RU2477336C1 - Metal product cementation method - Google Patents

Metal product cementation method Download PDF

Info

Publication number
RU2477336C1
RU2477336C1 RU2011131656/02A RU2011131656A RU2477336C1 RU 2477336 C1 RU2477336 C1 RU 2477336C1 RU 2011131656/02 A RU2011131656/02 A RU 2011131656/02A RU 2011131656 A RU2011131656 A RU 2011131656A RU 2477336 C1 RU2477336 C1 RU 2477336C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
container
product
powder
electrodes
metal product
Prior art date
Application number
RU2011131656/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011131656A (en
Inventor
Виктор Николаевич Пустовойт
Юрий Маркович Домбровский
Макар Степанович Степанов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Донской государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Донской государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Донской государственный технический университет"
Priority to RU2011131656/02A priority Critical patent/RU2477336C1/en
Publication of RU2011131656A publication Critical patent/RU2011131656A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2477336C1 publication Critical patent/RU2477336C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: metal product is arranged in the container with electroconductive powder medium containing an alloying element. Then, powder mixture is heated due to passing through it of electric current using electrodes; at that, as electrodes there used is container and product with the ratio of surface areas, which are equal to not less than 10:1. As electroconductive medium there used is powder of bituminous coal with grain size of 0.3-0.6 mm. Container is made in the form corresponding to the form of surface of the strengthened product that is equally spaced in the container.
EFFECT: accelerating diffusion saturation process, achieving uniform depth of the layer along the product perimetre, reducing power consumption and improving environmental friendliness of the process.
3 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области металлургии, а именно к диффузионной цементации металлических материалов, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента.The invention relates to the field of metallurgy, namely to diffusion cementation of metallic materials, and can be used in mechanical engineering for surface hardening of machine parts and tools.

Известен классический способ цементации, заключающийся в диффузионном насыщении из порошковых сред, размещенных в герметизируемых контейнерах, с использованием печного нагрева (Ворошнин Л.Г. Теория и технология химико-термической обработки: учебное пособие. Минск: Новое знание, 2010, стр.88).The classical method of cementation is known, which consists in diffusion saturation from powder media placed in pressurized containers using furnace heating (Voroshnin L.G. Theory and technology of chemical-thermal treatment: a training manual. Minsk: New Knowledge, 2010, p. 88) .

Способ отличается большой энергоемкостью вследствие длительности процесса обработки в связи с необходимостью прогрева всего контейнера и последующей выдержки для диффузионного насыщения.The method has a high energy intensity due to the length of the processing process due to the need to heat the entire container and subsequent exposure for diffusion saturation.

Известен способ диффузионного насыщения металлических изделий в порошковых токопроводящих смесях, нагреваемых за счет пропускания электрического тока (Ворошнин Л.Г. Теория и технология химико-термической обработки: учебное пособие. Минск: Новое знание, 2010, стр.101). В процессе обработки, кроме изделия, в огнеупорный муфель помещают два электрода, засыпают их порошковой смесью и закрывают крышкой. На электроды, расположенные с противоположных сторон муфеля, подается электрическое напряжение 10…59 В.There is a method of diffusion saturation of metal products in powder conductive mixtures heated by passing electric current (Voroshnin L.G. Theory and technology of chemical-thermal treatment: a training manual. Minsk: New knowledge, 2010, p. 101). In the process of processing, in addition to the product, two electrodes are placed in the refractory muffle, they are filled with a powder mixture and covered with a lid. The electrodes located on opposite sides of the muffle are supplied with an electric voltage of 10 ... 59 V.

При таком способе обработки скорость диффузионного насыщения выше, чем в вышеописанном классическом способе, но остается недостаточно высокой и энергозатратной из-за необходимости нагревания всего объема токопроводящей смеси.With this processing method, the diffusion saturation rate is higher than in the above-described classical method, but remains insufficiently high and energy-intensive due to the need to heat the entire volume of the conductive mixture.

Наиболее близким по выполнению является способ цементации металлических изделий, при котором изделия помещают в печь с кипящим слоем порошка графита, нагрев которого осуществляется пропусканием электрического тока с помощью электродов (а.с. SU №375322, МПК C23C 8/64, 10.05.1973 г.).The closest to implementation is a method of cementation of metal products, in which the products are placed in a furnace with a fluidized bed of graphite powder, the heating of which is carried out by passing electric current using electrodes (A.S. SU No. 375322, IPC C23C 8/64, 05/10/1973 g .).

