RU2586178C1 - Method of carbonitriding parts made from structural and tool steels - Google Patents
Method of carbonitriding parts made from structural and tool steels Download PDFInfo
- Publication number
- RU2586178C1 RU2586178C1 RU2015109207/02A RU2015109207A RU2586178C1 RU 2586178 C1 RU2586178 C1 RU 2586178C1 RU 2015109207/02 A RU2015109207/02 A RU 2015109207/02A RU 2015109207 A RU2015109207 A RU 2015109207A RU 2586178 C1 RU2586178 C1 RU 2586178C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- paste
- temperature
- heating
- bentonite
- oil
- Prior art date
Links
Landscapes
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам химико-термической обработки конструкционных и инструментальных сталей и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента в машиностроительной, металлургической, химической, инструментальной и других отраслях промышленности.The invention relates to methods for chemical-thermal treatment of structural and tool steels and can be used for surface hardening of machine parts and tools in machine-building, metallurgical, chemical, tool and other industries.
Известны способы упрочнения штамповых сталей методом цианирования. Цианирование проводят в расплавленных солях - жидкое цианирование, в газовых средах - газовое цианирование или нитроцементация и в твердых смесях. Твердое цианирование проводят в смеси, состоящей из 60-70% древесного угля и 30-40% желтой кровяной соли, интенсивная диссоциация которой протекает в твердом состоянии при 540-560°С (Штамповые стали / Позняк Л.А., Скрынеченко Ю.М., Тишаев С.И. - М.: Металлургия, 1980, с. 212-213).Known methods of hardening die steels by cyanidation. Cyanidation is carried out in molten salts - liquid cyanidation, in gaseous media - gas cyanidation or nitrocarburizing and in solid mixtures. Solid cyanidation is carried out in a mixture consisting of 60-70% charcoal and 30-40% yellow blood salt, the intense dissociation of which takes place in the solid state at 540-560 ° C (Stamp steels / Poznyak L.A., Skrychenchenko Yu.M. ., Tishaev S.I. - M .: Metallurgy, 1980, p. 212-213).
Недостатки указанного способа состоят в том, что диффузионные слои обладают высокой микротвердостью и хрупкостью, при циклических ударных нагрузках они преждевременно выкрашиваются, что приводит к выходу из строя дорогостоящих штампов.The disadvantages of this method are that the diffusion layers have high microhardness and fragility, with cyclic shock loads they prematurely crumble, which leads to failure of expensive dies.
Известен способ нитроцементации деталей из штамповых сталей (патент № 2501884, МПК С23С 8/76), включающий приготовление пасты путем смешивания железосинеродистого калия K4Fe(CN)6 и газовой сажи ДГ-100 при следующем соотношении компонентов, мас. %: железосинеродистый калий K4Fe(CN)6 - 20-30; нитроцеллюлозный лак НЦ222 - 15-20; остальное - газовая сажа ДГ-100, нанесение пасты и последующую нитроцементацию проводят при температуре 680°С в течение 3 часов, затем образцы охлаждают в масле и подвергают низкому отпуску при температуре 200°C в течение 2 часов. Этот способ взят нами в качестве прототипа.There is a method of nitrocarburizing parts from die steels (patent No. 2501884, IPC С23С 8/76), including the preparation of a paste by mixing iron-hydrogen potassium K 4 Fe (CN) 6 and carbon black DG-100 in the following ratio, wt. %: iron-sulphide potassium K 4 Fe (CN) 6 - 20-30; NTs222 nitrocellulose varnish - 15-20; the rest is DG-100 gas black, paste application and subsequent nitrocarburizing are carried out at a temperature of 680 ° C for 3 hours, then the samples are cooled in oil and subjected to low tempering at a temperature of 200 ° C for 2 hours. This method is taken by us as a prototype.
Недостатки указанного способа состоят в том, что возникает необходимость использования дополнительной азото-углеродистой среды (газовой или твердой), вытесняющей воздух из рабочего пространства печи, что усложняет технологию нитроцементации и повышает ее трудоемкость.The disadvantages of this method are that there is a need to use additional nitrogen-carbon medium (gas or solid), displacing air from the working space of the furnace, which complicates the technology of nitrocarburizing and increases its complexity.
