RU2349432C2 - Cyanidation method of steel or titanic products - Google Patents
Cyanidation method of steel or titanic products Download PDFInfo
- Publication number
- RU2349432C2 RU2349432C2 RU2007109531/02A RU2007109531A RU2349432C2 RU 2349432 C2 RU2349432 C2 RU 2349432C2 RU 2007109531/02 A RU2007109531/02 A RU 2007109531/02A RU 2007109531 A RU2007109531 A RU 2007109531A RU 2349432 C2 RU2349432 C2 RU 2349432C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nitrogen
- products
- steel
- electrode
- diffusion layers
- Prior art date
Links
Landscapes
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области черной металлургии и машиностроению, в частности к упрочнению деталей и изделий методом диффузионного цианирования.The present invention relates to the field of ferrous metallurgy and mechanical engineering, in particular to the hardening of parts and products by diffusion cyanide.
Известен способ твердого цианирования с применением смеси следующего состава: 60-70% древесного угля и 30-40% желтой кровяной соли. Интенсивная диссоциация цианистых солей начинается в твердом состоянии при 540-560°С (Геллер Ю.А. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1975, с.489-490). Недостатком данного процесса является дороговизна азотсодержащего компонента - желтой кровяной соли, а также его токсичность.A known method of solid cyanide using a mixture of the following composition: 60-70% charcoal and 30-40% yellow blood salt. Intensive dissociation of cyanide salts begins in the solid state at 540-560 ° C (Geller Yu.A. Instrumental steels. M: Metallurgy, 1975, p. 489-490). The disadvantage of this process is the high cost of the nitrogen-containing component - yellow blood salt, as well as its toxicity.
Известен способ цианирования с применением смеси следующего состава: 70% желтой кровяной соли, 20% сажи, 5% мела и 5% соды. Интенсивная диссоциация цианистых солей начинается при расплавлении при температуре 650°С (Долженков В.Н. Цианирование улучшаемых сталей в пастах. Курск, ГТУ, 2001, 127 с.). Недостатком данного процесса является дороговизна азотсодержащего компонента - желтой кровяной соли, его токсичность, а также относительно высокая температура процесса по сравнению с другими низкотемпературными процессами.A known method of cyanidation using a mixture of the following composition: 70% yellow blood salt, 20% carbon black, 5% chalk and 5% soda. Intensive dissociation of cyanide salts begins upon melting at a temperature of 650 ° C (Dolzhenkov VN Cyanization of improved steels in pastes. Kursk, State Technical University, 2001, 127 pp.). The disadvantage of this process is the high cost of the nitrogen-containing component - yellow blood salt, its toxicity, as well as the relatively high temperature of the process compared to other low-temperature processes.
Известен способ упрочнения стальных деталей, включающий высокотемпературную нитроцементацию с выдержкой в начале при 800-900°С, а затем при 940-960°С с последующим отпуском при 630±10°С, а закалку и отпуск по принятым режимам (Геллер Ю.А. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1975, с.493-514).A known method of hardening steel parts, including high-temperature nitrocarburizing with holding at the beginning at 800-900 ° C, and then at 940-960 ° C followed by tempering at 630 ± 10 ° C, and hardening and tempering according to the accepted regimes (Geller Yu.A. Tool steels. M.: Metallurgy, 1975, S. 493-514).
Однако известный способ характеризуется длительностью процесса нитроцеминтации и недостаточной глубиной упрочняемого слоя. Кроме того, применение известного способа не обеспечивает требуемого распределения твердости.However, the known method is characterized by the duration of the nitrocementation process and the insufficient depth of the hardened layer. In addition, the application of the known method does not provide the required distribution of hardness.
Известен состав обмазки для твердого цианирования стальных изделий, включающий в себя 50-55 мас.ч. карбамида и 50-45 мас.ч. сажи (а.с. №2250930, кл. С23С 8/76, опубл. 27.04.2005).A known composition of the coating for solid cyanide of steel products, including 50-55 parts by weight urea and 50-45 parts by weight soot (AS No. 2250930, class C23C 8/76, publ. 04/27/2005).
