Способ газовой цементации стальных изделий
Изобретение относится к химикотермической обработке металлов и сплавов, в частности к цементации деталей машин. Сущность изобретения: стальные изделия нагревают до температуры насыщения в природном газе и выдерживают при этой температуре в присутствии катализатора, содержащего следующие компоненты, нас.%: нитрит натрия 30-60, нитрат 20-30, нитртт калия 15-30, натрий углекислый 5-10. 1 табл.
(з))5 С 23 С 8/22
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
И IlATEHTV
Ю
СОЮЗ СОВЕТСКИХ социалистических
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 4952177/02 (22) 21 . 05. 91 (46) 15.06.93. Бюл. i" 22 (71) Всесоюзный проектно-технологический институт тяжелого машиностроения Научно-производственного объединения технологии и специального технологического оборудования (72) Л.С.Степанова и Ф.А.Воронцов (73) Всесоюзный проектно-технологический институт тяжелого машиностроения Научно-производственного объединения технологии и специального -.ехнологического оборудования (56) Лоторское свидетельство СССР
>" 881)50, кл. С 23 С 8/22, 1979 °
Изобретение относится к хииикотермическом обработке металлов и сплавов, в частности к цементации деталей манин.
И=,вестен способ газовой цементации стальных деталей путем пиролиза жидких углеводородов в печах серии "Цн с подачей их капельным способом в рабочее пространство печи в присутствии катализатора-активатора нитрита натрия ()ий) ) Г)зСТ 19906-74. В результате разложения катализатора, выделившийся атоиарный азот ри )х ундирует в сталь с углеродом, сокращая время выдержки для полученил необходимой толщины цементованного слол на 303.
Недостатком процесса является нестабильность глубины цементированного слоя по поверхности детали, сажеобразование, обеэуглероживание, нмзкал, „., Ы„„1822450АЗ (54) СПОСОБ ГЛЗОВОИ ЦЕИЕНТЛЦИИ СТАЛЬHtlX ИЗ/1ЕЛИЙ (57) Изобретение относится к химикотермической обработке иеталлов и сплавов, в частности к цементации деталей машин. Сущность изобретения: стальные иэделия нагревают ро температуры насыщения в природном газе и выдерживают при этой температуре в присутствии катализатора, содержащего следующие компоненты, иас. (,: нитрит натрия 30-60, нитрат натрия 20-30, митр- т калия 15-30, натрий углекислый
5-10. 1 табл. температура разложения катализатора (284 С) и слабая насыщающая способность
Известен также способ газовой цементации стальных деталей, включающий нагрев до температуры насыщения в природном газе в присутствии твердого углерода (древесного угля, ГОСТ
44г53-48) и карбамида ()Ш ). (:О, ГОСТ
6691-67 при соотношении компонентов, иас.
Твердый углерод 65-75
)(а рбаиид 25-35
При введении карбамидз вместе с тоердыи углеродом в рабочее пространство печи увеличивается ак 1гность газовой среды за счет образования атомарного азота, ускоряющего ди фузию углерода в стальные изделiя. В результате сокращается лреия вылерж182245п
79, нитрит каю ия (KNO ) ГОСТ 4217-77, натрий углекислый (?1а ОО ) ГОСТ
83-79
При нагреве катализатор, состоя,ий иэ смеси компонентов азотнокиспых солей, расплавляется с выделением атомарного азота, B присутствии которого дифФузия углерода в сталь значительно активизируется. Реализация разложения нитрата натрия идет двухстадийно: на перв<;й стадии
55 ки деталей в цементаци«энной печи на
30", (7, Пр«. тотип) . Недостатком данного способа цементации деталей явпя«тсл присутствие в катализаторе твер5 дого углерода, что в процессе газовой
i,åèåíTàöèè приводит к пересыщению поверхностных слоев деталей карбидами (цементитная сетка), пригарам на поверхности деталей продуктов рэзложе10 ния катализатора, что при закалке приводит к внутренним напряжениям в цементованном слое, короблению и деформации деталей. Кроме того при расплавлении карбамида при температурах
380-400"С происходит выделение аммиа-. ка-тпксичног-о и взрывоопасного газа (ПДК-20 мг/м- ). Скорость насыщения деталей при данном способе цементации составляет 0,3 мм/час (слой 1,8мм достигается после выдержки 6 часов), что всего на 0,05 мм/ч выше скорости насыщения без присутствия карбамида (I,5 мм за 6 ч).
Таким образом, при данном способе цементации деталей для получения слоя толщиной 3,0 мм и более потребуется
- 10 час.
Цель изобретения - сокращение времени выдержки деталей за счет повыше- 30 «ия с <орос ти цеме) тации 6 присутствии кот п«затора. ..«.ав.г«енн;:я цель доет«гается тем, чт0 I Ги газовой цементации сталы ых деталей, включающей нагрев io температуры насыщения 860...1050 С в природном газе и выдержку при этой темп ..ратуре, в качестве катализатора применяют смесь компонентов, мас. io
Нитрит натрия 30-40,И)
Нитрат натрия 25-30
Нитрит калия 25-30
Натрий углекислый 5-10
Для этого сг«ользуют: нитрит натрия (NaNO2) ГОСТ 19906- 45
7« нитрат натрия (NaNO ) ГОСТ 4168(255 С) с образованием нитрита натрия, а на второй (520 С) с выделением активного азота. Это позволяет замедлить процесс накопления в газовой
Фазе азота до более высоких температур (550...600 С), при которых скорость насыщения и активность газовой фазы максимальна.
