RU2686425C1

RU2686425C1 - Method for sulphocyaniding of structural and tool steels in highly active paste

Info

Publication number: RU2686425C1
Application number: RU2018113039A
Authority: RU
Inventors: Николай Анатольевич Костин; Николай Николаевич Костин; Валерий Иванович Колмыков; Денис Валерьевич Колмыков
Priority date: 2018-04-10
Filing date: 2018-04-10
Publication date: 2019-04-25

Abstract

FIELD: machine building.SUBSTANCE: invention relates to machine building, particularly, to chemical-thermal treatment of metals and alloys, and can be used for surface hardening of parts of machines and equipment operating in conditions of friction at high contact loads and with lack of lubrication. Method of sulphocyanating articles from structural or tool steels in high-active paste involves depositing highly active paste on the surface of articles, heating with subsequent holding and cooling. High-active paste is paste containing ferricyanide potassium KFe(CN), carbamide (NH)CO, sodium carbonate NaCO, sodium sulphide NaS, nitrocellulose varnish NC 222 and soot DG-100, with the following ratio of components, wt. %: KFe(CN)– 8–15, (NH)CO – 5–10, NaCO– 5–10, NaS – 2–5, nitrocellulose varnish NTs 222 – 15–30, soot DG-100 – balance. Heating is carried out at 550–650 °C with curing for 3 hours, after cooling of item is washed in hot water at temperature 80 °C till the paste is completely removed, dried, then transferred into a bath with hot oil having temperature of 110–120 °C and held for 5–10 minutes.EFFECT: higher rate of sulphocyanation, possibility of processing articles of any size and shape, possibility of local sulphocyanation of working surfaces of articles, as well as high environmental safety of sulphocyanation.1 cl, 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к химико-термической обработке металлов и сплавов, и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин и оборудования, работающих в условиях трения при высоких контактных нагрузках и при недостатке смазки.The invention relates to the field of engineering, in particular to the chemical-heat treatment of metals and alloys, and can be used for surface hardening of machine parts and equipment operating under friction under high contact loads and with a lack of lubrication.

Известен способ сульфоцианирования стальных изделий в цианистой ванне следующего состава (% масс): цианистый натрий NaCN-50%; хлористый калий КСl-20%; сернистокислый натрий Na₂S₂O₃-5%. Температура обработки 540…570°С, длительность - 1…4 часа [Самоходский А.И., Парфеновская Н.Г. Технология термической обработки металлов. Изд. 2. - М: Машиностроение, 1976. - 311 с.] Недостатками указанного способа является высокая стоимость компонентов, высокая токсичность ванны, что вызывает значительные проблемы, связанные с охраной окружающей среды. Необходимо устройство эффективной вентиляции и нейтрализация отходящих газов, содержащих цианистый водород, нейтрализация следов цианистой соли и сточных вод, отходов производства и др. Кроме того, к недостаткам использования соляных ванн следует отнести и сложность при обработке изделий больших размеров (размеры лимитируются объемом ванны), невозможность локального насыщения рабочих поверхностей деталей сложной формы, затруднение использования в условиях массового производства на машиностроительных предприятиях.There is a method of sulfocyanating steel products in a cyanide bath of the following composition (% by weight): sodium cyanide NaCN-50%; potassium chloride KCl-20%; sodium sulfite Na ₂ S ₂ O ₃ -5%. The processing temperature is 540 ... 570 ° С, the duration is 1 ... 4 hours [Samohodsky A.I., Parfenovskaya N.G. Technology of heat treatment of metals. Ed. 2. - M: Mashinostroenie, 1976. - 311 pp.] The disadvantages of this method are the high cost of the components, the high toxicity of the bath, which causes significant problems related to environmental protection. It is necessary to have effective ventilation and neutralization of waste gases containing hydrogen cyanide, neutralization of traces of cyanide salt and sewage, production waste, etc. In addition, the disadvantages of using salt baths include the difficulty in processing large-sized products (sizes are limited by the volume of the bath), the impossibility of local saturation of the working surfaces of parts of complex shape, the difficulty of using in conditions of mass production at machine-building enterprises.

