RU2690630C2 - Carburizer composition for carburizing parts from low-carbon steel - Google Patents
Carburizer composition for carburizing parts from low-carbon steel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2690630C2 RU2690630C2 RU2017122077A RU2017122077A RU2690630C2 RU 2690630 C2 RU2690630 C2 RU 2690630C2 RU 2017122077 A RU2017122077 A RU 2017122077A RU 2017122077 A RU2017122077 A RU 2017122077A RU 2690630 C2 RU2690630 C2 RU 2690630C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon
- carburizer
- iron
- substance
- composition
- Prior art date
Links
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
- 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
- C23C8/60—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 solids, e.g. powders, pastes
- C23C8/62—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 solids, e.g. powders, pastes only one element being applied
- C23C8/64—Carburising
- C23C8/66—Carburising of ferrous surfaces
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области цементации стальных изделий и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин и механизмов путем их термообработки в среде твердого карбюризатора.The invention relates to the field of cementation of steel products and can be used for surface hardening of machine parts and mechanisms by heat treatment in a solid carburizer.
Известен способ термообработки стальных деталей для повышения их прочностных показателей, заключающийся в насыщении поверхностного слоя углеродом при температуре нагрева 930-950°С, с последующей закалкой в масле и низкотемпературным отпуском (Патент 2087550 Российской Федерации, МПК C21D 1/42, С23С 8/22. Способ термической обработки деталей из легированной стали / заявитель и патентообладатель АО «АвтоВАЗ» - №95114513/02; заявл. 04.08.1995; опубл. 20.08.1997).There is a method of heat treatment of steel parts to increase their strength characteristics, which consists in saturating the surface layer with carbon at a heating temperature of 930-950 ° C, followed by quenching in oil and low-temperature tempering (Patent 2087550 of the Russian Federation, IPC C21D 1/42, С23С 8/22 The method of heat treatment of parts made of alloyed steel / applicant and patentee of AvtoVAZ JSC - No. 95114513/02; declared 04.08.1995; publ. 20.08.1997).
Реализация данного способа требует дополнительного проведения высокотемпературного отпуска термообработанной стальной детали, закалки токами высокой частоты, использования 5-10% водного раствора охлаждающей жидкости с добавкой эмульгаторов и последующего низкотемпературного отпуска.The implementation of this method requires an additional high-temperature tempering of the heat-treated steel part, high-frequency quenching, the use of 5-10% aqueous coolant solution with the addition of emulsifiers and subsequent low-temperature tempering.
Известен состав в виде пасты, содержащий сажу и до 55% карбамида, применяемый в интервалах температур 550-600°С (Патент 2254396 Российской Федерации, МПК С23С 8/76. Способ нитроцементации металлов в пастах / заявитель и патентообладатель Курская государственная сельскохозяйственная академия им. проф. И.И. Иванова - 2003128356/02; заявл. 19.09.2003; опубл. 20.06.2005). Состав применим к ограниченному количеству сталей и недостаточно эффективен при высокотемпературной цементации.Known composition in the form of a paste containing carbon black and up to 55% urea, used in the temperature ranges 550-600 ° C (Patent 2254396 of the Russian Federation, IPC С23С 8/76. Method of carbonitriding metals in pastes / applicant and patentee Kursk State Agricultural Academy named after Prof. I.Ivanov - 2003128356/02; declared September 19, 2003; published June 20, 2005). The composition is applicable to a limited number of steels and is not effective enough at high temperature cementation.
Прототипом является состав, содержащий чугунную стружку, карбонат бария и углеродное вещество, полученное термокаталитическим пиролизом The prototype is a composition containing pig iron chips, barium carbonate and carbon matter obtained by thermal catalytic pyrolysis
газообразного сырья в условиях контакта с железооксидным катализатором и последующим фракционированием образовавшейся углеродной массы на молекулярных ситах (2553107 Патент на изобретение Российской Федерации, МПК С23С 8/66 (2006.01). Способ упрочнения изделий из низкоуглеродистой стали / заявитель и патентообладатель ООО «Газпром трансгаз Уфа» - №2013147091/02(073215); заявл. 23.10.2013; опубл. 10.06.2015).gaseous raw materials under conditions of contact with an iron oxide catalyst and subsequent fractionation of the resulting carbon mass on molecular sieves (2553107 Patent for the invention of the Russian Federation, IPC С23С 8/66 (2006.01). Hardening method for low carbon steel products / applicant and patent holder Gazprom Transgaz Ufa LLC - # 2013147091/02 (073215), announced on 10/23/2013; published on 10.06.2015).