Технической задачей изобретения является повышение скорости нитроцементации и снижение трудоемкости процесса, расширение температурного интервала, повышение равномерности нагрева деталей, повышение экологической безопасности.An object of the invention is to increase the rate of nitrocarburizing and reduce the complexity of the process, expand the temperature range, increase the uniformity of heating of parts, increase environmental safety.
Технический результат достигается тем, что в известном способе нитроцементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей, включающем приготовление пасты путем смешивания железосинеродистого калия K4Fe(CN)6, газовой сажи ДГ-100, нанесение пасты на изделие, нагрев с выдержкой, охлаждение в масле и низкий отпуск, согласно изобретению при приготовлении пасты в нее дополнительно вводят карбонат бария, бентонит, маршалит и пастообразующую жидкость - поливинилацетатную эмульсию при следующем соотношении компонентов, мас. %: железосинеродистый калий K4Fe(CN)6 - 16...20, карбонат бария ВаСO3 - 14...18, бентонит - 12, маршалит - 24, газовая сажа ДГ-100 - остальное, пастообразующая жидкость, об. %: поливинилацетатная эмульсия - 50; этанол - 10; вода - 40, затем проводят нагрев в нейтральной соляной ванне при следующем соотношении компонентов, мас. %: NaCl - 50, Na2CO3 - 50 при температуре 750...950°С с выдержкой при этой температуре в течение 1,0...6,0 часов, после чего образцы охлаждают в масле и проводят низкотемпературный отпуск при температуре 150-200°С.The technical result is achieved by the fact that in the known method of nitrocarburizing parts from structural and tool steels, including the preparation of a paste by mixing iron-hydrogen potassium K 4 Fe (CN) 6 , carbon black DG-100, applying the paste to the product, heating with exposure, cooling in oil and low tempering, according to the invention, in the preparation of the paste, barium carbonate, bentonite, marshalite and a paste-forming liquid, polyvinyl acetate emulsion, are additionally introduced into it in the following ratio of components, wt. %: iron-hydrogen potassium K 4 Fe (CN) 6 - 16 ... 20, barium carbonate BaCO 3 - 14 ... 18, bentonite - 12, marshalite - 24, gas soot DG-100 - the rest, paste-forming liquid, vol. %: polyvinyl acetate emulsion - 50; ethanol - 10; water - 40, then conduct heating in a neutral salt bath in the following ratio of components, wt. %: NaCl - 50, Na 2 CO 3 - 50 at a temperature of 750 ... 950 ° С with holding at this temperature for 1.0 ... 6.0 hours, after which the samples are cooled in oil and low-temperature tempering is carried out at temperature 150-200 ° С.
В качестве связующего вещества использовали бентонит, обладающий повышенной связывающей способностью и высокой сорбционной и каталитической активностью. Для бентонита свойственна невысокая прочность при повышенных температурах. Для устраненияэтого недостатка в его состав был введен маршалит. Маршалит - пылевидный кварц, огнеупорность которого составляет 1650-1710°С, что вполне достаточно для использования в нитроцементирующем покрытии, температура которого не превышает 1000°С.As a binder, bentonite was used, which has increased binding ability and high sorption and catalytic activity. Bentonite is characterized by low strength at elevated temperatures. To eliminate this drawback, marshalite was introduced into its composition. Marshalite is a dusty quartz, the fire resistance of which is 1650-1710 ° С, which is quite enough for use in a nitro-cementing coating, the temperature of which does not exceed 1000 ° С.
В результате эксперимента установлено, что наилучшее удержание пасты в процессе нитроцементации наблюдается при соотношении бентонита, маршалита в связующей части покрытия 1:2.As a result of the experiment, it was found that the best retention of the paste during nitrocarburizing is observed with a ratio of bentonite, marshalite in the binder of the coating 1: 2.
