RU2242533C2 - Способ химико-термической обработки изделий, преимущественно деталей поршневых пар тракторных и автомобильных двигателей - Google Patents
Способ химико-термической обработки изделий, преимущественно деталей поршневых пар тракторных и автомобильных двигателейInfo
- Publication number
- RU2242533C2 RU2242533C2 RU2002135574/02A RU2002135574A RU2242533C2 RU 2242533 C2 RU2242533 C2 RU 2242533C2 RU 2002135574/02 A RU2002135574/02 A RU 2002135574/02A RU 2002135574 A RU2002135574 A RU 2002135574A RU 2242533 C2 RU2242533 C2 RU 2242533C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbonitriding
- charcoal
- mixture
- coal
- alkali metal
- Prior art date
Links
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке. Предложенный способ карбонитрирования изделий включает нагрев при 600-700°С в течение 2-6 часов в смеси, содержащей компоненты при следующем соотношении, вес.%: древесный уголь 30-35, гранулированный уголь 20-25, карбамид 2-8, натрий углекислый 1,8-4,0, галогенид щелочного металла 0,2-0,5, древесные опилки - остальное и последующее охлаждение изделий в смеси. В частных случаях выполнения данного способа карбонитрирование проводят в смеси, содержащей в качестве галогенидов щелочных металлов хлористый или йодистый натрий, в качестве гранулированного угля - гранулированный сульфоуголь; нагрев и охлаждение при карбонитрировании проводят со скоростью нагрева и охлаждения печи; карбонитрированию подвергают детали поршневых пар тракторных и автомобильных двигателей. Техническим результатом изобретения является разработка способа, позволяющего образовывать на изделиях диффузионный износостойкий слой с низким значением коэффициента трения. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке путем нитрооксидирования, сульфонитрооксидирования, карбонитрирования конструкционных деталей поршневых групп двигателей внутреннего сгорания и дизельных двигателей из сталей и чугунов при проведении процессов в сыпучих составах на базе древесноугольных и угольных компонентов с активизирующими добавками.
Предлагаемый способ может найти применение в машиностроении, нефтедобывающей промышленности, судостроении, на малых ремонтных предприятиях при ремонте двигательных установок и агрегатов.
Известен способ химико-термической обработки изделий с использованием состава по патенту РФ №1638201, М.кл. С 23 С 8/32, опубл. в БИ №12, 1991 г., согласно которому газонитроцементацию стальных изделий, преимущественно инструмента, осуществляют в составе, содержащем мочевину и нитрит натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Мочевина 95-99
Вода 0,5-2,5
Нитрит натрия 0,5-2,5
Основным недостатком известного технического решения является то, что оно не обеспечивает хорошего качества обработки, в частности получения равномерных слоев достаточной глубины, с улучшенными трибологическими свойствами на деталях пар трения, работающих как в условиях смазки, так и без нее.
Другой способ, применяемый на предприятиях массового и серийного производства, является, на наш взгляд, более эффективным для обработки поршневых контактных пар (Н.В.Богданова, Г.А.Кочергин, Г.А.Кудрявцев//Исследование процессов альтернативного твердому хромированию при упрочнении поршней тормозных дисков автомобилей ВАЗ.//Труды 5-го Собрания металловедов России, 13-15 сентябрь 2001, г. Краснодар, c.146-149). Данный способ также имеет свои недостатки: необходимость достаточно больших капиталовложений, повышенную стоимость газоносителей, большие трудозатраты. Все это делает сомнительным возможность его использования на малых ремонтных предприятиях.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является “Состав для цементации в твердом карбюризаторе” (SU №606899, МПК С 23 С 9/04, заявл. 05.01.77 г., опубл. 15.05.1978, БИ №18, 1978 г.). Известный состав содержит древесный уголь, углекислый натрий, углекислый кальций и активатор, полукокс, тиокарбамид.
К недостаткам данного способа также следует отнести невысокое качество обработки поверхности изделий, трудоемкость и нетехнологичность.
К основным задачам, которые поставили перед собой авторы предлагаемого способа, относятся снижение стоимости и трудоемкости обработки. Попутно решаемой задачей является повышение технологичности. Выполнение этих задач сделает возможным применение способа на малых предприятиях автотракторного ремонта.
Поставленные задачи достигаются тем, что в качестве химико-термической обработки изделий в смеси, содержащей древесный уголь и натрий углекислый, проводят карбонитрирование при температре 600-700°С в течение 2-6 часов в смеси, дополнительно содержащей гранулированный уголь, карбамид, галогенид щелочного металла и древесные опилки, при следующем соотношении компонентов, вес.%:
Древесный уголь 30-35
Гранулированный уголь 20-25
Карбамид 2-8
Натрий углекислый 1,8-4,0
Галогенид щелочного металла 0,2-0,5
Древесные опилки Остальное
затем проводят охлаждение изделий в смеси.
