Способ газовой цементации стальных изделий

 

Сущность изобретения: способ включает нагрев стальных деталей при давлении 290-370 ГПа, насыщение в среде углеводородов при давлении 785-880 ГПа и диффузию при давлении 290-370 ГПа. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 23 С 8/20

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО- СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОГ1 ИСАН И Е ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4835297/02 (22) 05,06.90 (46) 15.04.93. Бюл. N . 14 (71) Краматорский научно-исследовательский и проектно-технологический "институт машинострОения (72) A.Ñ.Ìoèñååâà, Н,А,Букреева. А.Н.Минков, Н,M,Êoëåñíèê, Г,Т.Орехов, С,В.Моисеев, Н.Ф.Кулачко и Г.П.Бартель (56) Лахтин fO,M., Арзамасов Б,Н. Химикотермическая обработка металлов. 1985, с,115-118, Изобретение относится к термической обработке, а именно к диффузионным способам обработки металлических изделий и может быть использовано при науглероживании в газах.

Целью изобретения является ускорение процесса цементации, повышение экономичности процесса эа счет увеличения срока службы оборудования.

Поставленная цель достигается тем, что в способе газовой цементации, включающем нагрев до температуры цементации, насыщение в среде углеводородов и диффузию, нагрев и диффузию проводят при давпении 290-370 ГПа, а насыщение при давлении 785-880 ГПа.

Существенным признаком предлагаемого способа газовой цементации, общим с существенным признаком способа, принятого за прототип, является нагрев до температуры цементации, насыщение и диффузия.

Ы2,, 1808880 А1 (54) СПОСОБ ГАЗОВОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ

СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ (57) Сущность изобретения: способ включает нагрев стальных деталей при давлении

290-370 ГПа, насыщение в среде углеводородов при давлении 785-880 ГПа и диффузию при давлении 290-370 ГПа. 1 табл, Новым существенным признаком предлагаемого способа газовой цементации, отсутствующем в способе принятом за прототип, является то, что нагрев до температуры цементации и диффузию проводят при давлении 290-370 ГПа, а это дает возможность использовать электрические печи сопротивления с герметичной ретортой и получить качественные детали, и ускорить процесс цементации, Предлагаемый способ газовой цементации осуществляют со следующей последовательностью выполнения операций; загружают детали в холодную печь; снижают давление в печи до 19,6 ГПа; нагревают до температуры цементации при давлении 290-370 Га; насыщение в среде углеводородов при давлении 785-880 ГПа; диффузия при давлении 290-370 ГПа (насыщение и диффузию проводят несколь1808880 ко pas в зависимости от глубины цементованного слоя); охлаждают и выгружают детали из печи; определяют глубину цементованного слоя, содержание углерода в поверхности, величину зерна аустенита, обезуглероживание, механические свойства — после окончательной термообработки, Ниже приведен пример конкретного осуществления способа газовой цементации, "0

Пример. Газовую цементацию проводили на установке, состоящей из модернизированной электрической шахтной печи сопротивления типа Ц60А, системы подвода насыщающей среды с контрольно-измери- 15 тельной аппаратурой, вакуумной системы и системы автоматики, В качестве насыщающей среды использовали природный газ.

Расход природного газа контролирова- 20 ли расходомером типа PM-Ç, давление в печи — вакуумметром типа ЭКВ-IV.

Откачку печной атмосферы и отходящих газов производили вакуумным насосом типа 2НВР-5ДМ. 25

Управление температурным режимом осуществляли потенциометром типа КСП-З.

Продолжительность насыщения и диффузии осуществляли реле-времени.

Испытанию подвергли пять режимов га- 30 зовой цементации N 1, №2, №3, N 4, N.5и известный режим ¹ 6, принятый за прототип.

Образцы и детали типа колец диаметром 100 мм, толщиной 20 мм из стали

12ХН3А, очистили от грязи и масла химиче- 35 ски чистым ацетоном уложили в приспособление и загрузили в печь. Закрыли печь крышкой, создав герметичность, которую достигли уплотнением ее вакуумной резиной марки 9024 и болтами с гайками. Вклю- 40 чили воду для охлаждения крышки печи.

Произвели откачку печной атмосферы до давления 19,6 ГПа, Нагрев до температуры цементации 950 С произвели при давлении 19 6-490 ГПа. По достижении 45 температуры цементации произвели выдержку в течение 20 мин для выравнивания температуры внутри загрузки. после чего пустили природный гаэ в количестве 1,09 м /ч и выдержали в потоке газа в течение 5 мин при давлении 200-932 ГПа. После насыщения газ перекрыли, откачали отходящие газы (т.е. произошел процесс диффузии) до давления 19,6-490 ГПа и выдержали в течение 10 мин (циклы насыщения и диффузии 55 повторили 36 раз каждый).

