RU2714271C1 - Состав ванны для азотирования деталей из конструкционных и инструментальных сталей - Google Patents

Состав ванны для азотирования деталей из конструкционных и инструментальных сталей Download PDF

Info

Publication number
RU2714271C1
RU2714271C1 RU2019138040A RU2019138040A RU2714271C1 RU 2714271 C1 RU2714271 C1 RU 2714271C1 RU 2019138040 A RU2019138040 A RU 2019138040A RU 2019138040 A RU2019138040 A RU 2019138040A RU 2714271 C1 RU2714271 C1 RU 2714271C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
parts
sodium
bath
chloride
urea
Prior art date
Application number
RU2019138040A
Other languages
English (en)
Inventor
Николай Анатольевич Костин
Николай Николаевич Костин
Елена Владимировна Трусова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Курский государственный 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 образования "Курский государственный университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Курский государственный университет"
Priority to RU2019138040A priority Critical patent/RU2714271C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2714271C1 publication Critical patent/RU2714271C1/ru

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C8/00Solid 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
    • C23C8/40Solid 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 liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions
    • C23C8/42Solid 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 liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions only one element being applied
    • C23C8/48Nitriding
    • C23C8/50Nitriding 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

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к химико-термической обработке деталей, и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин и деталей технологической оснастки в машиностроительной, металлургической, химической, инструментальной и других отраслях промышленности. Состав ванны для азотирования деталей из конструкционных и инструментальных сталей содержит расплав компонентов при следующем соотношении, мас.%: карбамид (NH2)2CO 32-35, натрий углеродистый Nа2CO3 28-30, натрий хлористый NаСl 6, кальций хлористый CaCl2 6, барий хлористый BaCl2 8, едкий натр NаОН – остальное. Обеспечивается повышение экологической безопасности и эксплуатационной стойкости деталей машин и инструментов.

