RU1780340C - Способ химико-термической обработки стальных деталей - Google Patents
Способ химико-термической обработки стальных деталейInfo
- Publication number
- RU1780340C RU1780340C SU4870529A RU1780340C RU 1780340 C RU1780340 C RU 1780340C SU 4870529 A SU4870529 A SU 4870529A RU 1780340 C RU1780340 C RU 1780340C
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ammonia
- parts
- nitriding
- exogas
- cooling
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
Использование: в машиностроении и других отраслях промышленности при упрочнении деталей, работающих в парах трения. Сущность изобретения: детали нагревают до 350 - 400°С в течение 10 - 30 мин в атмосфере воздуха, азотируют при 570 - 590°С в смеси аммиака и экзогаза в соотношении 1 : 4, затем отключают подачу аммиака и проводят выдержку в течение 1 - 2 ч с последующим охлаждением деталей в масле. Обработка рычагов по способу обеспечивает повышение их износостойкости в 1,6 - 1,9 раз. 1 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке, и может быть использовано в условиях единичного и мелкосерийного производства для упрочнения деталей, работающих в парах трения.
В современном машиностроении для упрочнения деталей широко применяются различные способы азотирования, наиболее перспективными из которых являются низкотемпературные газовые кратковременные процессы карбонитрирования, в частности, с генераторным методом получения углеродосодержащих газов.
Известен способ низкотемпературного газового карбонитрирования "Нитемпер", названный в ФРГ "Никотрирование" и заключающийся в обработке изделий на основе железа в атмосфере, состоящей из 50% аммиака и 50% эндогаза при 570оС, и обеспечивающий получение на поверхности изделий из углеродистых и легированных сталей малопористого карбонитридного слоя эпсилон-железа, значительно повышающего стойкость деталей к истиранию.
Существенным недостатком способа является возможность образования взрывоопасных смесей из-за высокого (> 50%) содержания в атмосфере печи водорода.
Известен также разработанный фирмой "Айхелин" процесс кратковременного газового азотирования под названием "Нитрок", при котором азотирование осуществляют при 570оС в смеси аммиака и неочищенного экзогаза при их соотношении 1:1 или 1:2. Экзогаз является дешевым и взрывобезопасным газом. Содержащийся в экзогазе углекислый газ является окислителем и способствует ускорению процесса азотирования. Кроме того, углекислый газ в смеси с аммиаком является науглераживающим компонентом. На поверхности деталей, обработанных по способу "Нитрок", за 2-4 ч образуется гомогенный малопористый оксикарбонитридный слой толщиной 10-15 мкм. Способ позволяет значительно повысить взрывобезопасность за счет более низкого (14-18%) содержания водорода в печной атмосфере.
Недостатком способа является тот факт, что полученные карбонитридные слои обладают высокими пластичностью и износостойкостью.
В последнее время исследователями различных стран установлено положительное влияние поверхностных окисных слоев на износостойкость и коррозионную стойкость азотированных (карбонитрированных) деталей.
Сложные упрочненные слои, состоящие из зоны внутреннего азотирования, нитридного (карбонитридного) слоя и поверхностного слоя оксида железа получают обычно диффузионным насыщением в нитрирующей (карбонитрирующей) среде с последующей выдержкой изделий в окислительной среде.
Недостатками способов являются либо чрезмерная длительность процесса насыщения - до 70 ч, либо необходимость использования сложного дорогостоящего оборудования для последовательного ионного нитрирования, ионного оксинитрирования, ионного оксидирования, либо сложность процесса насыщения, необходимость периодически изменять давление от 1,3-0,018 Па до 5 кПа, а также возможность быстрого выхода из строя внутренних элементов ионного оборудования при подаче в камеру насыщения для последующего оксидирования водяного пара.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ химико-термической обработки, включающий нагрев деталей в воздушной атмосфере до 360-400оС с выдержкой 10-30 мин, выдержку в азотсодержащей среде при 570-680оС, затем оксидирование в газовой смеси, состоящей из кислорода и азота с соотношением 1:(3-1,5) в течение 5-10 с, охлаждение в воде и отпуск в масле с добавлением 0,5-10% серы при 120-140оС в течение 30-40 мин. Способ позволяет повысить коррозионную стойкость деталей на износостойкость, в 1,2-1,3 раза.
Недостатками способа являются его сложность, необходимость поддержания определенного состава окисляющей смеси, возможность повышенных деформаций изделий при охлаждении в воде, необходимость проведения дополнительной операции отпуска.
Целью изобретения является повышение износостойкости деталей, улучшение экологии за счет снижения расхода аммиака и упрощение способа.