После окончания процесса отключили обогрев печи, прикрыли газовые краны, отключили вакуумный насос, водоохлаждение и выгрузили детали с образцами из печи, Параллельно провели режим газовой цементации взятый за прототип, при температуре 950 С с выдержкой 1440 мин в потоке газа (расход газа 1,09 м /ч) при избыточном давлении, После окончания режимов цементации образцы и детали подвергли окончательной термообработке (закалке с температуры

800 С в масло, отпуск при температуре

130 С) и исследованиям, Глубину цементованного слоя и микроструктуры определяли после травления шлифа 4%"íûì раствором азотной кислоты в зтиловом спирте на микроскопе ЕОФОТ"21" при увеличении 400 раз.

Содержание углерода определяли химическим анализом стружки толщиной 0,1 мм послойно снятой с образца диаметром

20 мм, длиной 150 мм.

Замеры твердости образцов и деталей производили после окончательной термообработки на приборе Роквелл по ГОСТ

9613-59.

Испытание образцов на растяжение производили по ГОСТ 1497-84, на ударную вязкость — по ГОСТ 9454-78.

Результаты качества упрочненных деталей приведены в табл,1.

Из результатов проведенных исследований следует, что оптимальное давление при нагреве и диффузии в режимах № 2, №

3, N4составляет 290,,330,,370 ГПа соответственно.

Установлено, что ускорение процесса достигается за счет перераспределения углерода по глубине слоя. Так в режимах ¹ 2, N. 3, N. 4 глубина слоя составляет 2,1; 2,05;

2,0 при содержании углерода поверхности

0,83; 0,80; 0,80% соответственно. Деформация реторты не наблюдается.

При давлении ниже 290 ГПа обеспечивается ускорение и качество деталей, но происходит деформация реторты поддействием внешнего атмосферного давления, поскольку при таком перепаде давлений возникают нагрузки, превышающие предел текучести металла реторты.

При давлении выше 370 ГПа глубийа слоя.составляет 1,95 мм, однако в поверхности наблюдается повышенное содержание углерода 1,47%, что способствует образованию карбидной сетки, которая располагается на глубину 0,6 мм, в связи с тем, что углерод не успевает продиффундировать с поверхности вглубь металла, а также ведет к увеличению остаточного аустенита в поверхностном слое, При закалке стали остаточный аустенит, вызывает пониже ие твердости и прочности цементоьанного слоя.

1808880

Сравиительиые данные качества деталей по прсдлагаеизу способу и способу, при»етого за протОтип! г Пемемтац!!в

Поодол»»тель»эсть цементации, иим

Качество деталей

Оссоо»ацм» о" топ t» п/п иа мары дмф грев »ение Еузил

Рлубина

Содер»а»ие углерода е поверхиост», 2 дефекты иикоо" структуры е noeepxwcти

Пека»»ческме свойства после! иасы- д»зоу"

»емче, Эмл лрч»ой це»Е»тации » окр» метель»ой еомообоаботк»

Ма Ма т 2 Кл»/

1270 !090 14,4 4с,Э 1590 39 цене»тамии и око»чательио» тер»зобоаботк»

»е» давор»кит Гпа ода ма 2 2 кл»/» мРС

1 19,6 200 19,6 180 360 2,2

0,83 потоп а цеооо »рова»а

785 290

830 330

880. 370

932 490

180 360 2 !О

\80 360 2,05

I80 360 . 2,0

180 360 1,95

2 290

3 330

370

5 490

0.81

0,8

0,8

I,47

1222 1070

1200 1080

1395 I1951 60 61

I50 61,0 !

30 60,0

I20 59,5

14,! 59,! 1230 37

14,0 59.0 !224 36 о5 59 ;230 !6 !

3.! 56,5 !!80 !375 11551360 11401200 1080

1160 1060 карбид»ал сетка»а глубине

0,6 ии

1290 11000,27 !300

6 цзбмточмое давпеиме

1440

2,0 абезуглерп»емкий стой иа глубичу 0,15»м

130 59 0 1140 1070 12 8 57 8 !!6г 5

Составитель Н.Кулачко

Техред М.Моргентал

Корректор Л.Ливринц

Редактор Л.Волкова

Заказ 1258 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Применение предлагаемого способа газовой цементации позволяет ускорить процесс, обеспечить качество деталей, перераспределить углерод по глубине слоя эа счет диффузии при давлении 290-370 ГПа, а также применить стандартные печи типа Ц или СШ ЦМ, исключив деформацию реторты.

Формула изобретения

Способ газовой цементации стальных изделий, включающий нагрев до температуры насыщения, насыщение в среде углеводородов и диффузию при избыточном давлении, отличающийся тем. что, с целью интенсификации процесса, обес5 печения качества и повышения экономичности процесса за счет увеличения срока службы оборудования, нагрев и диффузию проводят при давлении 290370 ГПа, а насыщение — при давлении

10 785-880 ГПа.