Известен состав водной пасты, наносимый на поверхность цемтуемых деталей в способе упрочнения, содержащий карбоксиметилцеллюлозу и мочевину (а.с. 1164290, кл. С21D 1/78, С23С 8/76, опубл. 30.06.1985).A known composition of water paste applied to the surface of cemented parts in the hardening method, containing carboxymethyl cellulose and urea (A.S. 1164290, class C21D 1/78, C23C 8/76, publ. 30.06.1985).
Недостатки состава данных смесей в неудовлетворительной укрывистости поверхности, слабой и нестабильной адгезии к поверхности, высокой окисляющей способности и нетехнологичности применительно к деталям сложной геометрической формы и низких свойствах поверхностного слоя.The disadvantages of the composition of these mixtures in the poor surface coverage, weak and unstable adhesion to the surface, high oxidizing ability and low technology in relation to parts of complex geometric shape and low properties of the surface layer.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ химико-термической обработки самонарезов, преимущественно мелкорезьбовых из углеродистых сталей, применяемых для сборки холодильников, включающий нитроцементацию в составе, содержащем карбамид и перлит вулканический, закалку от температуры нитроцементации и отпуск, согласно изобретения нитроцементацию проводят при 900-910°С в составе, дополнительно содержащем трилон Б и полиэтилен при их соотношении с карбамидом и перлитом вулканическим 1:4:10:1, а отпуск закаленных деталей проводят в вакууме 10-1 мм рт.ст. в течение 45-60 мин, при этом полиэтилен используют в виде мешочком для укладки деталей в состав для нитроцементации (патент № 2015198, С23С 8/32, опубл. 30.06.1994).Closest to the proposed technical solution is a method of chemical-thermal treatment of self-tapping, mainly finely threaded from carbon steels used to assemble refrigerators, including nitrocarburizing in a composition containing urea and volcanic perlite, quenching from the temperature of nitrocarburizing and tempering, according to the invention nitrocarburizing is carried out at 900 910 ° C in a composition additionally containing Trilon B and polyethylene when their ratio with urea and volcanic perlite is 1: 4: 10: 1, and tempering is tempered by hoists conducted in vacuum of 10 -1 mmHg for 45-60 minutes, while the polyethylene is used in the form of a bag for packing parts in the composition for nitrocarburizing (patent No. 2015198, C23C 8/32, publ. 30.06.1994).
Недостатком известного решения является невысокая глубина диффузионного упрочняющего слоя, а также его недостаточная твердость.A disadvantage of the known solution is the low depth of the diffusion hardening layer, as well as its insufficient hardness.
Общим недостатком всех известных составов смесей, используемых при способе цианирования и нитроцементации деталей из легированных сталей и титановых сплавов, является высокая токсичность процессов, использование дорогостоящих компонентов, относительно высокая температура процесса по сравнению с другими низкотемпературными процессами (от 550 до 900°С), невысокая глубина упрочняемого слоя (0,05-0,17 мм), а также нестабильность свойств формирующихся диффузионных слоев.A common drawback of all known mixtures used in the method of cyanidation and nitrocarburizing of parts from alloy steels and titanium alloys is the high toxicity of the processes, the use of expensive components, the relatively high temperature of the process compared to other low-temperature processes (from 550 to 900 ° C), not high the depth of the hardened layer (0.05-0.17 mm), as well as the instability of the properties of the formed diffusion layers.
Технической задачей изобретения является разработка нового более эффективного, экологически чистого и более производительного процесса цианирования стальных деталей и изделий.An object of the invention is the development of a new, more efficient, environmentally friendly and more productive process of cyanidation of steel parts and products.
Техническим результатом предлагаемого решения является получение упрочняющих диффузионных слоев, обладающих высокой микротвердостью и износостойкостью.The technical result of the proposed solution is to obtain reinforcing diffusion layers with high microhardness and wear resistance.
Технический результат достигается тем, что в способе цианирования стальных или титановых изделий, включающий нанесение на рабочую поверхность изделия диффузионных слоев, содержащих углерод и азот, согласно изобретения нанесение диффузионных слоев осуществляют электроэрозионным легированием графитовым электродом, охлаждаемым азотом.The technical result is achieved in that in the method of cyanidation of steel or titanium products, including applying to the working surface of the product diffusion layers containing carbon and nitrogen, according to the invention, the diffusion layers are applied by electroerosive alloying with a graphite electrode cooled by nitrogen.