Данный способ характеризуется недостаточной скоростью насыщения (на стали 25 толщина слоя 0,8 мм за 30 мин) и неравномерностью образующегося диффузионного слоя, обусловленной более интенсивным прогревом образца со сторон, обращенных к электродам. Кроме того, способ предполагает высокие энергетические и материальные затраты, вызванные необходимостью создания виброкипящего слоя с помощью продувки нейтральным газом, воздухом или вибрации.This method is characterized by an insufficient saturation rate (on steel 25, a layer thickness of 0.8 mm in 30 minutes) and unevenness of the formed diffusion layer due to more intense heating of the sample from the sides facing the electrodes. In addition, the method involves high energy and material costs caused by the need to create a vibro-boiling layer by purging with neutral gas, air or vibration.

Техническим результатом предлагаемого изобретения являются ускорение процесса диффузионного насыщения, достижение равномерности глубины слоя по периметру изделия, а также снижение энергетических затрат.The technical result of the invention is to accelerate the process of diffusion saturation, achieving uniformity of the depth of the layer around the perimeter of the product, as well as reducing energy costs.

Технический результат достигается тем, что в способе цементации металлического изделия, включающем размещение металлического изделия в контейнере с электропроводной порошковой средой, содержащей легирующий элемент, нагрев порошковой смеси за счет пропускания через нее электрического тока с использованием электродов, отличием является то, что в качестве электродов используют контейнер и изделие с соотношением площадей, составляющим величину не менее 10:1, а в качестве электропроводной порошковой среды - порошок каменного угля зернистостью 0,3-0,6 мм, при этом контейнер выполняют в форме, соответствующей форме поверхности упрочняемого изделия, которое располагают в контейнере эквидистантно.The technical result is achieved in that in the method of cementing a metal product, including placing the metal product in a container with an electrically conductive powder medium containing an alloying element, heating the powder mixture by passing electric current through it using electrodes, the difference is that the electrodes are used a container and a product with an area ratio of at least 10: 1, and, as an electrically conductive powder medium, granular coal powder 0.3-0.6 mm, and the container is made in the form corresponding to the surface shape of the hardened product, which is placed equidistantly in the container.

Выполнение контейнера в форме поверхности упрочняемого изделия и расположение изделия эквидистантно относительно контейнера при соотношении площадей контейнера и изделия не менее 10:1 обеспечивает возможность концентрации электрического тока на поверхности изделия и локализации микродуговых разрядов в ограниченном объеме вокруг поверхности изделия в слое порошковой смеси глубиной до 4-6 мм, что способствует получению равномерного по глубине диффузионного слоя. При достижении в процессе нагрева порошком каменного угля температуры возгорания инициируется экзотермическая реакция горения, приводящая к активации адсорбции атомов углерода и дополнительному нагреву поверхности изделия, что ускоряет процесс диффузионного насыщения, а также снижает энергетические затраты.The implementation of the container in the form of the surface of the hardened product and the location of the product is equidistant relative to the container with a ratio of the container and product areas of at least 10: 1, which makes it possible to concentrate electric current on the surface of the product and localize microarc discharges in a limited volume around the product surface in the powder mixture layer up to 4- 6 mm, which contributes to obtaining a uniform in depth diffusion layer. When the ignition temperature is reached in the process of heating the coal powder with the powder, an exothermic combustion reaction is initiated, leading to the activation of adsorption of carbon atoms and additional heating of the product surface, which accelerates the diffusion saturation process and also reduces energy costs.

Диапазон размеров частиц порошка каменного угля 0,3-0,6 мм обусловлен тем, что при размере менее 0,3 мм большое количество мелких пылевидных частиц увлекается газами, выделяющимися при нагревании и возгорании порошковой среды, и удаляется из зоны контакта с упрочняемым изделием. При размере частиц более 0,6 мм существенно уменьшается электрическое сопротивление порошковой среды, значительно возрастает ток в электрической цепи контейнер - порошковая среда - металлическое изделие, что приводит к возникновению в порошковой среде мощных электрических разрядов, также удаляющих частицы порошка из зоны контакта с упрочняемым изделием.The particle size range of coal powder of 0.3-0.6 mm is due to the fact that when the size is less than 0.3 mm, a large number of fine dust particles are entrained in the gases released by heating and ignition of the powder medium and removed from the contact zone with the hardened product. With a particle size of more than 0.6 mm, the electrical resistance of the powder medium significantly decreases, the current in the electrical circuit of the container — powder medium — metal product increases significantly, which leads to the appearance of powerful electric discharges in the powder medium that also remove powder particles from the contact zone with the hardened product .

