Изолирующая паста при химико-термической обработке стали

 

Использование: изобретение относится к металлургии, в частности к пастам, изолирующим от насыщения углеродом и азотом при газовой химико-термической обработке участки деталей , подвергающиеся последующей механической обработке резанием. Сущность изобретения: изолирующая паста содержит мас.%: борная кислота 24,5-25,0; пылевидный кварц 3,0-3,5; корунд плавленый 3,0-3,5; дистенсиллиманит с размером частиц 30-50 мкм 0,3-0,4; полистирол 6,0-7,0; растворитель из ряда хлорпроизводных углеводородов остальное. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к пастам, изолирующим от насыщения углеродом и азотом при газовой химико-термической обработке участки деталей, подвергающиеся последующей механической обработке резанием.

Известен состав защитных покрытий, применяемых при газовой цементации, азотировании и нитроцементировании, состоящих из следующих компонентов, мас. Борный ангидрид 15-30 Карборунд 15-35 Эпоксидная смола 1-10 Канифоль 25-50 Органические раствори- тели ароматического ряда Остальное Борный ангидрид является основным защитным компонентом в приведенном составе. Эпоксидная смола, канифоль, растворители ароматического ряда образуют связующее, обеспечивающее пасте комплекс необходимых технологических свойств (кроющую способность, прочность сцепления с поверхностью детали, седиментационную устойчивость и др.). Покрытие данного состава удовлетворительно защищает поверхности от диффузии химических элементов при химико-термической обработке.

Однако покрытие имеет ряд недостатков. После химико-термической обработки остатки покрытия плохо удаляются из узких отверстий и резьбовых поверхностей деталей, на поверхности остаются частицы карборунда, что затрудняет последующую механическую обработку. Защищаемая поверхность имеет повышенную твердость за счет диффузии углерода из карборундовой составляющей в металл. Паста обладает низкой седиментационной устойчивостью, обусловленной большой разницей в удельных весах связующего и наполнителя, что приводит к оседанию наполнителя (в течение 2-3 ч) и снижению технологичности пасты при ее использовании. Не исключены также полностью пробои покрытия.

Известна также металлизация поверхности деталей с целью защиты от диффузии элементов при газовой химико-термической обработке. Распространенным изолирующим покрытием, отличающимся высокой изолирующей способностью, является медное покрытие, получаемое при меднении в цианистых электролитах следующего состава, г/л: Цианистый натрий 12-20 Цианистая медь 40-60 Процесс меднения характеризуется следующими параметрами: Плотность 1,0-1,5 А/дм² Температура электро- лита 50-60^оС Время меднения 2,5-3,0 ч Толщина покрытия 30-60 мкм Недостатком медного покрытия является неравномерная толщина его на сложных поверхностях, высокая энергоемкость и сложность технологического процесса нанесения беспористого покрытия, высокие затраты на экологическую защиту, связанные с нейтрализацией отходов на всех стадиях технологического процесса.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути является состав защитного покрытия, состоящего из следующих компонентов, мас. Борная кислота 10-25 Полистирол 5-13 Смесь хлорпроизвод- ных углеводородов: трихлорэтилен, перхлор- этилен, метиленхлорид, четыреххлористый углерод Остальное Приведенный состав пасты обладает высокой седиментационной устойчивостью, хорошей кроющей способностью, быстро высыхает, прочно сцепляется с поверхностью детали, удовлетворительно защищает нарезные поверхности от диффузии элементов в металл при газовой химико-термической обработке. Остатки изолирующего покрытия легко удаляются моющим 1%-ным водным раствором тринатрийфосфата.

Однако приведенный состав имеет существенный недостаток в процессе химико-термической обработки при выдержке 8 15 ч покрытие, обладая повышенной жидкотекучестью, сползает с вертикальных гладких поверхностей и имеет склонность к образованию пробоев на защищаемых участках.

Цель изобретения улучшение защитных свойств пасты путем уменьшения жидкотекучести покрытия при температурах газовой химико-термической обработки и создания на поверхности детали армирующего тугоплавкого каркаса, исключающего сползание изолирующего покрытия.

Указанная цель достигается тем, что в известный состав, включающий борную кислоту, полистирол и растворитель из ряда хлорпроизводных углеводородов вводят пылевидный кварц, плавленный корунд фракции 30 50 микрон и дистенсиллиманит при следующем соотношении компонентов, мас. Борная кислота 24,5-25,0 Пылевидный кварц 3,0-3,5
Корунд плавленный (30 50 мкм) 3,0-3,5 Дистенсиллиманит 0,3-0,4 Полистирол 6,0-7,0
Растворитель из ряда
хлорпроизводных углево- дородов Остальное Состав защитного покрытия приготавливают путем последовательного смешивания компонентов. Вначале загружают в емкость расчетное количество растворителя, затем расчетное количество полистирола и перемешивают до полного растворения полистирола. В образовавшееся связующее добавляют смесь, состоящую из расчетного количества борной кислоты, пылевидного кварца, корунда и дистенсиллиманита. Перемешивание производят до получения однородной пасты, имеющей по готовности вязкость 2,5 2,8 Н˙с/м.