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к химико-термической обработке из конструкционных и инструментальных сталей, и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин и деталей технологической оснастки (штампов, прессформ, фильер и т.д.) в машиностроительной, металлургической, химической, инструментальной и других отраслях промышленности.
Известен способ Тенифер-процесс (Tenifer-Tufftride). Нитроцементация производился в цианистых средах (55% NaCN + 35% KCN + 10% Nа2СО3). (Футани К. Низкотемпературное азотирование сталей в соляных ваннах / Металловедение и термическая обработка металлов, 2004, № 7. – С. 12-16).
Недостатки указанного способа: очень высокая стоимость компонентов, высокая токсичность, что вызывает значительные проблемы, связанные с охраной окружающей среды (нейтрализация газов, сточных вод, отходов производства и т.п.).
Известен способ «мягкого азотирования». Расплав карбамида с углекислыми солями (карбонатами) калия или натрия обеспечивает эффект упрочнения поверхностей стальных деталей (NH2)2CO – 55%; Nа2CO3 -45% (карбомидо-карбанатный)). (Лахтин Ю.М., Арзамасов Б.Н. Химико-термическая обработка металлов. – М: 1985. – С. 183-186).
Недостатки указанного способа:
- технологические трудности, при очень низкой температуре плавления карбамида (133°С) и высокой температуре плавления углекислого натрия (854°С) и особенно углекислого калия (896°С) реакция карбамида с углекислыми солями (карбонатами) происходит очень бурно, с выделением большого количества газов и разбрызгиванием расплава;
- трудность регулирования состава диффузионного слоя, а также контроля состава расплава;
- трудности при освежении состава путем введения в него дополнительных порций карбамида.
- высокая токсичность солей в расплаве и сложности при обезвреживании цианистых отходов;
Технической задачей изобретения является повышение экологической безопасности и эксплуатационной стойкости деталей машин и инструментов.
Технический результат достигается разработкой оптимального состава ванны, включающей в себя карбамид, углекислый натрий, хлористый натрий кальций хлористый, барий хлористый и едкий натр при следующем соотношении компонентов (% мас.): карбамид (NH2)2 CO 32…35%; натрий углекислый Nа2CO3 28…30%; натрий хлористый NаСl 6, кальций хлористый CaCl2 6, барий хлористый BaCl2 8, едкий натр NаОН – остальное.
Использование состава данной ванны обеспечивает высокую скорость и равномерность насыщения поверхностных слоев деталей азотом, исключает выделение ядовитых компонентов в процессе азотирования, исключает загрязнение воздуха рабочей зоны и окружающей среды.
Основной недостаток двухкомпонентной карбамидо–карбонатной ванны – значительные трудности, возникающие при её приготовлении, так как температура плавления карбамида (133ºС) очень низка по сравнению с температурой плавления углекислого натрия (854º) и особенно углекислого калия (896°С). При нагревании твёрдой смеси (порошков) названных веществ в начале плавится карбамид и начинает реагировать с частичками едкого натра, плавающими в жидкости. При этом выделяется большое количество газов. Реакция карбамида с углекислыми солями (карбонатами) происходит очень бурно, с выделением большого количества газов и разбрызгиванием расплава;
2(NH2)2CO+Na2CO3→2NaCNO+2NH3↑+CO2↑+H2O (1)
В результате этого на поверхности ванны образуется большое количество пены, которая выносит из ванны жидкость и твёрдые частицы. При быстром нагреве смеси наблюдается интенсивное выплёскивание расплава из ванны. Большое количество аммиака, выделяющегося при сплавлении компонентов карбамидо-карбонатной ванны значительно загрязняет атмосферу в зоне работы печи.
Для уменьшения потери компонентов и снижения температуры расплава в процессе приготовления азотирующей ванны на основе карбамида и углекислого натрия в её состав был введён натрий хлористый NаСl – 6%, кальций хлористый CaCl2 – 6%, барий хлористый BaCl2 – 8%, и едкий натр в количестве 15…20 %.
Смесь хлористого натрия, кальция хлористого, бария хлористого при известном соотношении снижает температуру плавления солевой смеси с 854ºС до 420ºС и, тем самым, уменьшает разницу в температурах плавления карбомида и углекислого натрия.
Данная состав ванны позволяет растворять в ней карбамид (температура плавления 133°С) без бурного выделения газов, что наблюдается при растворении карбамида в расплавленной соде (температура плавления 854°С). Эта же композиция позволит поддерживать рабочую температуру ванны в интервале 480…580°С без заметного выкипания.
Экспериментальные исследования показали, что при введении в ванну смеси хлористого натрия, хлористого кальция, хлористого бария в данном соотношении, её вскипание при сплавлении компонентов прекратилось.
При температуре 550ºС эта ванна находится полностью в стабильном жидком состоянии.
Кроме недостатков известных ванн на основе карбамида, связанных с выкипанием и большим выносом солей, они представляют экологическую опасность, так как в процессе работы выделяют очень токсичное газообразное вещество – цианистый водород. Цианистый водород образуется в результате реакции цианистого натрия, находящегося в расплаве с парами воды и углекислым газом, образующимися при разложении карбомида
2(NH2)2CO+Na2CO3→2NaCNO+2NH3↑+CO2↑+H2O↑ (2)
4NaCN→2N↓Fe+CO+2NaCN+Na2CO3 (3)
NaCN+ CO2 →Na2CO3+2CHN↑ (4)
CHN+ NaОН →NaCN+ H2O↑ (5)
Едкий натр, введённый в состав азотирующей ванны в количестве 15…20%, связывает цианирующий водород в нелетучее вещество–цианистый натрий, тем самым, делает карбамидосодержащую ванну экологически безопасной в плане выделения вредных веществ в атмосферу. Кроме того, введение в состав ванны едкого натра способствует обогащению расплава цианистым натрием, участвующим в насыщении стали азотом.
Данный состав ванны для азотирования позволяет повысить экологическую чистоту процесса нитроцементации за счёт замены высокотоксичных цианидов калия и натрия, используемых в традиционных нитроцементующих составах, на нетоксичный и дешёвый карбамид.
Способ азотирования с использованием предлагаемой ванны осуществляется следующим образом: тщательно перемешиваем порошкообразные компоненты, расплавляем их и производим стабилизацию (старение) состава ванны в течение 2...3 часов. Исследуемые образцы обезжириваем в щелочном растворе, промываем водой и предварительно прогреваем до температуры 350ºС. Затем погружаем в ванну с данным расплавом при температуре 550ºС и выдерживаем в течении 4 часов. После этого образцы выгружаем и промываем в водяной ванне.
Данный способ азотирования деталей для повышения их износостойкости не представляет технологических трудностей и не требует использования дорогих или дефицитных материалов. Поэтому азотирование деталей с использованием данного расплава может быть легко внедрено на любом машиностроительном предприятии, как в мелкосерийном и крупносерийном, так и ремонтном. При этом предлагаемый способ отличается высокой производительностью, технологической широтой, экономичностью и экологической безопасностью.

