RU2639755C1 - Способ газового азотирования изделий из конструкционных сталей - Google Patents
Способ газового азотирования изделий из конструкционных сталей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2639755C1 RU2639755C1 RU2016125571A RU2016125571A RU2639755C1 RU 2639755 C1 RU2639755 C1 RU 2639755C1 RU 2016125571 A RU2016125571 A RU 2016125571A RU 2016125571 A RU2016125571 A RU 2016125571A RU 2639755 C1 RU2639755 C1 RU 2639755C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- products
- nitrogen
- carried out
- zinc
- filler
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
- C23C10/28—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using solids, e.g. powders, pastes
- C23C10/34—Embedding in a powder mixture, i.e. pack cementation
- C23C10/36—Embedding in a powder mixture, i.e. pack cementation only one element being diffused
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C12/00—Solid state diffusion of at least one non-metal element other than silicon and at least one metal element or silicon into metallic material surfaces
- C23C12/02—Diffusion in one step
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
- C23C8/36—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases using ionised gases, e.g. ionitriding
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, а именно к химико-термической обработке, и может быть использовано при изготовлении деталей из конструкционных сталей, работающих в условии коррозии. Способ химико-термической обработки изделий из конструкционных сталей включает нагрев в печи размещенных в реакторе изделий в азотосодержащей атмосфере, изотермическую выдержку в потоке азотосодержащего газа и последующее охлаждение с печью. Нагрев осуществляют в присутствии в объеме реактора наполнителя в качестве катализатора для создания вокруг изделий с помощью потока азотосодержащего газа слоя активных частиц. Одновременно проводят процесс диффузионного цинкования с использованием в качестве наполнителя порошкообразного цинка в смеси с кварцевым песком и с обеспечением вокруг изделий слоя активных частиц, состоящих из азото- и цинкосодержащих веществ. В частных случаях осуществления изобретения нагрев, изотермическую выдержку и охлаждение изделий проводят в атмосфере диссоциированного аммиака. Изотермическую выдержку осуществляют в интервале температур 750…850°C. Порошкообразный цинк и кварцевый песок составляют в наполнителе соотношение 1 к 10. Обеспечивается повышение коррозионной стойкости при обеспечении большей толщины упрочненного слоя и достаточной прочности. 3 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к химико-термической обработке, в частности, к комбинированным процессам металлизации с азотированием сталей, и может быть использовано при изготовлении деталей из конструкционных сталей, работающих при высоких температурах в условиях коррозии.
Известен способ газового азотирования в кипящем слое катализатора для низкотемпературной и высокотемпературной упрочняющей обработки поверхностей сталей и сплавов, который заключается в помещении обрабатываемого изделия в нагреваемый тигель, подаче азотосодержащего газа через газораспределительное устройство, расположенное в донной части тигля, и создании кипящего слоя вокруг обрабатываемого изделия, отводе отходящих газов через канал в крышке тигля и последующем дожигании отходящих газов. В тигель помещают катализатор, а регулирование глубины слоя азотирования осуществляют, изменяя избыточное давление азотсодержащего газа путем диафрагмирования канала в крышке тигля. Температуру азотирования изделий из различных сплавов поддерживают с помощью автоматического управления в пределах 450-1200°С (см. патент РФ №2208659, МПК С23С 008/24, С23С 008/30, опубл. 2003 г.). Недостатком данного способа является низкая коррозионная стойкость.
Известен также способ газового азотирования изделий в кипящем слое, включающий помещение обрабатываемого изделия и катализатора в нагреваемый тигель печного блока, подачу азотосодержащего газа через донную часть, создание псевдокипящего слоя вокруг обрабатываемого изделия и отвод отходящих газов через канал в крышке тигля (патент США №4569862, МПК С23С 16/00, опубл. 1986.). Недостатком данного способа является низкая коррозионная стойкость.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение коррозионной стойкости при обеспечении достаточной прочности и большей толщины упрочненного слоя.
Поставленная техническая задача решается тем, что в способе газового азотирования изделий из конструкционных сталей, включающем нагрев в печи размещенных в реакторе изделий в азотосодержащей атмосфере, изотермическую выдержку в потоке азотосодержащего газа и последующее охлаждение с печью, при этом нагрев осуществляют в присутствии в объеме реактора специального наполнителя в качестве катализатора для создания вокруг изделий с помощью потока азотосодержащего газа слоя активных частиц, согласно изобретению одновременно проводят процесс диффузионного цинкования, используя в качестве специального наполнителя порошкообразный цинк в смеси с кварцевым песком и создавая вокруг изделий слой активных частиц, состоящий из азото- и цинкосодержащих веществ.