Борная кислота это основной компонент, который при нагреве в процессе химико-термической обработки после разложения на борный ангидрид и воду, сплавляется с пылевидным кварцем и образует защитное покрытие, представляющее собой боросиликатный расплав. Пылевидный кварц вводится в пасту в количестве 3,0 3,5% что уменьшает жидкотекучесть защитного покрытия, но не ухудшает его способности смачивать защищаемую поверхность при температурах химико-термической обработки. Плавленный корунд фракции 30 50 микрон вводится в количестве 3,0 3,5% Применение корунда фракции более 50 мк приводит к ухудшению технологических свойств пасты, а менее 30 мк к слабому влиянию на уменьшение сползания покрытия. Зерна плавленного корунда распределяются по поверхности детали и создают армирующий тугоплавкий каркас, который удерживает от сползания образовавшийся боросиликатный изолирующий расплав в течение всего процесса химико-термической обработки. При этом корунд является совершенно нейтральным компонентом защитного покрытия по отношению к стали. При температурах химико-термической обработки зерна плавленного корунда не растворяются в боросиликатном расплаве и остаются в виде самостоятельной фазы в течение всего технологического процесса. Дистенсиллиманит в количестве 0,3 0,4% придает пасте повышенную устойчивость к оседанию, что необходимо для поддержания во взвешенном состоянии зерен корунда, имеющего наиболее высокую плотность из всех компонентов пасты. Раствор полистирола в органическом растворителе выполняет функции полимерного связующего и обеспечивает изолирующей пасте необходимые технологические свойства.

Оптимизация состава изолирующей пасты проводилась с применением метода математического планирования.

П р и м е р 1. Газовая цементация с использованием разработанной изолирующей пасты.

Шестерня ведущая коническая редуктора отбора мощности автомобиля "Урал-375", дет. 4320-2402017, сталь 12Х2Н4А. Изолирующей пастой покрываются шлицы и хвостовая часть, на которой нарезается резьба. Участки шестерни, подлежащие защите, покрывают предлагаемым составом изолирующей пасты после предварительной мойки в 0,5 1,0%-ном водном растворе триполифосфата натрия и сушки горячим воздухом при температуре 70 90^оС. Толщина слоя пасты на детали после одноразового покрытия 0,6 0,7 мм. Далее детали помещают в агрегат Курганского ПКБ.

Печь предварительного нагрева зоны 1 3, Эндогаз 1 зона 800 850^оС, 2 зона 850 900^оС, 3 зона 900 940^оС
Печь цементации зоны 4 5, Эндогаз 60 м³/ч Природный газ: 1 ввод 0,8 1,2 м³/ч,
2 ввод 0,7 1,3 м³/ч 4,5 зоны 900 940^оС
Печь изотермической выдержки зоны 6 8 Эндогаз 6 зона 350 500^оС, 7 зона 580 650^оС, 8 зона 580 650^оС
Печь нагрева под закалку зона 9 Эндогаз 10 м³/ч или азот 5 7 м³/ч Газ природный до 1 м³/ч по мере надобности 9 зона 820 840^оС
Бак закалочный Масло И-50А или МЗМ-120 Температура 80 100^оС, время выдержки 6 мин
Машина моечная Водный 0,5 1,0%-ный раствор триполифосфата натрия или 1,0 1,5% тринатрийфосфата, температура 70 90^оС
Печь отпускная Температура 140 180^оС, время выдержки 90 мин.

П р и м е р 2. Газовая нитроцементация с использованием разработанной изолирующей пасты.

Шестерня коронная дифференциала раздаточной коробки автомобиля "Урал-375", дет. 375-1802190-Б, сталь 40Х. Внутренние шлицы, подлежащие защите, покрывают предлагаемым составом изолирующей пасты после предварительной мойки в 0,5 1,0%-ном водном растворе триполифосфата натрия и сушки горячим воздухом при температуре 70 90^оС. Толщина слоя пасты на детали после одноразового покрытия 0,6 0,7 мм. Далее детали помещают в печь для нитроцементации.

Печь камерная СНЦ-5.10.5/10С-1 Эндогаз 15 18 м³/ч Метан 0,5 5,0 м³/ч Аммиак 0,33 0,5 м³/ч Содержание СО₂ в атмосфере печи 0,1 0,45% Температура 840 860^оС
Бак закалочный Масло И-20 или МЗМ-120 Температура 70 100^оС для И-20
100. 160^оС для МЗМ-120 Время закалки 10 мин
Машина моечная Водный 0,5 1,0%-ный раствор триполифосфата натрия или 1,0 1,5% тринатрийфосфата, температура 70 90^оС
Печь камерная для отпуска Температура 180 200^оС Время отпуска 2 ч
Проведенные испытания пасты разработанного состава по сравнению с другими изолирующими пастами, а также с медным покрытием, показали, что изолирующая паста предлагаемого состава, сохраняя хорошие технологические свойства пасты по а.с. СССР N 985137, С 23 С 9/00, 1982 г. позволяет получить качество покрытия, не уступающее медному по своим защитным свойствам. Покрытие надежно держится на вертикальных поверхностях при режимах химико-термической обработки до 15 ч, сползание и пробои отсутствуют. Твердость защищаемой поверхности ниже, чем при защите пастами с карбидосодержащим наполнителем а.с. СССР N 344744, С 23 С 9/00, 1977 г.

Экологически вредное цианистое меднение может быть заменено изолированием пастой разработанного состава.

Формула изобретения

ИЗОЛИРУЮЩАЯ ПАСТА ПРИ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ СТАЛИ, включающая борную кислоту, полистирол и растворитель из ряда хлорпроизводных углеводородов, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит пылевидный кварц, плавленый корунд с размерами частиц 30 50 мкм и дистенсилламанит при следующем соотношении компонентов, мас.

Борная кислота 24,5 25,0
Пылевидный кварц 3,0 3,5
Плавленый корунд 3,0 3,5
Дистенсиллиманит 0,3 0,4
Полистирол 6,0 7,0
Растворитель из ряда хлорпроизводных углеводородов Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2