Поставленная цель достигается тем, что в способе химико-термической обработки стальных деталей, включающем нагрев и выдержку деталей при 350-400оС в течение 10-30 мин в воздушной атмосфере, азотирование при 570-590оС в смеси аммиака и углеродсодержащего газа, оксидирование и охлаждение, азотирование ведут в присутствии экзогаза при его соотношении с аммиаком 4: 1, а оксидирование проводят в том же рабочем пространстве в течение 1-2 ч без подачи аммиака с последующим охлаждением в масле.
Химические реакции происходят в газовой среде следующим образом:
NH3 0,5N2+1,5H2
CO2+H2 CO+H2O
2CO C+CO2
Fe+CO2 FeO+CO
Азотный, углеродный, кислородный потенциалы определяются из отношения парциальных давлений компонентов среды:
ПN = PNH3/PH2 1,5, Пo = PCO2/PCO,
По = PCO/P CO2
Плавное снижение к концу процесса азотного потенциала и увеличение кислородного приводит к получению пластичных, износостойких оксикарбонитридных слоев со сформированными на их поверхности или вблизи поверхности оксидными слоями, значительно облегчающими начальный период работы пар трения - процесс приработки.
NH3 0,5N2+1,5H2
CO2+H2 CO+H2O
2CO C+CO2
Fe+CO2 FeO+CO
Азотный, углеродный, кислородный потенциалы определяются из отношения парциальных давлений компонентов среды:
ПN = PNH3/PH2 1,5, Пo = PCO2/PCO,
По = PCO/P CO2
Плавное снижение к концу процесса азотного потенциала и увеличение кислородного приводит к получению пластичных, износостойких оксикарбонитридных слоев со сформированными на их поверхности или вблизи поверхности оксидными слоями, значительно облегчающими начальный период работы пар трения - процесс приработки.
Ведение процесса диффузионного насыщения при соотношении аммиака и экзогаза 1:4 не уменьшает скорости насыщения в сравнении с процессом в атмосфере с более высоким содержанием аммиака, но при отключении аммиака облегчает появление необходимого для формирования поверхностных окисных слоев кислородного потенциала.
Изменение содержания аммиака и продуктов его диссоциации в рабочем пространстве печи (%) в процессе оксидирующей обработки зависит от расхода технологических газов, массы обрабатываемых деталей, объема рабочего пространства печи и в общем случае с достаточной степенью точности описывается уравнением
Y = , где а - содержание аммиака и продуктов его диссоциации в рабочем пространстве печи к моменту оксидирующей обработки, м3;
b - общее содержание газов в печи, м3;
с - коэффициент, зависящий от расходов технологических газов, объема рабочего пространства печи, массы садки, ; х - время оксидирующей обработки, ч.
Y = , где а - содержание аммиака и продуктов его диссоциации в рабочем пространстве печи к моменту оксидирующей обработки, м3;
b - общее содержание газов в печи, м3;
с - коэффициент, зависящий от расходов технологических газов, объема рабочего пространства печи, массы садки, ; х - время оксидирующей обработки, ч.
Приведенная формула иллюстрируется диаграммой изменения водорода в печи после отключения подачи аммиака (см. чертеж).
Ведение процесса диффузионного насыщения при 570-590оС и последующее охлаждение деталей в масле снижает вероятность коробления и поводок. При такой обработке отсутствует необходимость в дальнейшем отпуске и сульфидировании, т.к. использование в качестве охлаждающей среды минерального масла вместо воды снижает уровень остаточных напряжений деталей, а сформированные поверхностные оксидные слои, покрытые масляной пленкой, обеспечивают высокую износо- и коррозионную стойкость деталей.
П р и м е р. В двухкамерных печах фирмы "Айхелин" проводили газовое азотирование рычагов привода клапана из стали 40Х по базовому (режим 2), опытным (режим 3 и 4) и предлагаемому (режим 5) способам. В качестве базового метода приняли действующий в настоящее время на ВАЗе технологический процесс "Нитрок". Детали предварительно подогревали в воздушной среде до 360оС, затем переносили в печь, нагретую до 580оС с атмосферой, состоящей из аммиака и экзогаза в соотношении 1:1 и 1:4, выдерживали в течение 4 ч, отключали аммиак и выдерживали еще 1-2 ч при 580оС. Затем охлаждали в масле. Рычаги для исследования и испытания отбирали из центральной части садки. Испытания на долговечность проводили на безмоторных установках по ускоренной 43-часовой методике.
Режимы азотирования рычагов, результаты их испытаний и исследования приведены в таблице.