На решение поставленной технической задачи направлено также то, что нагрев, изотермическую выдержку и охлаждение изделий проводят в атмосфере диссоциированного аммиака.
На решение поставленной технической задачи направлено также то, что изотермическую выдержку осуществляют в интервале температур Т=750…850°С.
На решение поставленной технической задачи направленно также то, что порошкообразный цинк и кварцевый песок составляют в наполнителе соотношение 1 к 10.
Решение поставленной технической задачи достигается благодаря тому, что одновременно с процессом азотирования изделий в потоке азотосодержащего газа проводят процесс цинкования, используя в качестве наполнителя порошкообразный цинк в смеси с кварцевым песком. Последний способствует взаимодействию активных азото- и цинкосодержащих веществ с изделиями. При подаче аммиака в качестве азотосодержащего газа в псевдокипящем слое аммиак диссоциирует на смесь ионов азота и водорода и, в свою очередь, восстанавливает цинк и железа из окислов. В результате такого комбинированного процесса на поверхности изделий достигается получение модифицированного упрочненного слоя достаточной прочности и толщины, который благодаря присутствия цинка обладает повышенной коррозионной стойкостью.
Структуры упрочненных слоев изделий из конструкционных сталей, таких как: стали 20, 35, 45, а также 18ХГТ, 30ХГС, обработанных по заявляемому способу, имеют упрочненные слои толщиной 250-650 мкм, соответственно. Способ газового азотирования изделий из конструкционных сталей поясняется фигурами 1-5, где фигура 1 - сталь 10, фигура 2 - сталь 20, фигура 3 - сталь 45, фигура 4 - сталь 18ХГТ, фигура 5 - сталь 30ХГС соответственно.
Способ газового азотирования изделий из конструкционных сталей заключается в том, что изделия размещают в реакторе, помещая реактор с изделиями в печь. Затем осуществляют изотермическую выдержку изделий в потоке азотосодержащего газа и последующее охлаждение с печью. При этом нагрев изделий осуществляют в присутствии в объеме реактора наполнителя в качестве катализатора для создания вокруг изделий с помощью потока азотосодержащего газа слоя активных частиц. Одновременно с азотированием проводят процесс диффузионного цинкования, для чего в качестве наполнителя используют порошкообразный цинк в смеси с кварцевым песком. При этом вокруг изделий создают слой активных частиц, состоящих из азото- и цинкосодержащих веществ. Причем нагрев, изометрическую выдержку и охлаждения изделий, помещенных в контейнер, проводят в атмосфере диссоциированного аммиака, а изометрическую выдержку осуществляют в интервале температур Т=750…850°С. При этом содержание порошкообразного цинка и кварцевого песка в наполнителе составляет соотношение 1 к 10.
Предлагаемый способ реализуется следующим образом.
1. Детали промывают 1% раствором хлористого цинка в воде для их обезжиривания.
2. В реактор, имеющий форму цилиндра и объемом 15 дм3, помещают порошок цинка и кварцевый песок в соотношении 1 к 10 соответственно.
3. Изделия из конструкционных сталей помещают в реактор и нагревают в печи в атмосфере аммиака до температуры в интервале Т=750…850°С.
4. Далее проводят комбинированный процесс одновременного газового азотирования и диффузионного цинкования в условиях изотермической выдержки при той же температуре Т=750…850°С в течение 5 часов. Имеющиеся оксиды железа, легирующих элементов и цинка способствуют появлению азотоводородной смеси из аммиака, в свою очередь, водородная смесь позволяет восстановить оксиды железа и легирующих элементов, а также цинка, а остаточный аммиак приводит к образованию нитридов железа, легирующих элементов обрабатываемых изделий.
Таким образом, способ газового азотирования изделий представляет собой комбинированный способ собственно азотирования и диффузионного цинкования, который позволяет получить на поверхности изделий из конструкционных сталей модифицированный слой с толщиной 250-650 мкм, за счет протекания процессов в псевдокипящем слое, состоящем из азото- и цинкосодержащих веществ.
Для сравнения заявляемого способа с прототипами были проведены исследования деталей-образцов из сталей 20, 35, 45, а также 18ХГТ, 30ХГС, подвергнутых только газовому азотированию, только диффузионному цинкованию. Осуществимость и преимущества предлагаемого способа могут быть рассмотрены на представленных ниже примерах.
1. Обработка в виде азотирования деталей-образцов из сталей 20, 35, 45, а также 18ХГТ, 30ХГС по способу, изложенному в прототипе. Реактор с деталями-образцами нагревали в среде аммиака до температуры Т=750…850°С, выдерживали 5 часов, затем охлаждали в печи. Толщина и значения твердости упрочненного слоя, а также характеристики коррозионной стойкости указаны в таблице.