Содержание компонентов приведено в табпице.
При известном составе катализатора (65 С, 354 (NN2)2CO) выделение активного азота при разложении карбамида начинается при 380 ° ..400 С и завершается в течение 0,5 ч, между тем нагрев садки до оптимальных температур насыщения (860.. 1050 С) длится 2-3 ч. Поэтому чтобы увеличить время выделения и накопления в газовой фазе активного азота используются смеси компонентов составов
1«?." ?, 3, 4, 5 позволяющие значительно расширить температурно-временной интервал образования активного азота до 520 С в течение 1,5-2 ч, т.е. до достижения садкой температур-520... о
600 С, при которых скорость насыщения поверхности деталей азотом максимальная. Активная диФфузия углерода в сталь происходит при более высоких температурах (860 1050 С).
Предла;аемый способ химико-термической обработки (цементации) деталей реализуется следующим образом.
В нагретую до 930 С печь загружа-ют салку деталей. Предварительно между деталями пп периферии корзины равномерно распределяют капсулы из огнеупорной глины ф 35...50 мм, внутри которых находится катализатор из смеси компонентов указанного состава, причем количество катализатора в капсуле находится в пределах 1,5...5,5 г в зависимости от массы садки. Общая масса катализатора в садке определяется из расчета 5,0...5 г.на 25...
30 кг металла в садке (с учетом массы корзины). Дпя контроля глубины цементованного слоя вместе с деталями в корзину кладут образцы свидетели и подвешивают свидетели-корректировщики.
Через 10-15 мин после загрузки печи начинают продувку рабочего про. странства газом с рахолом 0,25...
0,30 м / ч в течение 20-30 мин. Продувка заканчивается при достижении при глубине слоя
Содержание компснентов в смеси, мас.
Состав
Рабочая темпра разложения, С тверд. (я!,4 СО NaN 7, я НО ККО. а„С(7> угл.
Известный состав
380...400
35
Предла га емый
80 10
234...3".0
5 18 устойчивого горения факела отходящих
< газов. Печь проверяется на герметичность и по достижении рабочей темпер;туры цементации устанавливается по дача газа с раходом 0,90-0,95 м /ч
Средняя скорость цементации, таким образом, при данном способе составляет 0,4...0,5 мм/ч.
За час до окончания выдержки вынимают иэ печи свидетель-корректировшик и определяют глубину цементованного слоя, после окончания выдержки детали либо подстуживают для непосредственной закалки (860 С), либо охлаждают и закаливают с повторного нагрева.
Пример. Печь Ц-105 нагревают до 930 С. В корзины вместе с деталями и образцами-свидетелями иэ стали 20, 20Х, 18ХГТ, 25ХГТ, 18Х2НЧИА помещают катализатор и загружают в печь. После продувки природным газом для создания безокислительной атмосферы в печи и достижения сэдкой рабочей температуры устанавливают режим подачи газа 0,9...0,95 м /час. Детали выдерживают е печи 3 часа. За 0,5...1,0 час до окончания выдержки проверяют глубину цементованного слоя на свидетеле-корректировщике. Затем отключает подачу газа. Проводят подстуживание деталей до 860 С и проводят закалку.
При известном способе цементации с катализатором состава 1 1 глубина цементованного слоя составит эа
3 часа 0,9 мм (беэ катализатора
0,75 мм). По результатам металлографических исследований деталей и образцов-свидетелей, прошедших цементацию, с катализатором состава М 2, 4 и г5 глубина цементованного слоя эа
3 часа составила соответственно:
?2450 fj (! (— 1 (7 5 ) В РемЯ < ки (активногA (1f.. ð 0,5...0,8 мн - 1,5...2 ч. 0,8...1,2 мм - 2...2,5 ч 1,2...1,4 мм - 2,5...3 ч 1,4...1,7 мм - 3...4 ч Г 2 - 0. ...1,0 мм 1 " 3 - 1,0...1,15 мм 1 4 - 1,05...1,15 мм 5 - 1 25...1,30 мм Эффективная глубина цементованного закаленного слоя образцов иэ стали 30ХГТ (состав 1 5) составила 1,4...1,5 мм. Дефектов микроструктуры в виде сплошной сетки карбидов (цементита) у образцов и деталей не обнаружено. Оптимальное содержание катализатор в садке составляет 5,5 г на 25 кг. Применение катализатора указанных составов обеспечивает сокращение времени выдержки на 50 l за счет ускорения процесса насыщения при совместной диффузии я сталь азота и углерода, что обеспечивает получение экономического эффекта. формула изобретения Способ газовой цементации сталь35 ных изделий, включающий нагрев до температуры насыщения в природном газе в присутствии катализатора и выдержку при этой температуре, и т л и ч а ю шийся тем, что, с це40 лью сокращения времени выдержки, в качестве катализатора используют смесь, состоящую из следующих компонентов при их соотношении, мас.,: Нитрит натрия 30-60 45 Нитрат натрия 20-30 Нитрат калия 15-30 Натрий углекислый 5-10 1822450 Продолжение .таблицы Содержание компонентов в смеси, мас.Ъ Состав тверд. (%i ) CO ЫаИО ИаяО KNO угл. ЯС з 15 5 284...380 Составитель Л. Степанова Редактор И. Букреева Текред M.Норгентал Корректор Л.Мотыль Заказ 2120 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Иосква, Ж-35, Раувская наб,, д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул, Гагарина, 101 Рабочая темпра разложения, OC 10 284...480 10 284...520