Недостатком прототипа является относительно невысокий выход углеродного вещества, поскольку соотношение атомарного количества углерода к водороду в молекуле газа ниже, чем в молекуле жидкого углеводородного сырья. Также к недостатку следует отнести повышенные энергозатраты для проведения термокаталитического пиролиза газа при повышенных значениях температуры из-за относительно высокой термостабильности молекул газообразного углеводородного сырья.The disadvantage of the prototype is a relatively low yield of carbon matter, since the ratio of atomic amount of carbon to hydrogen in the gas molecule is lower than in the molecule of liquid hydrocarbons. Also, the disadvantage is the increased energy consumption for thermocatalytic pyrolysis of gas at elevated temperatures due to the relatively high thermal stability of gaseous hydrocarbon gas molecules.
Техническим результатом предлагаемого изобретения являются обеспечение требуемого диффузионного насыщения углеродом, достижение равномерности глубины слоя по площади изделия и снижение энергозатрат.The technical result of the invention is the provision of the required diffusion saturation with carbon, the achievement of the uniform depth of the layer on the product area and the reduction of energy consumption.
Технический результат достигается тем, что в известном составе карбюризатора для цементации изделий из низкоуглеродистой стали, содержащем карбонат бария и чугунную стружку, используют углеродное вещество - продукт термокаталитического разложения газового конденсата, образующегося при дросселировании и отделяющегося при продувке штатной системой очистки транспортируемого по магистральным трубопроводам газа на газораспределительной станции и головном газораспределительном пункте. Физико-химические свойства газового конденсата представлены в таблице 1.The technical result is achieved in that in a known composition of a carburizer for cementation of products from low carbon steel containing barium carbonate and cast iron chips, a carbon substance is used - a product of thermal catalytic decomposition of gas condensate formed during throttling and separated when the standard cleaning system is transported through the main gas pipelines gas distribution station and the head gas distribution point. Physico-chemical properties of gas condensate are presented in table 1.
Углеродное вещество получено согласно изобретению, термокаталитическим пиролизом газового конденсата в условиях контакта с железооксидным катализатором Fe2O3 при температуре 550°С и атмосферном давлении, объемной скорости подачи сырья 30 мл/мин, в течение 5 ч, с The carbonaceous substance is obtained according to the invention, by thermal catalytic pyrolysis of gas condensate in contact with the iron oxide catalyst Fe 2 O 3 at a temperature of 550 ° C and atmospheric pressure, the flow rate of the raw material is 30 ml / min, for 5 hours, s
последующим отсевом фракции 50-150 мкм путем фракционирования образовавшейся массы на молекулярных ситах.subsequent screening fraction of 50-150 μm by fractionation of the resulting mass on molecular sieves.
Пример. В кварцевый реактор объемом 1 л загружают 10 г оксида железа Fe2O3, нагревают при атмосферном давлении до 550°С, затем осуществляют термокаталитический пиролиз путем дозированной подачи 30 мл/мин в слой Fe2O3 газового конденсата, отобранного при продувке с конденсатосборника ГРС-3. Фракционный состав газового конденсата приведен в таблице 1. Через 5 ч процесс пиролиза останавливают. Образовавшееся углеродное вещество состоит из, в масс. %: аморфного углерода - 96,2, кристаллического углерода - 2,85, железа - 0,94, водорода - 0,01 и имеет сажевую структуру, о чем свидетельствуют результаты электронно-микроскопического анализа. При этом обеспечивается равномерное распределение атомов железа по всей структуре углеродного вещества, физико-химические свойства которого приведены в таблице 2. Далее полученное углеродное вещество охлаждают до 20°С и подвергают фракционированию на молекулярных ситах, отбирая при этом фракцию 50-150 мкм.Example. The quartz reactor of 1 liter was charged with 10 g of Fe 2 O 3 of iron oxide, was heated at atmospheric pressure to 550 ° C, then carried thermocatalytic pyrolysis by dispensing 30 ml / min in a layer of Fe 2 O 3 gas condensate selected while purging with condensate GDS-3. The fractional composition of the gas condensate is shown in Table 1. After 5 hours, the pyrolysis process is stopped. The resulting carbon substance consists of, in mass. %: amorphous carbon - 96.2, crystalline carbon - 2.85, iron - 0.94, hydrogen - 0.01 and has a soot structure, as evidenced by the results of electron microscopic analysis. This ensures a uniform distribution of iron atoms throughout the structure of the carbon substance, the physicochemical properties of which are given in Table 2. Next, the carbon material obtained is cooled to 20 ° C and subjected to fractionation on molecular sieves, selecting a fraction of 50-150 μm.