2. Обработка деталей-образцов из сталей 20, 35, 45, а также 18ХГТ, 30ХГС по предлагаемому способу. Реактор с деталями-образцами нагревали в печи до температуры Т=750…850°С в атмосфере аммиака, затем проводили насыщение в псевдокипящем слое в течение 5 часов. Толщина и значения твердости упрочненного слоя, а также характеристики коррозионной стойкости указаны в таблице.
3. Для сравнения эффективности процессов с точки зрения повышения коррозионной стойкости была проведена обработка деталей-образцов из сталей 20, 35, 45, а также 18ХГТ, 30ХГС методом только диффузионного цинкования. Реактор с деталями-образцами нагревали до температуры Т=750…850°С, выдерживали 5 часов, затем охлаждали в печи. Толщина и значения твердости упрочненного слоя, а также характеристики коррозионной стойкости указаны в таблице.
Из таблицы видно, что в прототипе процесс азотирования в псевдокипящем слое показывает наименьшую коррозионную стойкость.
В случае диффузионного цинкования - коррозионная стойкость выше, по сравнению с азотированием в псевдокипящем слое.
Предлагаемый комбинированный способ азотирования, совмещенного с диффузионным цинкованием в псевдокипящем слое, имеет наибольшую коррозионную стойкость.
Толщины упрочненных слоев, получаемые в случае предлагаемого способа, имеют большие значения, чем при азотировании в прототипе и диффузионном цинковании. Значения твердости имеют сравнительно такие же показатели твердости, как в прототипе.
Оценка коррозионной стойкости проводилась путем подсчета количества точек поверхностной коррозии на 1 см2.
Испытание на коррозионную стойкость определяется «коррозией пятен» (см. Стандартизированные методы коррозионных испытаний, Казань 2011, стр. 55).
Из таблицы также видно, что заявляемый способ по сравнению с прототипом и в случае диффузионного цинкования позволяет достигать значительно большей толщины упрочненного слоя на поверхности обрабатываемого материала за сравнимое время обработки.
Можно сделать вывод, что комбинированный способ азотирования изделий из конструкционных сталей, совмещенный с диффузионным цинкованием, позволяет получить на поверхности изделий из конструкционных сталей модифицированные диффузионные слои с увеличенной толщиной коррозионностойкого покрытия по сравнению с известными способами - по прототипу и только при диффузионном цинковании в 2..4 раза, причем без увеличения длительности процессов азотирования и диффузионного цинкования, с получением аналогичных показателей твердости, как в прототипе.
Таким образом, изобретение позволяет повысить коррозионную стойкость и толщину упрочненного слоя при обеспечении достаточной твердости.
Claims (4)
1. Способ химико-термической обработки изделий из конструкционных сталей, включающий нагрев в печи размещенных в реакторе изделий в азотосодержащей атмосфере, изотермическую выдержку в потоке азотосодержащего газа и последующее охлаждение с печью, при этом нагрев осуществляют в присутствии в объеме реактора наполнителя в качестве катализатора для создания вокруг изделий с помощью потока азотосодержащего газа слоя активных частиц, отличающийся тем, что одновременно проводят процесс диффузионного цинкования с использованием в качестве наполнителя порошкообразного цинка в смеси с кварцевым песком и с обеспечением вокруг изделий слоя активных частиц, состоящих из азото- и цинкосодержащих веществ.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагрев, изотермическую выдержку и охлаждение изделий проводят в атмосфере диссоциированного аммиака.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изотермическую выдержку осуществляют в интервале температур 750…850°C.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что порошкообразный цинк и кварцевый песок составляют в наполнителе соотношение 1 к 10.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016125571A RU2639755C1 (ru) | 2016-06-27 | 2016-06-27 | Способ газового азотирования изделий из конструкционных сталей |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016125571A RU2639755C1 (ru) | 2016-06-27 | 2016-06-27 | Способ газового азотирования изделий из конструкционных сталей |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2639755C1 true RU2639755C1 (ru) | 2017-12-22 |
Family
ID=63857472
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016125571A RU2639755C1 (ru) | 2016-06-27 | 2016-06-27 | Способ газового азотирования изделий из конструкционных сталей |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2639755C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2680118C1 (ru) * | 2018-04-11 | 2019-02-15 | Общество с ограниченной ответственностью "Аквамодуль" | Порошковая смесь для термодиффузионного цинкования стальных изделий |
