RU2728333C1 - Способ цементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей - Google Patents
Способ цементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2728333C1 RU2728333C1 RU2020106287A RU2020106287A RU2728333C1 RU 2728333 C1 RU2728333 C1 RU 2728333C1 RU 2020106287 A RU2020106287 A RU 2020106287A RU 2020106287 A RU2020106287 A RU 2020106287A RU 2728333 C1 RU2728333 C1 RU 2728333C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- parts
- paste
- soot
- bentonite
- marshalite
- 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
Abstract
Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке конструкционных и инструментальных сталей, и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин и технологической оснастки штампов, прессформ, фильер в машиностроительной и других отраслях промышленности. Осуществляют нанесение пасты для цементации на поверхность детали, нагрев с последующей выдержкой, закалку и отпуск. Паста для цементации содержит порошкообразные компоненты: углекислый натрий NаСО, бентонит, маршалит, сажу ДГ-100 при следующем соотношении, мас. %: углекислый натрий NаСО20-30, бентонит 5-10, маршалит 10-20, сажа ДГ-100 остальное, при этом в качестве пастообразователя используют поливинилацетатную эмульсию в количестве 30-50% от массы порошкообразных компонентов, приготовленную из клея ПВА-60%, метанола 15% и воды 25%. Пасту наносят на деталь, сушат при температуре 80-90°С, затем деталь нагревают до температуры 920-980°С в течение 6-8 часов, далее подвергают закалке и отпуску при температуре 200-550С в течение 2 часов. Обеспечивается возможность обработки деталей любых размеров и форм, повышение равномерности нагрева деталей и скорости их цементации, а также повышение экологической безопасности процесса цементации. 1пр.
Description
Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке конструкционных и инструментальных сталей и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин и технологической оснастки (штампов, прессформ, фильер и т.д.) в машиностроительной, металлургической, химической, инструментальной и других отраслях промышленности.
Известен состав для цементации деталей (патент SU 1548263 A1), включающий приготовление пасты путем смешивания графита, углекислого бария, эмали ЭВТ при следующем соотношении компонентов, масс.%: графита–40-70%; углекислого бария–5-10%; остальное-эмаль ЭВТ, нанесение пасты, сушка при Т=100-200°C в течение 0,5-1,0 часа и последующую цементацию проводят при температуре 900°C в течение 4-6 часов, затем образцы подвергают закалке с температуры цементации. Этот способ взят нами в качестве прототипа.
Недостатки указанного способа состоят в том, что возникает необходимость использования дополнительной азотоуглеродистой среды (газовой или твердой), вытесняющей воздух из рабочего пространства печи, что усложняет технологию цементации и повышает ее трудоемкость.
Технической задачей изобретения является повышение скорости цементации, обеспечение возможности обработки деталей любых размеров и форм, обеспечение возможности локального цементирования рабочих поверхностей деталей, повышения равномерности нагрева деталей, а также повышение экологической безопасности процесса цементации.
Технический результат достигается тем, что способ цементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей в цементуемой среде, включающий нанесение пасты на поверхность детали, нагрев с последующей выдержкой, закалку и отпуск, при этом цементуемую среду готовят в виде пасты, содержащей: углекислый натрий Nа2СО3, бентонит, маршалит, сажу ДГ-100 при следующем соотношении компонентов, масс. %: углекислый натрий Nа2СО3–20…30; бентонит–5…10; маршалит–10…20; сажа ДГ-100–остальное, а в качестве пастообразователя используют поливинилацетатную эмульсию (30…50% от массы порошкообразных компонентов), приготовленную из клея ПВА-60%; метанола - 15% и воды - 25%, наносят пасту на деталь, сушат при температуре 80-90°С, затем деталь нагревают до температуры 920-980°С в течение 6-8 часов, далее подвергают закалке и отпуску при температуре 200-550º С в течение 2 часов.
Цементация стали с использованием такого покрытия обеспечивает высокую скорость и равномерность насыщения поверхностных слоев углеродом. Отсутствие ядовитых компонентов и невысокая испаряемость не приводит к недопустимому загрязнению атмосферного воздуха и не требует устройства специальной вентиляции.
Способ цементации с использованием предлагаемой пасты осуществляется следующим образом: готовят пасту, для чего тщательно смешивают порошкообразные сухие компоненты и полученную смесь разводят поливинилацетатной эмульсией до образования пастообразной массы. Расход поливинилацетатной эмульсии составляет 30…50% от массы порошкообразных компонентов. Приготовленную пасту необходимо использовать в течение часа.
На детали, предварительно очищенные от загрязнений уайт-спиритом, наносят
приготовленную пасту методом погружения в емкость с пастой (детали небольших размеров), либо кистью на упрочняемые поверхности крупногабаритных деталей. Слой пасты на поверхностях деталей должен составлять 2,0…3,5 мм.