Для достижения технического результата в промышленных масштабах предлагаются методы упрочнения концентрированными потоками энергии, в том числе с использованием электрических разрядов.To achieve a technical result on an industrial scale, methods of hardening by concentrated energy flows are proposed, including using electric discharges.
Наиболее простым при этом является способ электроэрозионного легирования.The simplest method is electroerosive alloying.
Электроэрозионное легирование особенно эффективно для повышения износостойкости изделий из дорогостоящих легированных сталей и титановых сплавов.Electroerosive alloying is especially effective for increasing the wear resistance of products from expensive alloy steels and titanium alloys.
Для осуществления предлагаемого технического решения обрабатываемое изделие подвергают электроэрозионной обработке известными способами. В зависимости от исходных физико-химических свойств обрабатываемой поверхности устанавливают режимы обработки и вид легирующего материала - электрода (см. Иванов Г.П. Технология электроискрового упрочнения инструментов и деталей. Машиздат. 1961 г.).To implement the proposed technical solution, the workpiece is subjected to electrical discharge machining by known methods. Depending on the initial physicochemical properties of the treated surface, the treatment regimes and the type of alloying material — the electrode — are established (see Ivanov GP, Technology of electrospark hardening of tools and parts. Mashizdat. 1961).
Сущность предлагаемого способа заключается в применении в качестве легирующего электрода графита, охлаждаемого охладителем в виде газообразного азота.The essence of the proposed method consists in the use of graphite as an alloying electrode, cooled by a cooler in the form of gaseous nitrogen.
При этом происходит насыщение поверхности изделия углеродом путем массопереноса с анода (электрод) на катод (изделие), а в струе азота в зоне искры происходит ионизация N2 - 2N+, атомарный азот растворяется в поверхностном слое металла.In this case, the surface of the product is saturated with carbon by mass transfer from the anode (electrode) to the cathode (product), and N 2 - 2N + ionization occurs in a stream of nitrogen in the spark zone, atomic nitrogen dissolves in the surface layer of the metal.
Поскольку в зоне контакта графитового электрода с металлом создается высокая (до 3000°С) температура, то до момента остывания (за счет отвода внутрь металла) успевает осуществляться диффузия атомов как углерода, так и азота на глубину до 0,1 мм, образуя слой повышенной твердости за счет карбонитридного упрочнения.Since a high temperature (up to 3000 ° С) is created in the zone of contact of the graphite electrode with the metal, before cooling (due to the removal into the metal), both carbon and nitrogen atoms diffuse to a depth of 0.1 mm, forming a layer of increased hardness due to carbonitride hardening.
В момент соприкосновения электрода с деталью возникают большие токи короткого замыкания и электрод начинает греться, и, если не производить охлаждение, то электрод может раскалиться и будет происходить налипание капелек материала электрода на обрабатываемую поверхность.At the moment of contact of the electrode with the part, large short-circuit currents occur and the electrode begins to heat up, and if cooling is not performed, the electrode may become hot and droplets of the electrode material will stick to the surface to be treated.
Кроме того, происходит окисление нагретого электрода за счет взаимодействия с кислородом воздуха, что приводит к быстрому износу электрода.In addition, the heated electrode is oxidized due to interaction with oxygen in the air, which leads to rapid electrode wear.
Для устранения этого недостатка предлагается производить охлаждение электрода охладителем. В качестве охладителя используют азот, который подают к электроду через специальное сопло.To eliminate this drawback, it is proposed to produce cooling of the electrode with a cooler. Nitrogen is used as a cooler, which is supplied to the electrode through a special nozzle.
ПримерExample
Исследования режимов электроэрозионного легирования проводили на режущем инструменте из быстрорежущих марок сталей с применением твердосплавных электродов типа ВК6, ВК8, ВК15, Т15К6, а также Cr, Ni, сормайт, графит.Studies of the modes of electroerosive alloying were carried out on a cutting tool made of high-speed steel grades using carbide electrodes of the VK6, VK8, VK15, T15K6 type, as well as Cr, Ni, Sormite, and graphite.
Опытное опробование упрочненных деталей показало, что наилучший эффект упрочнения режущего инструмента по чистоте поверхности деталей и достигнутой твердости был достигнут при нанесении упрочняющего покрытия графитовым электродом с охлаждением электрода газообразным азотом.Experimental testing of hardened parts showed that the best hardening effect of the cutting tool in terms of surface cleanliness and hardness achieved was achieved by applying a hardening coating with a graphite electrode with nitrogen cooling the electrode.