При этом предусматривается использование в качестве галогенидов щелочных металлов смеси хлористого натрия и йодистого натрия, а также в качестве гранулированного угля - гранулированного сульфоугля.
Одновременно карбонитрирование ведут с нагревом и охлаждением со скоростью нагрева и охлаждения печи и карбонитрированию подвергают детали поршневых пар тракторных и автомобильных деталей.
Особенность предлагаемого способа заключается в одновременном выборе температурно-временного интервала химико-термической обработки, а также в использовании активированного для заданных температур состава на основе простейших углеродосодержащих компонентов древесного угля, гранулированных углей древесных опилок с введением активно диссоциирующего азотоуглеродосодержащего карбамида и щелочных металлов в качестве активаторов процесса диффузии.
В частности, приближение температур нитроооксидирования к температуре критической точки AС1 позволяет повысить скорость диффузии углерода и азота в стали и чугуны, сократив время выдержки до 2-6 часов.
Наличие в составе смеси одновременно гранулированного угля, древесного угля, древесных опилок и легко диссоциирующего карбамида позволяет поддерживать стабильный азотоуглеродный потенциал и приток атомарного азота и углерода к поверхности обрабатываемых деталей. Натрийсодержащие соли вызывают лучшие условия адсорбции к поверхности углерода, а наличие галогенов способствует депассивации поверхности сталей и чугунов и исключает неравномерность диффузионных слоев вследствие образования малых количеств непредельных углеводородов.
Кроме того, выбранные условия нагрева и охлаждения позволяют снизить или исключить деформацию тонкостенных деталей при химико-термической обработке, а также повысить стабильность микронных приростов размеров по диаметрам гильз, дисков, поршневых колец.
Примеры осуществления заявляемого способа
Способ иллюстрируется примерами химико-термической обработки деталей из сталей и чугунов, используемых в двигателях внутреннего сгорания, дизельных автомобильных и тракторных.
Для приготовления смесей использовали угли древесные дробленые по ГОСТ 6217-74, гранулированные активные угли АГ-2, АГ-3 по ГОСТ 20464-73, ГОСТ 23998-80, сульфоуголь по ГОСТ 5696-74Е, а также технический карбомид (мочевину) по ГОСТ 6691-77 и углекислый натрий. Химико-термическую обработку мелкоразмерных деталей карбонитрооксидирование, сульфонитрирование проводили в контейнерах из нержавеющей стали 12Х18Н10Т в малоэнергоемких электропечах СНОЛ-1,6.2,5.1/9И3 и ПЛ-2,5. Металлографический анализ структуры и измерение микротвердости вели на микроскопах ММР-4, ММР-2 и на твердомере ЦМТ-3.
Пример 1. Цилиндрические вкладыши диаметром 100 мм и толщиной 2 мм из углеродистой стали 15 для восстановления гильз дизельных тракторных двигателей обрабатывают согласно предложенному способу. Для карбонитрооксидирования готовят состав, содержащий 35% древесного угля, 20% гранулированного АГ-3, 2,8% карбамида, 1,8% углекислого натрия, 0,5% хлористого натрия, остальное - древесные опилки. Ящик с деталями в упаковке нагревают в печи СНО-6.8.6/9,5 при температуре выдержки 700°С и времени выдержки 6 часов, при этом нагрев и охлаждение осуществляют в ящиках в печи.
Такая обработка позволяет сформировать диффузионный слой встречной диффузии на поверхностях вкладышей с содержанием углерода 0,8-1,2% и азота до 0,35%. После запрессовки в корпуса цилиндров, шлифования и доводки рабочей поверхности микротвердость составила Н1H=520-680, износостойкость и ресурс работы повысились в 1,6 раза в сравнении со стандартными гильзами, и в 1,2 раза в сравнении с гильзами, подвергнувшимися химико-термической обработке в известном составе.
Практически минимальной 20-40 мкм была деформация по диаметру вкладышей, не наблюдалось хрупкого разрушения в краевых зонах на выходе из цилиндра, трудоемкость механической обработки сократилась на 20%.
Пример 2. Поршни тормозные, диаметром 23 мм из стали 20Х подвергают карбонитрооксидированию по предложенному способу, для чего их укладывают в контейнер из нержавеющей стали с составом, содержащим 30% древесного угля, 20% гранулированного угля АГ-3, карбамида 2%, натрия углекислого 2%, хлористого натрия 0,2%, остальное - древесные опилки.