Активность нитроцементирующего покрытия зависит от соотношения в нем активной части, т.е. азото- и углесодержащих компонентов: железосинеродистого калия (K4Fe(CN)6, карбоната бария ВаСО3 - 14...18, газовой сажи ДГ-100, и нейтральной части - бентонита и маршалита. Результаты проведенного эксперимента показали, что оптимальной активностью обладает покрытие, которое состоит из ~60% активной части и ~40% связующей части. Нитроцементация стали с использованием такого покрытия обеспечивает высокую скорость и равномерность насыщения поверхностных слоев азотом и углеродом.The activity of the nitrocarburizing coating depends on the ratio of the active part in it, i.e. nitrogen and carbon-containing components: potassium iron-sulfide (K 4 Fe (CN) 6 , barium carbonate BaCO 3 - 14 ... 18, carbon black DG-100, and the neutral part - bentonite and marshallite. The results of the experiment showed that optimal activity possesses a coating, which consists of ~ 60% of the active part and ~ 40% of the binder part.Nitrocarburizing steel using such a coating provides high speed and uniformity of saturation of the surface layers with nitrogen and carbon.
Использование поливинилацетатной эмульсии, этанола и воды для приготовления пастообразователя вместо нитроцеллюлозного лака НЦ-222, делает способ нитроцементации экологически безопасным.The use of polyvinyl acetate emulsion, ethanol and water for the preparation of a paste former instead of nitrocellulose lacquer NTs-222 makes the method of nitrocarburizing environmentally safe.
При использовании соляных ванн для нагрева сталей с азотисто-углеродными покрытиями необходимо чтобы она обеспечивала нагрев в широком диапазоне температур от 170...1350°С. Для высокотемпературной нитроцементации температурный интервал составляет 750...950°С.When using salt baths for heating steels with nitrogen-carbon coatings, it is necessary that it provides heating in a wide temperature range from 170 ... 1350 ° C. For high-temperature nitrocarburizing, the temperature range is 750 ... 950 ° C.
В качестве исходных компонентов такой ванны была принята смесь солей, содержащая хлористый натрий NaCl и углекислый натрий Na2CO3.A mixture of salts containing sodium chloride NaCl and sodium carbonate Na 2 CO 3 was adopted as the initial components of such a bath.
Эти компоненты в исходном состоянии доступны, дешевы, широко используются в производстве и не являются высокотоксичными веществами, требующими соблюдения специальных мер безопасности.These components in the initial state are available, cheap, widely used in production and are not highly toxic substances that require special safety measures.
При данном соотношении солей, мас. %: NaCl - 50, Na2CO3 - 50 композиция солей обеспечивает температуру перехода в жидкое состояние при 660°С, рабочую температуру 750...950°С, а начало кипения 1000°С.At a given ratio of salts, wt. %: NaCl - 50, Na 2 CO 3 - 50 the composition of the salts provides a liquid transition temperature at 660 ° С, an operating temperature of 750 ... 950 ° С, and a boiling point of 1000 ° С.
Важным преимуществом этой соляной ванны является оптимальное сочетание жидкотекучести и испаряемости расплава, а также отсутствие взаимодействия с нитроцементирующим покрытием.An important advantage of this salt bath is the optimal combination of fluidity and evaporation of the melt, as well as the absence of interaction with a nitrocarburizing coating.
Отсутствие ядовитых компонентов и невысокая испаряемость не приводит к недопустимому загрязнению атмосферного воздуха и не требует устройства специальной вентиляции. Для этих ванн не требуется также и специальной утилизации солей, выносимых на поверхности деталей при обработке.The absence of toxic components and low volatility does not lead to unacceptable air pollution and does not require special ventilation. For these baths, special disposal of salts carried out on the surface of the parts during processing is also not required.
Содержание в азото-углеродистой пасте железосинеродистого калия в количестве, составляющем 16...20 мас. %, является оптимальным, так как при температуре 750°С железосинеродистый калий начинает диссоциировать с выделением атомов азота и углерода. Атомы азота и углерода поглощаются поверхностью стали и диффундируют в её глубину.The content in the nitrogen-carbon paste of iron-potassium in an amount of 16 ... 20 wt. %, is optimal, because at a temperature of 750 ° C, iron-hydrogen potassium begins to dissociate with the release of nitrogen and carbon atoms. The nitrogen and carbon atoms are absorbed by the surface of the steel and diffuse into its depth.
Содержание в пасте карбоната бария в количестве, составляющем 14...18 мас. %, является оптимальным, так как карбамид начинает разлагаться при температуре 750...950°С, с выделением большого количества азота, который поглощается поверхностью стали и диффундируют в её глубину.The content in the paste of barium carbonate in an amount of 14 ... 18 wt. %, is optimal, since urea begins to decompose at a temperature of 750 ... 950 ° C, with the release of a large amount of nitrogen, which is absorbed by the surface of the steel and diffuse into its depth.