Ниже приведен пример реализации способа.The following is an example implementation of the method.

Образцы из стали марки 20Х цилиндрической формы диаметром 12 мм и длиной 30 мм закрепляли в металлическом зажиме, устанавливали вертикально в центре металлического контейнера цилиндрической формы диаметром 70 мм и высотой 100 мм и засыпали на половину длины образца порошком каменного угля зернистостью 0,3-0,6 мм, выполняющим функцию токопроводящей смеси и источника атомарного углерода для процесса цементации. Затем подключали источник электрического тока таким образом, что одним электродом являлся контейнер, а другим - образец. Напряжение плавно регулировалось в интервале 0-50 В. В результате сначала наблюдалось образование микродуговых разрядов вокруг образца (фото 1), а через 20 с там же возникала область нагрева и последующего возникновения экзотермической реакции горения угольного порошка (фото 2). Общая продолжительность выдержки в процессе диффузионного насыщения составила 90 с. Результаты обработки оценивали по глубине науглероженного слоя со структурой перлита с помощью микроструктурного анализа на поперечном микрошлифе (фото 3). Глубина науглероженного слоя по периметру образца составила 0,3 мм.Samples of steel grade 20X of cylindrical shape with a diameter of 12 mm and a length of 30 mm were fixed in a metal clamp, mounted vertically in the center of a metal container of cylindrical shape with a diameter of 70 mm and a height of 100 mm and filled up half the length of the sample with coal powder with a grain size of 0.3-0, 6 mm, performing the function of a conductive mixture and a source of atomic carbon for the cementation process. Then, an electric current source was connected in such a way that one electrode was a container and the other was a sample. The voltage was continuously regulated in the range of 0–50 V. As a result, the formation of microarc discharges around the sample was first observed (photo 1), and after 20 s, the region of heating and the subsequent occurrence of an exothermic reaction of coal powder combustion appeared (photo 2). The total exposure time during diffusion saturation was 90 s. The processing results were evaluated by the depth of the carburized layer with the perlite structure using microstructural analysis on a transverse microsection (photo 3). The depth of the carburized layer around the perimeter of the sample was 0.3 mm.

Сравнение достигнутого значения глубины слоя, полученного за 1,5 минуты, с результатами использования известного способа показывает, что предлагаемый способ отличается ускорением процесса диффузионного насыщения. Способ позволяет получить равномерную глубину науглероженного слоя по периметру образца, снизить энергозатраты за счет энергии, выделяемой при горении угольного порошка, и не требует продувки газами или вибрации контейнера.Comparison of the achieved value of the depth of the layer obtained in 1.5 minutes with the results of using the known method shows that the proposed method differs in accelerating the diffusion saturation process. The method allows to obtain a uniform depth of the carburized layer around the perimeter of the sample, reduce energy consumption due to the energy released during the combustion of coal powder, and does not require gas purging or container vibration.

Claims (1)

Способ цементации металлического изделия, включающий размещение металлического изделия в контейнере с электропроводной порошковой средой, содержащей легирующий элемент, нагрев порошковой смеси за счет пропускания через нее электрического тока с использованием электродов, отличающийся тем, что в качестве электродов используют контейнер и изделие с соотношением площадей не менее 10:1, а в качестве электропроводной среды - порошок каменного угля зернистостью 0,3-0,6 мм, при этом контейнер выполняют в форме, соответствующей форме поверхности упрочняемого изделия, которое располагают в контейнере эквидистантно. A method of cementing a metal product, comprising placing a metal product in a container with an electrically conductive powder medium containing an alloying element, heating the powder mixture by passing electric current through it using electrodes, characterized in that the container and the product with an area ratio of at least 10: 1, and as an electrically conductive medium - coal powder with a grain size of 0.3-0.6 mm, while the container is made in a form corresponding to the shape of the surface hardened product, which is placed in the container equidistantly.
RU2011131656/02A 2011-07-27 2011-07-27 Metal product cementation method RU2477336C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011131656/02A RU2477336C1 (en) 2011-07-27 2011-07-27 Metal product cementation method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011131656/02A RU2477336C1 (en) 2011-07-27 2011-07-27 Metal product cementation method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011131656A RU2011131656A (en) 2013-02-10
RU2477336C1 true RU2477336C1 (en) 2013-03-10