Детали подвергают обработке в предложенном составе смеси с нагревом и выдержкой при температуре 640°С в течение 4 часов в контейнере, в печи СНОЛ-1,6.2,5.1/9И3. В результате обработки на рабочей поверхности поршней формируется карбонитридный слой толщиной 35-40 мкм, с плавным переходом к подслою и сердцевине. При содержании карбонитридов в износостойком слое в 25-30 вес.% коррозионная стойкость и контактная прочность повышаются в 1,5 раза в сравнении с карбонитрооксидированием и карбонитрированием по технологическим схемам, описанным в аналогах.
Ресурс работы поршней в условиях циклического нагружения и трения в составе автомобильных тормозных цилиндров повышается в 2 раза и достигает 1050 часов. При этом трудоемкость химико-термической обработки и затраты на вспомогательные материалы снижаются в 3 раза по сравнению с обработкой по технологии серийного предприятия, которая предусматривает проведение химико-термической обработки в природном газе с добавкой аммиака.
Пример 3. Кольца поршневые мотороллеров из стали 20 диаметром 52 мм изготавливают из трубных заготовок, прошедших химико-термическую обработку по предложенному способу. При выдержке в течение 5 часов при температуре карбонитрооксидирования 680°С в смеси, содержащей 33% древесного угля, 23% гранулированного сульфугля, 2% карбомида, 3% натрия углекислого, 0,3% хлористого натрия, остальное - древесные опилки твердых пород дерева, формируется диффузионный износостойкий слой с лучшими коэффициентами трения, который прочно связан через переходной слой с основой.
На чертеже приведена микроструктура слоя, полученного при нагреве в смеси со скоростью нагрева и охлаждения вместе с печью, тип печи СНОЛ-1,6.2,5.1/9.
Обработка позволила получить кольца и кольцевые заготовки практически без деформации, под доводку к посадочным канавкам, с коррозионной стойкостью на уровне 2-3 балла по ГОСТ 9.308-85, ресурс работы колец был не хуже дорогостоящих и более трудоемких с покрытием гальваническим хромом. В таблице приведены сравнительные свойства и результаты испытания колец, обработанных по предложенному и известным способам.
Пример 4. Полуматрицы горизонтально-ковочной машины 800 тонн для высадки конца кардана автомобиля изготовляют из стали 4Х5МФС и подвергают карбонитрированию в смеси, содержащей 32% вес. древесного угля дробленого, гранулированного угля АГ-3 22% вес., карбамида 6%, углекислого натрия 2,7%, йодистого натрия 0,3%, остальное - древесные опилки. Обработку проводят в течение 4 часов при температуре 650°С после закалки, отпуска и чистовой обработки - шлифования и доводки полуматриц в окончательный размер. Диффузионный слой глубиной 0,3-0,35 мм на рабочих поверхностях имел микротвердость H0,5H=775-797 с плавным переходом к твердости основного металла НРСЭ=38-40, имел повышенную износостойкость, разгаростойкость. Съем деталей из стали 40Х при горячей штамповке-высадке достиг 1840-1930 штамповок, что в 1,7 раза выше закаленных и карбонитрированных по режимам прототипа. Тепловая деформация по диаметру не превышала 15-19 мкм или втрое ниже допусков на диаметр, достигаемых при обработке по стандартным для стали 4Х5МФС режимам. Работоспособность полуматриц при применении эмульсионных смазок и охлаждающих эмульсий улучшилась, не наблюдалось формирования по переходным сечениям и кромкам глубоких трещин разгара. Опыт и испытания, проведенные с использованием составов смесей за пределами заявляемых содержаний компонентов и при температурах аналогов, прототипа, известных технологий показали, что свойства слоев и эксплуатационные характеристики деталей оказываются ниже, чем в предложенном способе. Повышение температур карбонитрирования свыше 700°С приводит к образованию приповерхностных зон внутреннего окисления, образованию сетки карбидов и карбонитридов и снижает прочностные и антифрикционные свойства рабочих поверхностей. Таким образом, предложенный способ прост в осуществлении, менее трудоемок, экологически чист и более технологичен в условиях малых предприятий автотракторного ремонта и производства.
Claims (5)
1. Способ химико-термической обработки изделий в смеси, содержащей древесный уголь и натрий углекислый, отличающийся тем, что в качестве химико-термической обработки проводят карбонитрирование при температуре нагрева 600-700°С в течение 2-6 ч в смеси, дополнительно содержащей гранулированный уголь, карбамид, галогенид щелочного металла и древесные опилки, при следующем соотношении компонентов, вес.%:
Древесный уголь 30-35
Гранулированный уголь 20-25
Карбамид 2-8
Натрий углекислый 1,8-4,0
Галогенид щелочного металла 0,2-0,5
Древесные опилки Остальное
затем проводят охлаждение изделий в смеси.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве галогенидов щелочных металлов смесь содержит хлористый натрий или йодистый натрий.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве гранулированного угля смесь содержит гранулированный сульфоуголь.