Известен способ сульфоцианирования стальных изделий в твердом карбюраторе, содержащем следующие компоненты (% масс): древесноугольный карбюризатор (бондюжский) - 60%; сернистое железо Fe S - 20%; железосинеродистый калий К₄Fe(CN₄) - 10%; сера S - 10,%. Температура обработки 560°С, длительность 10 ч и более [Зинович Н.С. Исследование процесса сульфидирования / В кн. Повышение стойкости деталей машин (сульфидирование) // Под ред. М.М. Хрущова. - М.: Гос. науч. техн. изд-во машиностроительной лит., 1959. - С. 79-94.]There is a method of sulfocyanating steel products in a solid carburetor, containing the following components (% by mass): charcoal carburizer (Bonduge) - 60%; iron sulfide Fe S - 20%; ferro-synergistic potassium K ₄ Fe (CN ₄ ) - 10%; sulfur S - 10,%. The processing temperature of 560 ° C, duration 10 hours or more [Zinovich N.S. The study of the process of sulfidization / In kN. Increase the resistance of machine parts (sulfidization) // Ed. M.M. Khrushchov. - M .: State. scientific tech. Mechanical Engineering Publishing House, 1959. - p. 79-94.]

Недостатками этого способа являются большая длительность процесса сульфоцианирования, большой расход карбюризатора и высокая трудоемкость, связанная с использованием ручного труда при упаковке и распаковке контейнеров для сульфоцианирования (цементационных ящиков), неравномерность насыщения разных участков деталей сложной формы.The disadvantages of this method are the long duration of the sulfocyanation process, the high consumption of the carburizer and the high labor intensity associated with the use of manual labor in the packaging and unpacking of containers for sulfocyaniating (cement boxes), uneven saturation of different parts of complex parts.

Технической задачей изобретения является повышение скорости сульфоцианирования, обеспечение возможности обработки деталей любых размеров и форм, обеспечение возможности локального сульфоцианирования рабочих поверхностей деталей, а также повышение экологической безопасности процесса сульфоцианирования.An object of the invention is to increase the speed of sulfocyanation, providing the possibility of processing parts of any size and shape, providing the possibility of local sulfocyanirovanie working surfaces of parts, as well as improving the environmental safety of the process of sulfocyanidation.

Технический результат достигается тем, что в известном способе сульфоцианирования деталей из конструкционных и инструментальных сталей в сульфоцианирующей среде, включающем нанесение пасты на поверхность детали, нагрев с последующей выдержкой и охлаждение, согласно изобретению, сульфоцианирующую среду готовят в виде пасты, содержащей железосинеродистый калий К₄Fe(CN)₆, карбамид (NH₂)₂СО, углекислый натрий Na₂CO₃, сульфид натрия Na₂S, нитроцеллюлозный лак НЦ 222 и аморфный углерод (сажа ДГ100) при следующем соотношении компонентов, масс. %: К₄Fe(CN)₆ - 8…15%; (NH₂)₂CO - 5…10%; Na₂CO₃ - 5…10%; Na₂S - 2…5%; нитроцеллюлозный лак НЦ 222-15…30%; газовая сажа ДГ-100-остальное, наносят пасту на изделие, нагревают при температуре 550-650°С с выдержкой в течение 3 часов, охлаждают, промывают в горячей воде при температуре 80°С до полного удаления пасты, сушат, затем переносят в ванну с горячим маслом (110-120°С) и выдерживают 5-10 мин.The technical result is achieved by the fact that in the known method of sulfocyanirovanie parts from structural and tool steels in sulfonation medium, including applying a paste to the surface of the part, heating, followed by exposure and cooling, according to the invention, the sulfocyanating medium is prepared in the form of a paste containing potassium ferrocyanide K ₄ Fe (CN) ₆ , carbamide (NH ₂ ) ₂ CO, sodium carbonate Na ₂ CO ₃ , sodium sulfide Na ₂ S, nitrocellulose varnish NC 222 and amorphous carbon (carbon black DG100) in the following ratio of components, mass. %: K ₄ Fe (CN) ₆ - 8 ... 15%; (NH ₂ ) ₂ CO - 5 ... 10%; Na ₂ CO ₃ - 5 ... 10%; Na ₂ S - 2 ... 5%; nitrocellulose lacquer NC 222-15 ... 30%; gas soot DG-100-the rest, put the paste on the product, heated at a temperature of 550-650 ° C with an exposure for 3 hours, cooled, washed in hot water at a temperature of 80 ° C until complete removal of the paste, dried, then transferred to a bath with hot oil (110-120 ° C) and incubated for 5-10 minutes.

Сульфоцианирование стали с использованием такого покрытия обеспечивает высокую скорость и равномерность насыщения поверхностных слоев азотом, серой и углеродом.Sulfocyanating steel using such a coating provides a high rate and uniformity of saturation of the surface layers with nitrogen, sulfur and carbon.