Карбюризатор для цементации готовят путем добавления в углеродное вещество (80% масс.) чугунной стружки со средним размером гранул 0,5 мм (10% масс.), карбоната бария ВаСО3 (10% масс.) и равномерного перемешивания.The carburizer for carburizing is prepared by adding to the carbon matter (80 wt.%) Cast iron chips with an average grain size of 0.5 mm (10 wt.%), Barium carbonate BaCO 3 (10 wt.%) And uniform mixing.
Демонтированный шестеренчатый вал редуктора КАМАЗа, изготовленный из стали марки Ст20, помещают в металлический контейнер, на дно которого засыпан слой карбюризатора толщиной 30 мм. После укладки детали засыпают сверху слоем карбюризатора толщиной 30 мм. Карбюризатор плотно утрамбовывают. Сверху укладывают лист асбеста, засыпают его кварцевым песком. Контейнер закрывают крышкой и обеспечивают его герметизацию путем обмазывания огнеупорной глиной. Далее контейнер с уложенными деталями устанавливают в нагретую до температуры цементации 900°С электрическую камерную печь The dismantled gear shaft of a KAMAZ gearbox, made of steel of the St20 brand, is placed in a metal container, at the bottom of which a layer of carburizer 30 mm thick is filled. After installation, the parts are covered with a 30 mm thick carburizer on top. Carburizer tightly tamped. A sheet of asbestos is laid on top, covered with quartz sand. The container is closed with a lid and ensure its sealing by coating with refractory clay. Next, the container with the installed parts is installed in an electric chamber furnace heated to a cementation temperature of 900 ° C
сопротивления СНО-4.8.4/10И1 и выдерживают в ней до 7 ч в зависимости от требуемой толщины слоя цементации.resistance of CHO-4.8.4 / 10I1 and maintain in it up to 7 hours, depending on the required thickness of the cementation layer.
После окончания стадий цементации, охлаждения до 100°С и разгрузки, детали подвергают двойной закалке и отпуску. Первая закалка, необходимая для исправления структуры сердцевины детали, испытывающей в процессе цементации перегрев, производится при температуре 820°С. Вторая закалка при температуре 770°С придает высокую твердость поверхностному слою детали. Низкий отпуск для снятия температурных напряжений - при температуре 150°С.After completion of the cementation stages, cooling to 100 ° C and unloading, the parts are subjected to double quenching and tempering. The first quenching required to correct the structure of the core of the part, which is experiencing overheating during the cementation process, is performed at a temperature of 820 ° C. The second hardening at a temperature of 770 ° C gives high hardness to the surface layer of the part. Low tempering to relieve temperature stress - at a temperature of 150 ° C.
Контроль качества осуществляют по эффективной толщине слоя цементации, которая определяется по его твердости и структуре. Замер твердости производится методом экспресс-анализа с помощью ультразвукового твердомера MIC10. Границей зоны цементации является структура, состоящая из перлита и феррита в равных пропорциях, и соответствующая концентрации углерода - 0,4% общей массы. Оценка толщины слоя цементации принимается по твердости термически обработанных образцов в присутствии твердого карбюризатора, за конец зоны слоя цементации принимается зона с твердостью 40-45 НRCЭ. Результаты испытаний представлены в таблице 3.Quality control is carried out on the effective thickness of the layer of cementation, which is determined by its hardness and structure. Measurement of hardness is performed by the method of rapid analysis using an ultrasonic hardness tester MIC10. The boundary of the cementation zone is a structure consisting of perlite and ferrite in equal proportions, and the corresponding carbon concentration is 0.4% of the total mass. The assessment of the thickness of the cementation layer is taken by the hardness of the heat-treated samples in the presence of a solid carburizer; the zone with a hardness of 40-45 НRC Э is taken as the end of the cementation layer zone. The test results are presented in table 3.
Достигнутые значения глубины слоя цементации и показателя твердости по шкале Бринелля (НВ) показывают, что предлагаемый карбюризатор обеспечивает равномерную глубину цементации образца и позволяет снизить энергозатраты за счет использования для получения углеродного вещества газового конденсата вместо дефицитного газового сырья.The achieved values of the cementation layer depth and the Brinell hardness (HB) index show that the proposed carburizer provides a uniform sample cementation depth and reduces energy consumption by using gas condensate for producing carbon matter instead of a scarce gas raw material.