Содержание в пасте газовой сажи ДГ-100 в заданном количестве является оптимальным, так как распад сажи позволяет насыщающие элементы активно поглощаться сталью, что обеспечивает высокую скорость насыщения при минимальном расходе цианизатора.The content of DG-100 gas soot in the paste in a predetermined amount is optimal, since the decay of soot allows saturating elements to be actively absorbed by steel, which ensures a high saturation rate with a minimum consumption of cyanizer.
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
Готовят пасту. Сухие компоненты, мас. %: железосинеродистый калий K4Fe(CN)6 -16...20, карбонат бария ВаСO3 - 14...18, бентонит - 12, маршалит - 4, газовая сажа ДГ-100 -остальное, пастообразующая жидкость, об. %: поливинилацетатная эмульсия - 50; этанол - 10; вода - 40.Prepare the pasta. Dry components, wt. %: iron-hydrogen potassium K 4 Fe (CN) 6 -16 ... 20, barium carbonate BaCO 3 - 14 ... 18, bentonite - 12, marshalite - 4, gas soot DG-100 - the rest, paste-forming liquid, vol. %: polyvinyl acetate emulsion - 50; ethanol - 10; water - 40.
Приготовленную пасту наносят на нитроцементируемые поверхности детали слоем от 0,5...2,0 мм и сушат при Т=80°С в течение 0,5 ч до образования твердого покрытия. Подготовленную таким образом деталь загружают в нейтральную соляную ванну при следующем соотношении компонентов, мас. %: NaCl - 50, Na2CO3 - 50. Нагрев проводят при температуре 750...950°С, с выдержкой при этой температуре в течение 1,0...6 часов, затем образцы охлаждают в масле и проводят низкотемпературный отпуск при температуре 150-200°С.The prepared paste is applied to the nitro-cemented surface of the part with a layer of 0.5 ... 2.0 mm and dried at T = 80 ° C for 0.5 h until a hard coating is formed. Thus prepared part is loaded into a neutral salt bath in the following ratio of components, wt. %: NaCl - 50, Na 2 CO 3 - 50. Heating is carried out at a temperature of 750 ... 950 ° C, with exposure at this temperature for 1.0 ... 6 hours, then the samples are cooled in oil and low-temperature tempering is carried out at a temperature of 150-200 ° C.
Сущность способа иллюстрируется примером.The essence of the method is illustrated by an example.
В качестве упрочняемых деталей используют образцы (10x10x60 мм) из стали 30 ХГТ, предварительно очищенные уайт-спиртом. Пасту наносят на образцы слоем 0,5-2,0 мм и сушат при t=75...85°C в течение 0,5 часа до образования твердого покрытия. Затем образцы загружают в нейтральную соляную ванну и нагревают в течение 0,5-3 часов, после чего их охлаждают в масле и подвергают низкому отпуску при температуре 150...200°С.As hardened parts using samples (10x10x60 mm) of steel 30 HGT, pre-cleaned with white alcohol. The paste is applied to the samples with a layer of 0.5-2.0 mm and dried at t = 75 ... 85 ° C for 0.5 hours until a hard coating is formed. Then the samples are loaded into a neutral salt bath and heated for 0.5-3 hours, after which they are cooled in oil and subjected to low tempering at a temperature of 150 ... 200 ° C.
Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет повысить скорость нитроцементации и снизить трудоемкость процесса, расширить температурный интервал нитроцементации, повысить равномерность нагрева деталей, повысить экологическую безопасность.Thus, the use of the invention allows to increase the rate of nitrocarburizing and reduce the complexity of the process, expand the temperature range of nitrocarburization, increase the uniformity of heating of parts, improve environmental safety.