Детали с нанесённой на их поверхности пастой высушивают при температуре 80-90оС в течение 0,5-1,0 часа до образования твердого покрытия. Детали с нанесённой 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.
Для дальнейшей цементации детали упаковывали в герметизированный контейнер и заполняли нейтральным наполнителем, состоящим из 40% сажи, 50% кварцевого песка, 10% порошка мела для вытеснения воздуха. Подготовленный таким образом контейнер с деталями загружали в печь с герметичной ретортой Ц-105, разогретую до температуры 920°С до 980°С и выдерживали в течение 6-8 часов. После цементации детали подвергали закалке и отпуску при температуре 200-550º С в течение 2 часов.
Цементация 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 качестве связующего вещества использовали бентонит, обладающий повышенной связывающей способностью и высокой сорбционной и каталитической активностью. Бентониты отличаются высокой водоудерживающей способностью - от 8 до 16 раз от массы сухого вещества. Бентониты не являются дефицитным материалом и выпускаются отечественной промышленностью. Основной недостаток бентонитового покрытия - невысокая прочность при повышенных температурах. Для повышения прочности бентонитового покрытия в его состав был введен маршалит. Маршалит - пылевидный кварц, огнеупорность которого составляет 1650-1710°C, что вполне достаточно для использования в цементирующем покрытии, температура которого не превышает 1200°C. При нагреве с бентонитом маршалит спекается в пористую массу, прочность которой составляет 0,4…0,7 МПа.
Маршалит–доступное и дешевое вещество, входящее в состав огнеупорных материалов. В качестве наполнителя маршалит также входит в состав пластмасс, клеев, красок и т.д. В результате эксперимента установлено, что наилучшее удержание пасты в процессе цементации наблюдается при соотношении бентонита и маршалита в связующей части покрытия 1:2.
Активность цементуемого покрытия зависит от соотношения в нем активной части, т.е. углесодержащих компонентов: сажи ДГ-100, углекислого натрия Nа2СО3, (в соотношении от 70:30 % до 60:40 %), и нейтральной части - связки бентонит и маршалит. Результаты проведенного эксперимента показали, что оптимальной активностью обладает покрытие, которое состоит ~60% активной части и ~40% связующей части. Цементация стали с использованием такого покрытия обеспечивает высокую скорость и равномерность насыщения поверхностных слоев углеродом.
Содержание в пасте сажи ДГ–100 в заданном количестве, является оптимальным, так как распад сажи позволяет насыщающим элементам активно поглощаться сталью, что обеспечивает высокую скорость насыщения при минимальном расходе компонента, а в поверхностном слое образуется корка с зёрнами цементита, что повышает износостойкость образцов.
Основным источником углерода в данной цементующей среде является окись углерода. Её науглероживающее действие проявляется при распаде на поверхности стали с выделением атомарного углерода, который усваивается этой поверхностью.
2СО → С↓Fe + СО2 (1)
Содержание в пасте углекислого натрия Nа2СО3 в заданном количестве, является оптимальным, так как активная окись углерода в цементующем покрытии образуется в результате термической диссоциации углекислого натрия
Nа2СО3 → NаО + СО2 (2)
и последующем взаимодействием СО2 с углеродом на поверхности раскалённых частичек сажи
СО2 + С → 2СО (3)
Однако, учитывая высокую науглероживающую способность данного покрытия, можно предположить, что в покрытии образуется дополнительное количество окиси углерода, связанное с диссоциацией окисла NаО. Окись натрия диссоциирует на компоненты Nа, О2, и О в результате чего доставляется кислород, необходимый для образования окиси углерода при его реакции с сажей:
О2 + 2С = 2СО ; (4)
О + С = СО (5)
Использование поливинилацетатной эмульсии, состоящей из клея ПВА - 60%; метанола - 15% и воды - 25%, для приготовления пастообразователя вместо силикатной эмали делает способ цементации экологически безопасным.
Эффективность заявляемого способа цементации иллюстрируется примером.
Втулки диаметром 50 мм и толщиной 10 мм из стали 5ХГС предварительно обезжиренные уайт-спиритом покрывались слоем пасты, содержащей углекислый натрий Nа2СО3–20…30; бентонит–5…10; маршалит–10…20; сажу ДГ-100–остальное, разведенную до пастообразного состояния поливинилацетатной эмульсией (ПВА-60%; метанола-15% и воды-25%,). Расход поливинилацетатной эмульсии составляет 30…50% от массы порошкообразных компонентов. Толщина покрытия детали пастой 2,0 – 3,5 мм.
