RU1822450C

RU1822450C - Способ газовой цементации стальных изделий

Info

Publication number: RU1822450C
Authority: RU
Inventors: Людмила Спиридоновна Степанова; Федор Алексеевич Воронцов
Priority date: 1991-05-21
Filing date: 1991-05-21
Publication date: 1993-06-15

Abstract

Изобретение относитс к химико- термической обработке металлов и сплавов, в частности к цементации деталей машин. Сущность изобретени : стальные издели нагревают до температуры насыщени в природном газе и выдерживают при этой температуре в присутствии катализатора, содержащего следующие компоненты, нас.%: нитрит натри 30-60, нитрат 20-30, нитртт кали 15-30, натрий углекислый 5-10. 1 табл.

Description

fe

Изобретение относитс к химико- термической обработке металлов и сплавов, в частности к цементации деталей машин.

И аестен способ газовой цементации стальных деталей путем пиролиза жидких углеводородов в печах серии Ц с подачей их капельным способом в рабочее пространство печи в присутствии катализатора-активатора нитрита натри (Г{аМО2) ГОСТ 19906-7. В результате разложени катализатора, выделившийс атомарный азот дифйундирует в сталь с углеродом, сокраща врем выдержки дл получени необходимой толщины цементованного сло на 30%.

Недостатком процесса вл етс нестабильность глубины цементированного сло по поверхности детали, сажеобра- зование, обезуглероживание, низкал

температура разложени катализатора (28ч°С) и слаба насыщающа способность .

Известен также способ газовой цементации стальных деталей, включающий нагрев до температуры насыщени в природном газе в присутствии твердо- го углерода (древесного угл , ГОСТ М53-2 8) и карбамида (nil2)2CO, ГОСТ 6691-67 при соотношении компонентов, мае.%:

Твердый углерод 65-75

Карбамид 25-35

При введении карбамида вместе с твердым углеродом в рабочее пространство печи увеличиваетс активность газовой среды за счет образовани атомарного азота, ускор ющего ди(фу- зию углерода в стальные издели . В результате сокращаетс времп выдерж00

го ю ел о

со

ки детсэле-i в цементационной на , (, Прототип) . Недостатком дчню- го способа цементации деталей вл - РТСЛ присутствие в катализаторе твердого углерода, что в процессе газовой цементации приводит к пересыщению поверхностных слоев деталей карбидами (цементитна сетка), пригарам на поверхности деталей продуктов разложени катализатора, что при закалке приводит к внутренним напр жени м в цементованном слое, короблению и де- Оормации деталей. Кроме того при расплавлении карбамида при температурах 380 400°С происходит выделение аммиа- ка-тпчсичного и взрывоопасного газа (ПДК-20 мг/м ). Скорость насыщени деталей при данном способе цементации составл ет 0,3 мм/час (слой 1,8мм достигаетс после выдержки б часов), что всего на 0,05 мм/ч выше скорости насыщени без присутстви карбамида

(I,5 мм за 6 ч). I

(255°С) с образованием нитрита нат- ри , а не второй (520°С) с выделением активного азота. Это позвол ет за

медлить процесс накоппени в газовой Фазе азота до более высоких температур (550...600°С), при которых скорость насыщени и активность газовой фазы максимальна.

10 Содержание компонентов приведено в табпице

При известном составе катализатора (65 С, 35% (NH2)2CO) выделение

5 активного азота при разложении карбамида начинаетс при 380... 4000С и завершаетс в течение 0,5 ч, между тем нагрев садки до оптимальных температур насыщени (860.. . Ю50°С;

2Q длитс 2-3 ч. Поэтому чтобы увеличить врем выделени и накоплени в газовой фазе активного азота используютс смеси компонентов составов

интервал образовани активного азота до 520 С в течение 1,5-2 ч, т.е. до достижени садкой температур 520... 600°С, при которых скорость насыщеNT 2, 3, , 5 позвол ющие значитель- Таким образом, при данном способе И но расширить температурно-временной

цементации деталей дл получени сло толциной мм и более потребуетс 0 час.

Цепь изобретени - сокращение времен выдержки деталей за -чет повыше-30 ни поверхности деталей азотом мак- ми скорогти цементации в присутствии к.. 1 ; чапгора .

Г „тдолени. цель достигаетс тем, что газовой цементации с ЛЫ01Х дстчлеи, включлощей нагрев до темпе35

ратуры насыщени 860...1050 С в природном газ и выдержку при -этой температуре , в качестве катализатора примен ют смесь компонентов, мас.%:

Нитрит натри 40

Нитрат натри 25-30

Нитрит

Натрий углекислым

Дл этого используют:

нчтрит натри (NaN02) ГОСТ 19906- 45

7,

нитрит натри (NaNO) ГОСТ 1б8- 79,

нитрит кали (KN02) ГОСТ А. 17-77, натрий углекислый () ГОСТ

83-79

При нагреве катализатор, состо - 1,ий из смеси компонентов азотнокислых солей, расплавл етс с выделением атомарного азота, в присутствии которого диФЛузи углерода в стать значительно активизируетс . Реализаци разложени нитрата натри идет двухстадийно: на первой стадии

50

55

симальна . Активна диффузи углерода в ствль происходит при более высо ких температурах (860...1050 С). Предлагаемый способ химико-термической обработки (цементации) деталей

реализуетс следующим образом. i

В нагретую до 930°С печь загружа- ют садку деталей. Предварительно меж ду детал ми по периферии корзины рав номерно распредел ют капсулы из oi- неупорной глины (Z535...50 мм, внутри которых находитс катализатор из сме си компонентов указанного состава, причем количество катализатора а капсуле находитс в пределах 1,5...5,5 г в зависимости от массы садки. Обща масса катализатора в садке определ етс из расчета 5,0...5 г на 25... 30 кг металла в садке (с учетом массы корзины). Дл контрол глубины цементованного сло вместе с детал ми в корзину кладут образцы свидетели и подвешивают с видетели-корректировщики .