Заявленный способ не требует значительных энергозатрат и дорогостоящего оборудования и может быть применен в любом производстве, как в серийном, так и ремонтном. Кроме того, данный способ позволяет избежать экологических проблем, т.к. карбюризатор в твердом покрытии и ванна для нагрева не имеет токсичных компонентов.The claimed method does not require significant energy and expensive equipment and can be used in any production, both in serial and repair. In addition, this method avoids environmental problems, because carburetor in hard coating and bath for heating does not have toxic components.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015109207/02A RU2586178C1 (en) | 2015-03-16 | 2015-03-16 | Method of carbonitriding parts made from structural and tool steels |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015109207/02A RU2586178C1 (en) | 2015-03-16 | 2015-03-16 | Method of carbonitriding parts made from structural and tool steels |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2586178C1 true RU2586178C1 (en) | 2016-06-10 |
Family
ID=56115300
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015109207/02A RU2586178C1 (en) | 2015-03-16 | 2015-03-16 | Method of carbonitriding parts made from structural and tool steels |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2586178C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5453109A (en) * | 1993-07-23 | 1995-09-26 | Durferrit Gmbh Thermotechnik | Method for the preparation of a hardening salt in piece form and product |
| RU2179200C2 (en) * | 1999-11-22 | 2002-02-10 | Открытое акционерное общество "Алтайский трактор" | Method of hardening die steels |
| RU2254396C1 (en) * | 2003-09-19 | 2005-06-20 | Курская государственная сельскохозяйственная академия им. проф. И.И. Иванова | Method of carbonitriding metals in pastes |
| RU2501884C2 (en) * | 2011-12-02 | 2013-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курский государственный университет" | Carbonitriding of parts from die steels |
-
2015
- 2015-03-16 RU RU2015109207/02A patent/RU2586178C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5453109A (en) * | 1993-07-23 | 1995-09-26 | Durferrit Gmbh Thermotechnik | Method for the preparation of a hardening salt in piece form and product |
| RU2179200C2 (en) * | 1999-11-22 | 2002-02-10 | Открытое акционерное общество "Алтайский трактор" | Method of hardening die steels |
| RU2254396C1 (en) * | 2003-09-19 | 2005-06-20 | Курская государственная сельскохозяйственная академия им. проф. И.И. Иванова | Method of carbonitriding metals in pastes |
| RU2501884C2 (en) * | 2011-12-02 | 2013-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курский государственный университет" | Carbonitriding of parts from die steels |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Belkin et al. | Anodic plasma electrolytic saturation of steels by carbon and nitrogen | |
| CN102899604A (en) | Metal surface salt bath nitrocarburizing method | |
| CN101560637B (en) | Organic rare-earth energizer for chemical heat treatment | |
| AU606592B2 (en) | Shallow case hardening and corrosion inhibition process | |
| RU2586178C1 (en) | Method of carbonitriding parts made from structural and tool steels | |
| JP2016223011A (en) | Surface treatment agent of steel product, and surface treatment method of steel product | |
| RU2592339C1 (en) | Method of carbonitriding parts made from structural and tool steels | |
| RU2704044C1 (en) | Method of cementing parts from structural and tool steels in cemented paste | |
| Bonow et al. | Nitriding in non-toxic salts bath: An approach to implement cleaner production in the metallurgic industry | |
| RU2501884C2 (en) | Carbonitriding of parts from die steels | |
| RU2574943C1 (en) | Carbonitriding of parts from die steels | |
| DE69902169T2 (en) | METHOD FOR LOW PRESSURE NITROCARBURING METAL WORKPIECES | |
| RU2728333C1 (en) | Method for cementing parts from structural and tool steels | |
| RU2757021C1 (en) | Method for hardening parts made of tool and structural steels in carburized environment | |
| RU2254396C1 (en) | Method of carbonitriding metals in pastes | |
| RU2622502C1 (en) | Method of speed boring of the steel detail | |
| RU2600612C1 (en) | Method of carbonitriding parts made from structural and tool steels | |
| Romanenko et al. | Increasing of fatigue limit and efficiency of constructional steels through additional chemical and thermal treating using nitrogenous carbonaceous carburizers | |
| RU2250930C2 (en) | Luting composition for solis cyanation of steel parts | |
| RU2533577C1 (en) | Composition of bath for cyanide hardening of metals and alloys in fluids | |
| BRANZEI et al. | Obtaining the Controlled Sulphonitrocarburized Layer Phase Compositions, by the Variation of the Solid Powdery Medium Components | |
| RU2764098C1 (en) | Composition of a bath for sulfociation of products from structural and tool steels | |
| RU2240375C1 (en) | Method for plasma nitration of parts | |
| DUI et al. | The use of river clam shells (Aspatharia sinuata) as an energizer in case carburization of mild steels | |
| US1344658A (en) | Compound |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170317 |