Электроискровое легирование режущего инструмента проводили при следующих параметрах:Spark alloying of the cutting tool was carried out with the following parameters:
Стойкостные испытания режущего инструмента проводили при продольном точении заготовок из стали 30ХГСА на токарном станке. Режущие пластины устанавливались и закреплялись в державках. Режимы резания были следующими: скорость резания V=60 м/мин, подача S=0,3 мм/об., глубина резания t=0,75 мм. В качестве СОЖ применяли 5% водный раствор эмульсола Укринол - 1M. За критерий износа была принята величина фаски износа по задней поверхности h=0,4 мм. Эффективность режущего инструмента определяли по величине коэффициента повышения стойкости, определяемого как отношение стойкости инструмента с покрытием к стойкости инструмента с покрытием по методу способа-прототипа и к стойкости инструмента без упрочнения. При нанесении упрочняющих покрытий в зону контакта электрода с инструментом через специальное сопло подавали газообразный азот.Durable tests of the cutting tool were carried out with the longitudinal turning of blanks made of 30KhGSA steel on a lathe. Cutting inserts were installed and fixed in holders. The cutting conditions were as follows: cutting speed V = 60 m / min, feed S = 0.3 mm / rev, cutting depth t = 0.75 mm. A 5% aqueous solution of emulsol Ukrinol - 1M was used as coolant. For the wear criterion, the value of the chamfer of wear along the rear surface h = 0.4 mm The efficiency of the cutting tool was determined by the value of the coefficient of increase in resistance, defined as the ratio of the resistance of the coated tool to the resistance of the coated tool according to the method of the prototype and to the tool life without hardening. When hardening coatings were applied, nitrogen gas was supplied into the zone of contact between the electrode and the tool through a special nozzle.
Микроисследованиями установили, что вся поверхность имела равномерное электроэрозионное покрытие, между отдельными участками разрывов не наблюдалось.Microstudies found that the entire surface had a uniform electrical discharge coating, between the individual sections of the gaps were not observed.
Данные по износостойкости приведены в таблице.Data on wear resistance is given in the table.
Ni-Cr - нижний слой (обдув - газообразный азот)VK6 - top layer,
Ni-Cr - lower layer (airflow - nitrogen gas)
Как видно из приведенных в таблице данных, коэффициент износостойкости инструмента, обработанного по предлагаемому техническому решению выше в 2,16-2,26 раза в сравнении с обычным термозакаленным инструментом и в 1,5-1,6 раза выше обработанных по способу-прототипу.As can be seen from the data in the table, the coefficient of wear resistance of the tool processed according to the proposed technical solution is 2.16-2.26 times higher in comparison with a conventional thermally quenched tool and 1.5-1.6 times higher than that processed by the prototype method.
В результате электроэрозионной обработки на рабочей поверхности изделий был сформирован износостойкий диффузионный карбонитридный слой.As a result of electric discharge machining, a wear-resistant diffusion carbonitride layer was formed on the working surface of the products.
Предлагаемое техническое решение позволяет существенно повысить износостойкость и жаропрочность изделий из дорогостоящих легированных сталей и титановых сплавов, что существенно повышает эффективность применения изделий из этих материалов.The proposed technical solution can significantly increase the wear resistance and heat resistance of products from expensive alloy steels and titanium alloys, which significantly increases the efficiency of the use of products from these materials.
Таким образом заявляемое техническое решение полностью выполняет поставленную задачу.Thus, the claimed technical solution fully fulfills the task.