Через 10-15 мин после загрузки печи начинают продувку рабочего про странства газом с раходом 0,25... 0,30 MV ч в течение 20-30 мин. Продувка заканчиваетс при достижении

(255°С) с образованием нитрита ри , а не второй (520°С) с выделением активного азота. Это позвол ет замедлить процесс накоппени в газовой Фазе азота до более высоких температур (550...600°С), при которых скорость насыщени и активность газовой фазы максимальна.

Содержание компонентов приведено в табпице

Q длитс 2-3 ч. Поэтому чтобы увеличить врем выделени и накоплени в газовой фазе активного азота используютс смеси компонентов составов

интервал образовани активного азота до 520 С в течение 1,5-2 ч, т.е. до достижени садкой температур 520... 600°С, при которых скорость насыщеNT 2, 3, , 5 позвол ющие значитель- но расширить температурно-временной

ни поверхности деталей азотом мак-

0 ни поверхности деталей азотом мак-

5

0

5

0

5

симальна . Активна диффузи углерода в ствль происходит при более высоких температурах (860...1050 С). Предлагаемый способ химико-термической обработки (цементации) деталей

реализуетс следующим образом. i

В нагретую до 930°С печь загружа- - ют садку деталей. Предварительно между детал ми по периферии корзины равномерно распредел ют капсулы из oi- неупорной глины (Z535...50 мм, внутри которых находитс катализатор из смеси компонентов указанного состава, причем количество катализатора а капсуле находитс в пределах 1,5...5,5 г в зависимости от массы садки. Обща масса катализатора в садке определ етс из расчета 5,0...5 г на 25... 30 кг металла в садке (с учетом массы корзины). Дл контрол глубины цементованного сло вместе с детал ми в корзину кладут образцы свидетели и подвешивают с видетели-корректировщики .

устойчивого горени йакела отход щих газов. Печь провер етс на герметичность и по достижении рабочей темпе- ргауры цементации устанавливаетс по дача газа с раходом 0,90-0,95 м3/ч при глубине сло

Средн скорость цементации, таким образом, при данном способе составл ет О,1...0,5 км/ч.

За час до окончани выдержки вынимают из печи свидетель-корректи- ровшик и определ ют глубину цементованного сло , после окончани выдержки детали либо подстуживают дл непосредственной закалки (860°С), либо охлаждают и закаливают с повторного нагрева.

Пример. Печь Ц-105 нагревают до 930°С. В корзины вместе с детал м и образцами-свидетел ми из стали 20, 20Х, 18ХГТ, 25ХГТ, 18Х2НЧМА помещают катализатор и загружают в печь. Посл продувки природным газом дл созда- нир безокислительной атмосферы в пе

чи и достижени садкой рабочей темпе- ратуры устанавливают режим подачи га- за 0,9...О,95 м3/час. Летали выдерживают е печи 3 часа. За 0,5...1,0 час до окончани выдержки провер ют глубину цементованного сло на свидете- ле-корректировщике. Затем отключают подачу газа. Провод т подстуживание деталей до 860°С и провод т закалку. При известном способе цементации с катализатором состава Г 1 глубина цементованного сло составит за 3 часа 0,9 мм (без катализатора 0,75 мм). По результатам металлографических исследований деталей и образцов-свидетелей , прошедших цементацию , с катализатором состава Р 2, 3, и 5 глубина цементованного сло за 3 часа составила соответственно:

35

Известный состав

Предлагаемым

80 10 10

(Ц-10). Врем и.ич I. ЈJ-M: .,1-с.м pv- ки (активного п«. риг дг, . i нц- де талей в зависимости от г п гпу- бины цементованного гло1 П| с3,-;-;ч етс в следующих предел.,/ ;

...0,8 мм - 1,5... 2 ч. ...1,2 мм - 2...2,5 ч ...l,k мм - 2,5...3 ч ...1,7 мм - 3... ч Г 2 - 0.О... 1,0 мм 3

« 3 - 1, 0... 1,1 5 мм

k - 1,05...1,15 мм

Р 5 - 1,25...1,30 мм

Элективна глубина цементованного закаленного сло образцов из стали ЗОХГТ (состав Г 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 составл ет 5,5 г на 25 кг. Применение катализатора указанных составов обеспечивает сокращение времени выдержки на за счет ускорени процесса насыщени при совместной диффузии в сталь азота и углерода, что обеспечивает получение экономического эОФекта.

Claims

Формула изобретени

Способ газовой цементации стальных изделий, включающий нагрев цо температуры насыщени в природном газе в присутствии катализатора и выдержку при этой температуре, отличающийс тем, что, с целью сокращени времени выдержки, в качестве катализатора используют смесь, состо щую из следующих компонентов при их соотношении, мас.:

Нитрит натри 30-60

Нитрат натри 20-30

Нитрат кали 15-30

Натрий углекислый 5-10

380.. .00

60

зо

1822450

8 Продолжение .таблицы

528 ... 380

10284...480

10284...520