Claims (1)

  1. Состав ванны для азотирования деталей из конструкционных и инструментальных сталей, содержащий расплав карбамида, натрия углеродистого, натрия хлористого, кальция хлористого, бария хлористого и едкого натра при следующем соотношении компонентов, мас.%: карбамид (NH2)2CO 32-35, натрий углеродистый Nа2CO3 28-30, натрий хлористый NаСl 6, кальций хлористый CaCl2 6, барий хлористый BaCl2 8, едкий натр NаОН – остальное.
RU2019138040A 2019-11-25 2019-11-25 Состав ванны для азотирования деталей из конструкционных и инструментальных сталей RU2714271C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019138040A RU2714271C1 (ru) 2019-11-25 2019-11-25 Состав ванны для азотирования деталей из конструкционных и инструментальных сталей

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019138040A RU2714271C1 (ru) 2019-11-25 2019-11-25 Состав ванны для азотирования деталей из конструкционных и инструментальных сталей

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2714271C1 true RU2714271C1 (ru) 2020-02-13

Family

ID=69625968

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019138040A RU2714271C1 (ru) 2019-11-25 2019-11-25 Состав ванны для азотирования деталей из конструкционных и инструментальных сталей

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2714271C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040040630A1 (en) * 2002-09-04 2004-03-04 Parker Netsushori Kogyo K.K. Method of producing metal member with enhanced corrosion resistance by salt bath nitriding
RU2256706C1 (ru) * 2004-08-10 2005-07-20 Калининградский государственный технический университет Способ изготовления деталей из мартенситно-стареющих сталей
RU2533577C1 (ru) * 2013-12-18 2014-11-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курский государственный университет" Состав ванны для цианирования металлов и сплавов в жидких средах
CN106244982A (zh) * 2016-08-23 2016-12-21 吴忠仪表有限责任公司 一种用于低温氮化处理奥氏体不锈钢的稀土盐浴及制备方法与应用
RU2686425C1 (ru) * 2018-04-10 2019-04-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Курский государственный университет" Способ сульфоцианирования конструкционных и инструментальных сталей в высокоактивной пасте

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040040630A1 (en) * 2002-09-04 2004-03-04 Parker Netsushori Kogyo K.K. Method of producing metal member with enhanced corrosion resistance by salt bath nitriding
RU2256706C1 (ru) * 2004-08-10 2005-07-20 Калининградский государственный технический университет Способ изготовления деталей из мартенситно-стареющих сталей
RU2533577C1 (ru) * 2013-12-18 2014-11-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курский государственный университет" Состав ванны для цианирования металлов и сплавов в жидких средах
CN106244982A (zh) * 2016-08-23 2016-12-21 吴忠仪表有限责任公司 一种用于低温氮化处理奥氏体不锈钢的稀土盐浴及制备方法与应用
RU2686425C1 (ru) * 2018-04-10 2019-04-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Курский государственный университет" Способ сульфоцианирования конструкционных и инструментальных сталей в высокоактивной пасте

Similar Documents

Publication Publication Date Title
MX2007006969A (es) Procedimiento para templar acero fino y masa fundida de sal para llevar a cabo el procedimiento.
US3303063A (en) Liquid nitriding process using urea
RU2714271C1 (ru) Состав ванны для азотирования деталей из конструкционных и инструментальных сталей
JP6194057B2 (ja) 鋼材の表面処理剤および鋼材の表面処理方法
JPS596911B2 (ja) シアンサンエンガンユウヨウユウエンヨクチユウノシアンカブツガンリヨウオゴクシヨウチニイジスルホウホウ
US4268323A (en) Process for case hardening steel
RU2764098C1 (ru) Состав ванны для сульфоцианирования изделий из конструкционных и инструментальных сталей
US3847597A (en) Process for the combined elimination and/or reconditioning of carburizing salt wastes
RU2533577C1 (ru) Состав ванны для цианирования металлов и сплавов в жидких средах
US4163680A (en) Process for carbonitriding steel and cast iron articles
CN101215697B (zh) 一种利用固废磷化渣配制的复合磷化液及配制方法
US2049806A (en) Carburization of ferrous metals
US4591397A (en) Non-cyanide salt bath and process for carburization of ferrous metals and alloys
JP3990547B2 (ja) 膨張抑制剤及びセメント組成物
EP0059803B1 (en) A process for case hardening steel
RU2622502C1 (ru) Способ скоростного борирования стальной детали
RU2592339C1 (ru) Способ нитроцементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей
BRANZEI et al. Obtaining the Controlled Sulphonitrocarburized Layer Phase Compositions, by the Variation of the Solid Powdery Medium Components
US341784A (en) Signoes op paet inteeest to maey e
SU490871A1 (ru) Карбюризатор дл цементации
CA1244748A (en) Non-cyanide salt bath and process for carburization of ferrous metals and alloys
RU2586178C1 (ru) Способ нитроцементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей
RU2574943C1 (ru) Способ нитроцементации деталей из штамповых сталей
JPS6347784B2 (ru)
JP2007106651A (ja) セメント組成物用膨張抑制剤及びセメント組成物