Отсутствие ядовитых компонентов и невысокая испаряемость не приводит к недопустимому загрязнению атмосферного воздуха и не требует устройства специальной вентиляции.The absence of toxic components and low evaporation does not lead to unacceptable pollution of atmospheric air and does not require special ventilation.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

Готовят пасту, для чего тщательно смешивают порошкообразные сухие компоненты, и полученную смесь разводят нитроцеллюлозным лаком до образования густой пасты. Приготовленную пасту необходимо использовать в течение часа.A paste is prepared, for which powdered dry ingredients are thoroughly mixed, and the mixture is diluted with nitrocellulose lacquer until a thick paste is formed. Cooked pasta must be used within an hour.

Приготовленную пасту наносят на деталь, очищенную от загрязнений. Поэтому можно наносить либо погружением детали в сосуд с пастой (детали небольших размеров), либо кистью на упрочняемые поверхности крупногабаритных деталей (например, на шейки коленчатого вала). Слой пасты на поверхностях деталей должен составлять 1,5…2 мм.The prepared paste is applied on the item, cleaned of dirt. Therefore, it is possible to apply either by immersing the parts into a jar with paste (small parts), or with a brush on the reinforced surfaces of large-sized parts (for example, on the crankshaft necks). The paste layer on the surfaces of the parts should be 1.5 ... 2 mm.

Детали с нанесенной на их поверхности пастой высушивают: при комнатной температуре (20°С) в течение 1…1,5 часов, а при температуре 80°С в течение 15…30 мин. Детали с нанесенной на них пастой могут храниться неограниченное время до загрузки в печь, при этом они не вызывают загрязнения оборудования и персонала. Сухое покрытие устойчиво к ударам.The parts with paste applied on their surface are dried: at room temperature (20 ° С) for 1 ... 1.5 hours, and at temperature 80 ° С for 15 ... 30 minutes. Parts with paste applied on them can be stored for an unlimited time before being loaded into the furnace, and they do not cause contamination of the equipment and personnel. Dry coating resistant to shocks.

Для сульфоцианирования детали с сухим покрытием загружают в печь с герметичной ретортой (типа Ц, США и др.). Температура сульфоцианирования 550…650°С, длительность - в зависимости от требуемой толщины сульфоцианированного слоя. В процессе сульфоцианирования в реторту печи подается бескислородная атмосфера во избежание сгорания активного покрытия.For sulfosianization, parts with a dry coating are loaded into an airtight retort furnace (such as C, USA, etc.). The temperature of sulfosianization is 550 ... 650 ° С, the duration depends on the required thickness of the sulfocyanated layer. In the process of sulfocyanation, an oxygen-free atmosphere is fed into the retort of the furnace in order to avoid the burning of the active coating.

Сульфоцианирование деталей с использованием предлагаемой обмазки можно использовать в печах непрерывного действия в эндотермической или азотирующей атмосферах (в условиях массового производства) или в цементационных ящиках (в условиях единичного, в частности ремонтного производства). В последнем случае изделия можно упаковывать вплотную друг к другу, что экономит пространство в ящике и ручной труд.Sulfocyanation of parts using the proposed coating can be used in continuous furnaces in endothermic or nitriding atmospheres (under mass production conditions) or in grout boxes (under single, in particular, repair production) conditions. In the latter case, the products can be packed close to each other, which saves space in the box and manual labor.

После сульфоцианирования детали выгружают из печи и охлаждают на воздухе, в воде или масле (в зависимости от марки стали и назначения изделия) и очищают от следов обмазки в моечных машинах или вручную.After sulphonation, the parts are unloaded from the furnace and cooled in air, in water or oil (depending on the steel grade and the purpose of the product) and cleaned of traces of coating in washers or manually.

Эффективность заявляемого способа сульфоционирования иллюстрируются примером.The effectiveness of the proposed method sulfonation illustrated example.

Пример. Сульфоцианированию подвергались образцы в виде дисков диаметром 50 мм и толщиной 10 мм из стали 42ХМФА (сталь для коленчатых валов двигателей КАМАЗ). Предварительно обезжиренные уайт-спиритом диски покрывались слоем пасты, содержащей 10% железосинеродистого калия (желтой кровяной соли) К₄Fe(CN)₆; 10% карбамида (мочевины) (NH₂)₂CO; 5% сульфида натрия Na₂S; 30% нитроциллюлозного лака НЦ 222, остальное - аморфный углерод (газовой сажи ДГ100). Толщина слоя пасты 1,5-2,0 мм.Example. The samples in the form of disks with a diameter of 50 mm and a thickness of 10 mm from steel 42HMFA (steel for crankshafts of KAMAZ engines) were subjected to sulfocyanization. Pre-defatted white spirit discs were covered with a paste layer containing 10% potassium ferrocyanide (yellow blood salt) K ₄ Fe (CN) ₆ ; 10% carbamide (urea) (NH ₂ ) ₂ CO; 5% sodium sulfide Na ₂ S; 30% nitrocyllulose varnish NC 222, the rest is amorphous carbon (carbon black DG100). The thickness of the paste layer is 1.5-2.0 mm.

