. При увеличении концентрации тиосульфата в растворе для насыщения сформировавшейся поверхностный слой, содержит больше сульфидов железа, а окислов меньше, чем придает слою антифрикционные свойства, но слой не будет износостойким и не может противостоять в течение длительного времени высоким нагрузкам (таблица). Примеры с граничными значениями компонентов и получаемыми свойствами приведены в таблице. При уменьшении содержания соли в растворе образующийся слой содержит большее количество окислов железа, а сульфидов меньше. Это обеспечивает износостойкость поверхностного слоя, но слой плохо прирабатывается и имеет высокие значения коэффициента трений. Свойства поверхностного слоя обеспечиваются наличием окислов и сульфидов железа, как и в прототипе. Однако применяемая при этом насыщающая среда позволяет получить упрочняющий слой с сокращением числа технологических операций и отказаться от применения сероводородов, т.е. получить более экологически чистый технологический процесс, по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Способ поверхностного упрочнения изделий на основе железа, включающий сульфооксидирование при температуре 600-650^oC в газовой среде в герметичном контейнере и охлаждение в печи, отличающийся тем, что, с целью сокращения технологического цикла и улучшения экологической чистоты процесса, сульфооксидирование проводят в течение 30-40 мин в продуктах диссоциации 30-50-ного водного раствора тиосульфата.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000

Извещение опубликовано: 10.11.2000        

---