Изобретение может найти широкое применение в различных областях газовой промышленности, машиностроения и металлургии.The invention can find wide application in various areas of the gas industry, engineering and metallurgy.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017122077A RU2690630C2 (en) | 2017-06-22 | 2017-06-22 | Carburizer composition for carburizing parts from low-carbon steel |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017122077A RU2690630C2 (en) | 2017-06-22 | 2017-06-22 | Carburizer composition for carburizing parts from low-carbon steel |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2017122077A RU2017122077A (en) | 2018-12-24 |
RU2017122077A3 RU2017122077A3 (en) | 2019-04-26 |
RU2690630C2 true RU2690630C2 (en) | 2019-06-04 |
Family
ID=64752942
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017122077A RU2690630C2 (en) | 2017-06-22 | 2017-06-22 | Carburizer composition for carburizing parts from low-carbon steel |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2690630C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2728333C1 (en) * | 2020-02-11 | 2020-07-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Курский государственный университет" | Method for cementing parts from structural and tool steels |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4016012A (en) * | 1974-06-17 | 1977-04-05 | Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha | Method for surface treatment of metallic materials |
US20100203340A1 (en) * | 2009-02-09 | 2010-08-12 | Ruoff Rodney S | Protective carbon coatings |
RU2553107C2 (en) * | 2013-10-23 | 2015-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Уфа" | Strengthening method of items from low-carbon steel |
RU2561552C2 (en) * | 2013-12-11 | 2015-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Уфа" | Carboniser for carbonisation of low carbon steel items |
-
2017
- 2017-06-22 RU RU2017122077A patent/RU2690630C2/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4016012A (en) * | 1974-06-17 | 1977-04-05 | Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha | Method for surface treatment of metallic materials |
US20100203340A1 (en) * | 2009-02-09 | 2010-08-12 | Ruoff Rodney S | Protective carbon coatings |
RU2553107C2 (en) * | 2013-10-23 | 2015-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Уфа" | Strengthening method of items from low-carbon steel |
RU2561552C2 (en) * | 2013-12-11 | 2015-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Уфа" | Carboniser for carbonisation of low carbon steel items |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2728333C1 (en) * | 2020-02-11 | 2020-07-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Курский государственный университет" | Method for cementing parts from structural and tool steels |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2017122077A3 (en) | 2019-04-26 |
RU2017122077A (en) | 2018-12-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Tian et al. | Refined Bainite Microstructure and Mechanical Properties of a High‐Strength Low‐Carbon Bainitic Steel Treated by Austempering Below and Above MS | |
Zhou et al. | Innovative processing of obtaining nanostructured bainite with high strength-high ductility combination in low-carbon-medium-Mn steel: Process-structure-property relationship | |
Wu et al. | Thermal stability of austenite and properties of quenching & partitioning (Q&P) treated AHSS | |
CN110172555B (en) | Decarburization process for improving hydrogen embrittlement resistance of steel surface layer | |
RU2690630C2 (en) | Carburizer composition for carburizing parts from low-carbon steel | |
CN1804103A (en) | Chemical heat treatment for solid rare earth accelerant | |
Hong et al. | Mechanical properties of high-Si plate steel produced by the quenching and partitioning process | |
CN106222553A (en) | A kind of thickness is the manufacture method of the cold rolling medium high carbon alloy structural steel of 0.1 0.4mm | |
Hasan et al. | Improvement of AISI 1018 Carbon Steel Gr 1018 mechanical properties by liquid carburizing in salt bath | |
RU2553107C2 (en) | Strengthening method of items from low-carbon steel | |
Nagao et al. | Refinement of cementite in high strength steel plates by rapid heating and tempering | |
Pereloma et al. | Comparison of ferritic nitrocarburising technologies | |
Han et al. | Research on Q&P hot stamping process integrated with fractional cooling strategy | |
Tapar et al. | Investigation of the Effects of Low‐Pressure Carburizing Process Parameters on Microstructural Evolution by Means of In Situ Synchrotron X‐Ray Diffraction | |
Maliska et al. | Microstructural characterization of plasma nitriding surface of sintered steels containing Si | |
Türk et al. | Structural characterization of fluidized bed nitrided steels | |
Popoola et al. | Experimental study of the effect of siliconizing parameters of thermochemical treatment of low carbon steel | |
Ghazvinloo et al. | Mechanical properties of a high Si and Mn steel heat treated by one-step quenching and partitioning | |
Pham et al. | Microstructure and Hardness of Borided Layer on SKD61 Steel | |
Gavrilov et al. | The Study of the Formation Process of Microstructure and Properties during Laser Alloying of the Surface of the Structural Steels | |
Satbayeva et al. | Plasma Electrolytic Cementation of 0.3 C-1Cr-1Mn-1Si-Fe Steel | |
Biró et al. | Nitrocarburising of low alloyed case hardening steels applying three different temperatures | |
Babul et al. | Effect of initial microstructure of tool steels on the thickness and hardness of layers obtained by nitrocarburizing | |
Bell et al. | Austenitic nitriding and bainitic hardening of sintered irons | |
Shi et al. | Enhanced carburization efficiency and performance of vacuum carburized layers by La2O3-doped supersonic fine particle bombardment |