Образцы высушивались при температуре 80°С в течение 0,5 часа до образования твердого покрытия и загружались в печь Ц-25 (подвешивались на специальном приспособлении), разогретую до температуры сульфоцианирования. Обработка проводилась при трех температурах: 550, 600 и 650°С, длительность обработки во всех случаях три часа. После сульфоцианирования образцы охлаждались в воде. Затем промывали в горячей воде при температуре 80°С до полного удаления пасты, сушили, затем укладывали в ванну с горячим маслом (110-120°С) и выдерживали 5-10 мин.The samples were dried at a temperature of 80 ° C for 0.5 hours before the formation of a solid coating and loaded into the furnace C-25 (hung on a special device), heated to the temperature of sulfocyanation. The treatment was carried out at three temperatures: 550, 600 and 650 ° С, the treatment duration in all cases was three hours. After sulfosianization, the samples were cooled in water. Then it was washed in hot water at a temperature of 80 ° C until the paste was completely removed, dried, then placed in a bath with hot oil (110-120 ° C) and kept for 5-10 minutes.

Сульфоцианированные образцы испытывались на машине трения СМЦ-2 на стойкость против задира в условиях сухого трения, контр-тело (колодка) - нормализованная сталь 42МФА. Испытания проводились при частоте вращения шпинделя машины 1000 мин^-1. После каждых 15 мин. испытания машина останавливалась для охлаждения образца и увеличения нагрузки на 0,5 МГЛА путем подтягивания пружины нагружающего устройства машины СМЦ-2 на 10 кчс. Испытания начинались с нагрузки 2 МПА.Sulfocyanated samples were tested on a SMC-2 friction machine for resistance to scuffing under conditions of dry friction, the counter-body (block) was normalized steel 42MFA. The tests were carried out at the spindle speed of the machine 1000 min ^-1 . After every 15 minutes The test machine stopped for cooling the sample and increasing the load by 0.5 MGLA by pulling up the spring of the loading device of the SMC-2 machine for 10 kchs. The tests began with a load of 2 MPA.

После испытания на образцах готовились микрошлифы, на которых исследовалась структура сульфоцианированных слоев, и определялся химический состав. Результаты исследования представлены в таблице 1.After the test, micro sections were prepared on which the structure of the sulfocyanated layers was studied, and the chemical composition was determined. The results of the study are presented in table 1.

Таким образом, предлагаемый способ сульфоцианирования позволяет повысить противозадирные свойства стальных изделий в 3-5 раз, что позволяет рекомендовать его для деталей, работающих в условиях интенсивного трения с недостатком смазки. При этом предлагаемый способ отличается высокой производительностью, технологической широтой, экономичностью и экологической безопасностью. Он не требует дорогостоящего специализированного оборудования и может быть внедрен как на машиностроительных, так и на ремонтных предприятиях.Thus, the proposed method of sulfocyanation allows you to increase the extreme pressure properties of steel products by 3-5 times, which allows us to recommend it for parts operating under conditions of intense friction with a lack of lubrication. In this case, the proposed method is characterized by high performance, technological breadth, efficiency and environmental safety. It does not require expensive specialized equipment and can be implemented both at machine-building and at repair shops.

Claims

Method sulfotsianirovaniya products of structural or tool steels in highly paste comprising applying highly paste on the surface of the articles, heating followed by exposure and cooling, characterized in that as highly active paste applied paste containing ferricyanide potassium K ₄ Fe (CN) _6, carbamide (NH ₂ ) ₂ CO, sodium carbonate Na ₂ CO ₃ , sodium sulfide Na ₂ S, nitrocellulose lacquer NC 222 and carbon black DG-100 in the following ratio of components, wt. %: K ₄ Fe (CN) ₆ - 8-15, (NH ₂ ) ₂ CO - 5-10, Na ₂ CO ₃ - 5-10, Na ₂ S - 2-5, nitrocellulose lacquer NC 222 - 15-30 , carbon black DG-100 - the rest, and heating is carried out at a temperature of 550-650 ° C with an exposure for 3 hours, after cooling, the product is washed in hot water at a temperature of 80 ° C until the paste is completely removed, dried, then transferred to a hot bath oil having a temperature of 110-120 ° C, and incubated for 5-10 minutes