4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что нагрев и охлаждение при карбонитрировании проводят со скоростью нагрева и охлаждения печи.
5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что карбонитрированию подвергают детали поршневых пар тракторных и автомобильных двигателей.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002135574/02A RU2242533C2 (ru) | 2002-12-26 | 2002-12-26 | Способ химико-термической обработки изделий, преимущественно деталей поршневых пар тракторных и автомобильных двигателей |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002135574/02A RU2242533C2 (ru) | 2002-12-26 | 2002-12-26 | Способ химико-термической обработки изделий, преимущественно деталей поршневых пар тракторных и автомобильных двигателей |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002135574A RU2002135574A (ru) | 2004-06-27 |
RU2242533C2 true RU2242533C2 (ru) | 2004-12-20 |
Family
ID=34387429
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002135574/02A RU2242533C2 (ru) | 2002-12-26 | 2002-12-26 | Способ химико-термической обработки изделий, преимущественно деталей поршневых пар тракторных и автомобильных двигателей |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2242533C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2494168C2 (ru) * | 2009-06-16 | 2013-09-27 | Сканиа Св Аб | Деталь двигателя, содержащая коррозионно-защитный слой, и способ ее изготовления |
RU2533577C1 (ru) * | 2013-12-18 | 2014-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курский государственный университет" | Состав ванны для цианирования металлов и сплавов в жидких средах |
-
2002
- 2002-12-26 RU RU2002135574/02A patent/RU2242533C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2494168C2 (ru) * | 2009-06-16 | 2013-09-27 | Сканиа Св Аб | Деталь двигателя, содержащая коррозионно-защитный слой, и способ ее изготовления |
RU2533577C1 (ru) * | 2013-12-18 | 2014-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курский государственный университет" | Состав ванны для цианирования металлов и сплавов в жидких средах |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5026625B2 (ja) | 表面硬化用機械構造用鋼、及び、機械構造用鋼部品とその製造方法 | |
JP4800444B2 (ja) | 表面硬化用機械構造用鋼及び機械構造用部品 | |
JPH084774A (ja) | 転がり軸受 | |
US4531985A (en) | Surface treatment of metal rings | |
JP5477111B2 (ja) | 窒化高周波焼入れ用鋼及び窒化高周波焼入れ部品 | |
CN101076609A (zh) | 用来热处理由通透淬硬性的耐高温钢构成的构件的方法和由通透淬硬性的耐高温钢构成的构件 | |
TWI248987B (en) | Surface-carbonitrided stainless steel parts excellent in wear resistance and method for their manufacture | |
US5707460A (en) | Method of producing parts having improved wear, fatigue and corrosion resistance from medium alloy, low carbon steel and parts obtained therefrom | |
CN1665950A (zh) | 用于具有自润滑性滑动部件的材料以及活塞环用线材 | |
RU2242533C2 (ru) | Способ химико-термической обработки изделий, преимущественно деталей поршневых пар тракторных и автомобильных двигателей | |
JPH06221436A (ja) | 鋳鋼製ピストンリング材 | |
JP2001031906A (ja) | 摺動部材用被覆組成物及び内燃機関用ピストンリング | |
CA1225311A (en) | Cylinder liners | |
SU639921A1 (ru) | Смазочно-охлаждающа жидкость дл механической обработки металлов | |
RU2314363C1 (ru) | Состав для нитроцементации изделий из легированных сталей | |
李庆忠 et al. | Effect of Heat Treatment Method on Dry Friction and Wear Properties of GCr15 Steel Against Si 3 N 4 | |
RU2675849C1 (ru) | Твердосмазочная композиция для формирования металлокерамического покрытия в узлах трения | |
RU2038412C1 (ru) | Реакционный состав для химико-термической обработки материалов | |
Sanaev et al. | Improving the Performance of Cast-Iron Bushes in Small Marine Diesel Engines | |
SU737479A1 (ru) | Способ обработки инструмента из быстрорежущей стали | |
RU2256706C1 (ru) | Способ изготовления деталей из мартенситно-стареющих сталей | |
Alisin | Improvement of tribological properties of bearings by laser processing of cast-iron shafts of heavy-duty diesel engines | |
SU931808A1 (ru) | Состав насыщающей атмосферы дл нитроцементации изделий из стали и чугуна | |
SU1082840A1 (ru) | Способ комбинированной обработки деталей узлов трени | |
RU2205892C1 (ru) | Способ упрочнения режущего и формообразующего инструмента из теплостойких хромистых сталей |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20071227 |