Достоинством данного технического решения является:The advantage of this technical solution is:
- высокая прочность сцепления нанесенного материала электрода с инструментальной основой за счет взаимного диффузионного механического перемешивания;- high adhesion strength of the applied electrode material to the instrumental base due to mutual diffusion mechanical mixing;
- возможность локального нанесения покрытия без специальной защиты остальной поверхности;- the possibility of local coating without special protection of the remaining surface;
- отсутствие изменений физико-механических свойств деталей;- the absence of changes in the physico-mechanical properties of parts;
- возможность использования взамен традиционного энергозатратного химико-термического процесса цианирования;- the possibility of using instead of the traditional energy-consuming chemical-thermal cyanidation process;
- экологическая чистота в сравнении с химико-термическим цианированием.- environmental cleanliness compared to chemical-thermal cyanidation.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007109531/02A RU2349432C2 (en) | 2007-03-15 | 2007-03-15 | Cyanidation method of steel or titanic products |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007109531/02A RU2349432C2 (en) | 2007-03-15 | 2007-03-15 | Cyanidation method of steel or titanic products |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007109531A RU2007109531A (en) | 2008-09-20 |
RU2349432C2 true RU2349432C2 (en) | 2009-03-20 |
Family
ID=39867720
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007109531/02A RU2349432C2 (en) | 2007-03-15 | 2007-03-15 | Cyanidation method of steel or titanic products |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2349432C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2621750C2 (en) * | 2015-09-01 | 2017-06-07 | Павел Георгиевич Овчаренко | Method of forming a wear-resistant layer on the surface of a detail of titane or titanium alloy |
RU2631436C2 (en) * | 2015-10-22 | 2017-09-22 | Василий Сигизмундович Марцинковский | Method for restoration of stregthened layer partially removed from steel parts |
RU2688787C2 (en) * | 2017-05-05 | 2019-05-22 | Василий Сигизмундович Марцинковский | Method of heat-treated steel parts surfaces hardening |
-
2007
- 2007-03-15 RU RU2007109531/02A patent/RU2349432C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2621750C2 (en) * | 2015-09-01 | 2017-06-07 | Павел Георгиевич Овчаренко | Method of forming a wear-resistant layer on the surface of a detail of titane or titanium alloy |
RU2631436C2 (en) * | 2015-10-22 | 2017-09-22 | Василий Сигизмундович Марцинковский | Method for restoration of stregthened layer partially removed from steel parts |
RU2688787C2 (en) * | 2017-05-05 | 2019-05-22 | Василий Сигизмундович Марцинковский | Method of heat-treated steel parts surfaces hardening |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007109531A (en) | 2008-09-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU74845U1 (en) | MULTI-LAYER DEFORMATION TOOL | |
US4766349A (en) | Arc electrode | |
RU2349432C2 (en) | Cyanidation method of steel or titanic products | |
Cheng et al. | Improvement in corrosion resistance of a nodular cast iron surface modified by plasma beam treatment | |
Xiao et al. | Titanium carbonitride coating by pulsed electrical discharge in an aqueous solution of ethanolamine | |
Krivonosova et al. | Structure formation of high-temperature alloy by plasma, laser and TIG surfacing | |
Yu et al. | Surface finishing of die and tool steels via plasma-based electron beam irradiation | |
Skakov et al. | Influence of electrolyte plasma treatment on structure, phase composition and microhardness of steel Р6М5 | |
Jumbad et al. | Application of electrolytic plasma process in surface improvement of metals: a review | |
RU2427666C1 (en) | Procedure for strengthening surface of items of titanium alloys | |
Ivanov et al. | Borosulfocarbonitriding of cutting tools in electrolyte plasma | |
Krastev et al. | Surface modification of steels by electrical discharge treatment in electrolyte | |
NO842235L (en) | WEAR-RESISTABLE SINGLE COAT FOR METAL CUTTING TOOL | |
RU2092611C1 (en) | Method of treating cutting tools for organic materials and ceramics | |
RU2562187C1 (en) | Method of modification of surface of products from titanic alloys in glow discharge | |
RU60014U1 (en) | ELECTROEROSIVE COATING DEFORMATION TOOL | |
RU63276U1 (en) | MULTI-LAYER-CUTTING TOOL | |
SU1411102A1 (en) | Method of applying pulverulent coatings on the surface of parts | |
RU2197556C2 (en) | Method of applying hard coatings | |
RU2599950C1 (en) | Method for ion-plasma nitriding of parts from tool steel | |
RU2324001C1 (en) | Method of thearmal treatment and chemical-thearmal method of steel products processing in vacuum | |
JPH10337617A (en) | Discharge surface treatment method and equipment therefor | |
RU74592U1 (en) | MULTI-LAYER DEFORMATION TOOL | |
EP1642998B1 (en) | Production device for multiple-system film and coating tool for multiple-system film | |
Xu et al. | Plasma surface metallurgy of materials based on double glow discharge phenomenon |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090316 |