Из таблицы видно, что азотирование деталей по предлагаемому способу (режим 5), т. е. в атмосфере аммиака и экзогаза при их соотношении 1:4, с дополнительной (после отключения подачи аммиака) выдеpжкой деталей в экзогазе приводит к образованию окислов железа в составе упрочненного слоя и значительному повышению износостойкости деталей в сравнении с базовым методом (режим 2). Соотношение аммиака и экзогаза 1:1 в данном случае (режим 3) не обеспечивает требуемого (с окислами железа) состава карбонитридного слоя и повышения износостойкости. Ведение процесса при соотношении аммиака и экзогаза 1:4 не уменьшает скорости насыщения (режим 4) в сравнении с базовым, но при отключении аммиака облегчает появление необходимого для формирования оксидных слоев кислородного потенциала.
Предлагаемый способ химико-термической обработки стальных деталей увеличивает износостойкость рычагов в сравнении с базовым в 1,6-1,9 раз. Кроме того, поверхностные оксидные слои повышают коррозионную стойкость. Использование предлагаемого способа позволяет упростить процесс оксидирующей обработки изделий со сформированым карбонитридным поверхностным слоем, дает возможность использовать этот процесс в условиях индивидуального и мелкосерийного производства на стандартном серийном оборудовании для химико-термической обработки.
Claims (1)
- СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ, включающий нагрев и выдержку деталей при 350-400oС в течение 10 - 30 мин в воздушной атмосфере, азотирование при 570 - 590oС в смеси аммиака и углеродсодержащего газа, оксидирование и охлаждение, отличающийся тем, что, с целью повышения износостойкости деталей, улучшения экологии за счет снижения расхода аммиака и упрощения способа, азотирование ведут в присутствии экзогаза при его соотношении с аммиаком 4 : 1, оксидирование проводят в том же рабочем пространстве в течение 1 - 2 ч без подачи аммиака с последующим охлаждением в масле.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4870529 RU1780340C (ru) | 1990-07-16 | 1990-07-16 | Способ химико-термической обработки стальных деталей |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4870529 RU1780340C (ru) | 1990-07-16 | 1990-07-16 | Способ химико-термической обработки стальных деталей |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU1780340C true RU1780340C (ru) | 1995-03-27 |
Family
ID=21538466
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4870529 RU1780340C (ru) | 1990-07-16 | 1990-07-16 | Способ химико-термической обработки стальных деталей |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU1780340C (ru) |
-
1990
- 1990-07-16 RU SU4870529 patent/RU1780340C/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 1356523, кл. C 23C 8/26, 1986. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4154629A (en) | Process of case hardening martensitic stainless steels | |
US4049472A (en) | Atmosphere compositions and methods of using same for surface treating ferrous metals | |
Gräfen et al. | New developments in thermo-chemical diffusion processes | |
KR100858598B1 (ko) | 금속부재 표면의 활성화 방법 | |
US4003764A (en) | Preparation of an ε-carbon nitride surface layer on ferrous metal parts | |
US4531984A (en) | Surface hardening process for metal parts | |
US4519853A (en) | Method of carburizing workpiece | |
GB2032464A (en) | Inert carrier gas heat treating control proces | |
KR20200070849A (ko) | 가공물 표면의 열처리 산질화 방법 | |
US4406714A (en) | Heat treatment of metals | |
US4702779A (en) | Heat process for producing corrosion resistant steel articles | |
US3519257A (en) | Process for the treatment of surfaces of workpieces in an annealing furnace | |
US4776901A (en) | Nitrocarburizing and nitriding process for hardening ferrous surfaces | |
RU1780340C (ru) | Способ химико-термической обработки стальных деталей | |
US4744839A (en) | Process for a rapid and homogeneous carburization of a charge in a furnace | |
US3705058A (en) | Soft-nitriding procedure for steel and cast iron | |
US4163680A (en) | Process for carbonitriding steel and cast iron articles | |
US4042428A (en) | Process for hardening iron-containing surfaces with organic solvent and ammonia | |
CA1112138A (en) | Method of surface hardening stainless steel parts | |
CA2055541A1 (en) | Process for nitriding steel workpieces under pressure | |
JPH10306364A (ja) | ガス浸硫窒化処理方法および装置 | |
Balamurugan | Evaluation of heat treatment characteristics for case hardening steels in automobiles | |
RU2007496C1 (ru) | Способ кратковременного газового азотирования стальных изделий | |
JP5837282B2 (ja) | 表面改質方法 | |
KR100530767B1 (ko) | 철강제 기계부품의 질화처리방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
REG | Reference to a code of a succession state |
Ref country code: RU Ref legal event code: MM4A Effective date: 20070717 |