RU2693238C1 (ru) * | 2018-10-18 | 2019-07-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет" | Способ упрочнения твердых сплавов |
RU2736246C1 (ru) * | 2019-05-27 | 2020-11-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет" | Способ упрочнения ультрадисперсного твердого сплава азотированием |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1986007614A1 (en) * | 1985-06-17 | 1986-12-31 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Method of treating the surface of iron alloy materials |
DE4443914A1 (de) * | 1994-12-09 | 1996-06-13 | Bayerische Motoren Werke Ag | Thermochemische Wärmebehandlung eines Metall-Bauteiles mittels Diffusion eines Elementes in einer Wirbelbett-Vorrichtung |
RU2208659C1 (ru) * | 2002-03-19 | 2003-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ПКТФ" | Способ газового азотирования изделий в кипящем слое и установка для его реализации |
RU2285741C2 (ru) * | 2004-05-12 | 2006-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет - УПИ" | Способ и состав для карбохромирования стальных изделий |
-
2016
- 2016-06-27 RU RU2016125571A patent/RU2639755C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1986007614A1 (en) * | 1985-06-17 | 1986-12-31 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Method of treating the surface of iron alloy materials |
US4765847A (en) * | 1985-06-17 | 1988-08-23 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Method of treating the surface of iron alloy materials |
DE4443914A1 (de) * | 1994-12-09 | 1996-06-13 | Bayerische Motoren Werke Ag | Thermochemische Wärmebehandlung eines Metall-Bauteiles mittels Diffusion eines Elementes in einer Wirbelbett-Vorrichtung |
RU2208659C1 (ru) * | 2002-03-19 | 2003-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ПКТФ" | Способ газового азотирования изделий в кипящем слое и установка для его реализации |
RU2285741C2 (ru) * | 2004-05-12 | 2006-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет - УПИ" | Способ и состав для карбохромирования стальных изделий |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2680118C1 (ru) * | 2018-04-11 | 2019-02-15 | Общество с ограниченной ответственностью "Аквамодуль" | Порошковая смесь для термодиффузионного цинкования стальных изделий |
RU2693238C1 (ru) * | 2018-10-18 | 2019-07-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет" | Способ упрочнения твердых сплавов |
RU2736246C1 (ru) * | 2019-05-27 | 2020-11-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет" | Способ упрочнения ультрадисперсного твердого сплава азотированием |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2639755C1 (ru) | Способ газового азотирования изделий из конструкционных сталей | |
Kulka et al. | An alternative method of gas boriding applied to the formation of borocarburized layer | |
Fraczek et al. | Mechanism of ion nitriding of 316L austenitic steel by active screen method in a hydrogen-nitrogen atmosphere | |
CN100494498C (zh) | 金属材料的表面处理方法 | |
JP2016223011A (ja) | 鋼材の表面処理剤および鋼材の表面処理方法 | |
US20150047748A1 (en) | Method of improvement of mechanical properties of products made of metals and alloys | |
CN103774085B (zh) | 一种在低碳合金钢表面制备的高氮奥氏体层及制备方法 | |
US6328819B1 (en) | Method and use of an apparatus for the thermal treatment, in particular nitriding treatment, of metal workpieces | |
US20150159260A1 (en) | Method For The Carburization Of A Deep-Drawn Part Or A Stamped-Bent Part Made Of Austenitic Rustproof Stainless Steel | |
CN101238236B (zh) | 离子渗氮方法 | |
KR101245564B1 (ko) | 스테인레스강, 내열강 및 고합금강에 대한 가스질화방법 | |
RU2692006C1 (ru) | Способ циклического газового азотирования деталей из высоколегированных сталей | |
RU2614292C1 (ru) | Способ циклического газового азотирования деталей из конструкционных легированных сталей | |
JP2006028588A (ja) | 窒化処理方法 | |
CN103305787A (zh) | 一种在不锈钢基体上制备阻氢及其同位素渗透层的方法 | |
JP5758278B2 (ja) | 窒化処理方法 | |
US9738964B2 (en) | Method for the nitro carburization of a deep-drawn part or a stamped-bent part made of austenitic stainless steel | |
JP2009299122A (ja) | 浸窒焼入れ方法、浸窒焼入れ用ヒーター、および浸窒焼入れ装置 | |
RU2692007C1 (ru) | Способ циклического азотирования изделий из стали 08ю в газообразных средах | |
JP2009108411A (ja) | ステンレス鋼製の加工品の表面硬化方法及び該方法の実施のための溶融塩 | |
JP2023146262A (ja) | オーステナイト系表面改質金属部材及びオーステナイト系表面改質金属部材の製造方法 | |
Caliari et al. | Microstructural investigation of oxynitrocarburized components processed at different temperatures | |
JP2014105363A (ja) | フェライト系表面改質金属部材およびフェライト系表面改質金属部材の製造方法 | |
RU2756547C1 (ru) | Способ азотирования коррозионно-стойких и высоколегированных сталей | |
JP4858071B2 (ja) | 鋼材の表面処理方法及び表面処理された鋼材 |