Family

ID=49119375

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011131656/02A RU2477336C1 (en) 2011-07-27 2011-07-27 Metal product cementation method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2477336C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2555320C1 (en) * 2014-01-21 2015-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Донской государственный технический университет" Method of surface hardening of metal articles

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU375322A1 (en) * 1969-07-31 1973-03-23 METHOD OF CEMENTATION OF PRODUCTS IN BOILER LAYER
RU2107111C1 (en) * 1995-10-25 1998-03-20 Борис Аркадьевич Спешков Method of thermochemical treatment of metals
EP1609878A1 (en) * 2003-03-31 2005-12-28 Toyo Aluminium Kabushiki Kaisha Carbon-coated aluminum and method for producing same
US20080041497A1 (en) * 2004-10-27 2008-02-21 Zelin Michael G Carburized Wire and Method for Producing the Same
RU76918U1 (en) * 2008-05-04 2008-10-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" VACUUM ION-PLASMA INSTALLATION

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU375322A1 (en) * 1969-07-31 1973-03-23 METHOD OF CEMENTATION OF PRODUCTS IN BOILER LAYER
RU2107111C1 (en) * 1995-10-25 1998-03-20 Борис Аркадьевич Спешков Method of thermochemical treatment of metals
EP1609878A1 (en) * 2003-03-31 2005-12-28 Toyo Aluminium Kabushiki Kaisha Carbon-coated aluminum and method for producing same
US20080041497A1 (en) * 2004-10-27 2008-02-21 Zelin Michael G Carburized Wire and Method for Producing the Same
RU76918U1 (en) * 2008-05-04 2008-10-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" VACUUM ION-PLASMA INSTALLATION

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЛЯХОВИЧ Л.С. Химико-термическая обработка металлов и сплавов // Справочник. - М.: Металлургия, 1981, с.14. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2555320C1 (en) * 2014-01-21 2015-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Донской государственный технический университет" Method of surface hardening of metal articles

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011131656A (en) 2013-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US1939712A (en) Treatment of metals and alloys
Yu et al. Boriding of mild steel using the spark plasma sintering (SPS) technique
RU2005105333A (en) ELECTRODE FOR SURFACE TREATMENT BY ELECTRIC DISCHARGE, METHOD OF SURFACE TREATMENT BY ELECTRIC DISCHARGE AND DEVICE FOR SURFACE TREATMENT BY ELECTRIC DISCHARGE
Ohno et al. Effects of charcoal carbon crystallinity and ash content on carbon dissolution in molten iron and carburization reaction in iron-charcoal composite
RU2477336C1 (en) Metal product cementation method
FR2549085A1 (en) PROCESS FOR HARDENING THE SURFACE OF OBJECTS OF FERROUS MATERIAL
AU2002245282B2 (en) Metallic diffusion process and improved article produced thereby
Xie et al. Effects and mechanisms of an alternating current field on pack boriding
US2219004A (en) Formation of chromium-containing layers on ferrous surfaces
RU2639755C1 (en) Method for gas nitration of products of structural steels
RU2553107C2 (en) Strengthening method of items from low-carbon steel
Lebrun Plasma-assisted processes for surface hardening of stainless steel
GB732101A (en) Improvements in methods of and means for the heat treatment of solid bodies
Stepanov et al. Microarc surface alloying of tool steels
RU2555320C1 (en) Method of surface hardening of metal articles
Tarasiuk et al. Wear resistance of steel 20MnCr5 after surfacing with micro-jet cooling
US799542A (en) Process of cementing iron or steel.
JPH11315363A (en) Vacuum carburization treatment
RU2801101C1 (en) Boriding of surface layers of carbon steel using microarc surfacing
RU2253691C1 (en) Method of chemico-thermal treatment of parts
RU2527111C1 (en) Prevention of ring deformation at chemical-physical treatment and shaft furnace to this end
RU2532779C1 (en) Method and device for accelerated nitration of machined parts by electromagnetic field pulses
JPS5562162A (en) Vacuum carburizing method
Kuznetsov Vacuum-arc hardening of metals surface
Pogrebnjak et al. Modification and mixing multi-layer systems by means of a high-power ion beam

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140728