Покрытые пастой образцы высушивались при температуре 80-90оС в течении 0,5-1,0 часа до образования твердого покрытия, затем детали упаковывали в герметизированный контейнер и заполняли нейтральным наполнителем, состоящим из 40% сажи, 50% кварцевого песка, 10% порошка мела для вытеснения воздуха. Подготовленный таким образом контейнер с образцами загружали в печь Ц-105, разогретую до температуры 920°С до 980°С и выдерживали в течение 6-8 часов. После цементации детали подвергали закалке и отпуску при температуре 200-550º С в течение 2 часов.
Следует отметить, что образцы (детали) с сухой цементующей обмазкой можно упаковывать вплотную друг к другу, что способствует небольшому расходу наполнителя и быстрому прогреву контейнера, таким образом снижается себестоимость технологического процесса термической обработки деталей.
Высокая износостойкость цементованных диффузионных слоёв на инструментальных сталях обусловлена наличием в этих слоях большого количества карбидов цементитного типа. Значительное повышение износостойкости наблюдается при содержании цементита в структуре более 50%.
Данный способ цементации деталей для повышения их износостойкости не представляет технологических трудностей и не требует использования дорогих или дефицитных материалов. Поэтому цементация деталей с использованием высокоактивной пасты может быть легко внедрена 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)
- Способ цементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей в цементуемой среде, включающий нанесение пасты на поверхность деталей, нагрев с последующей выдержкой, закалку и отпуск, отличающийся тем, что цементуемую среду готовят в виде пасты, содержащей порошкообразные компоненты: углекислый натрий Nа2СО3, бентонит, маршалит и сажу ДГ-100 при следующем соотношении, мас. %: углекислый натрий Nа2СО3 20-30, бентонит 5-10, маршалит 10-20, сажа ДГ-100 остальное, а в качестве пастообразователя используют поливинилацетатную эмульсию в количестве 30-50% от массы порошкообразных компонентов, приготовленную из клея ПВА 60%, метанола 15% и воды 25%, наносят пасту на детали, сушат при температуре 80-90°С, затем детали нагревают до температуры 920-980°С в течение 6-8 часов, далее подвергают закалке и отпуску при температуре 200-550 оС в течение 2 часов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020106287A RU2728333C1 (ru) | 2020-02-11 | 2020-02-11 | Способ цементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020106287A RU2728333C1 (ru) | 2020-02-11 | 2020-02-11 | Способ цементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2728333C1 true RU2728333C1 (ru) | 2020-07-29 |
Family
ID=72085825
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020106287A RU2728333C1 (ru) | 2020-02-11 | 2020-02-11 | Способ цементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2728333C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2757021C1 (ru) * | 2021-03-06 | 2021-10-08 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Курский государственный университет" | Способ упрочнения деталей из инструментальных и конструкционных сталей в цементуемой среде |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2041286C1 (ru) * | 1992-09-03 | 1995-08-09 | Опытное конструкторское бюро "Факел" | Способ обработки инструмента из низкоуглеродистых быстрорежущих сталей |
CN1205350C (zh) * | 2000-01-28 | 2005-06-08 | 斯瓦戈洛克公司 | 改进低温表面硬化的方法 |
RU2561552C2 (ru) * | 2013-12-11 | 2015-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Уфа" | Карбюризатор для цементации изделий из низкоуглеродистой стали |
RU2690630C2 (ru) * | 2017-06-22 | 2019-06-04 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Уфа" | Состав карбюризатора для цементации деталей из низкоуглеродистой стали |
RU2704044C1 (ru) * | 2019-02-02 | 2019-10-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Курский государственный университет" | Способ цементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей в цементуемой пасте |
-
2020
- 2020-02-11 RU RU2020106287A patent/RU2728333C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2041286C1 (ru) * | 1992-09-03 | 1995-08-09 | Опытное конструкторское бюро "Факел" | Способ обработки инструмента из низкоуглеродистых быстрорежущих сталей |
CN1205350C (zh) * | 2000-01-28 | 2005-06-08 | 斯瓦戈洛克公司 | 改进低温表面硬化的方法 |
RU2561552C2 (ru) * | 2013-12-11 | 2015-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Уфа" | Карбюризатор для цементации изделий из низкоуглеродистой стали |
RU2690630C2 (ru) * | 2017-06-22 | 2019-06-04 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Уфа" | Состав карбюризатора для цементации деталей из низкоуглеродистой стали |
RU2704044C1 (ru) * | 2019-02-02 | 2019-10-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Курский государственный университет" | Способ цементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей в цементуемой пасте |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2757021C1 (ru) * | 2021-03-06 | 2021-10-08 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Курский государственный университет" | Способ упрочнения деталей из инструментальных и конструкционных сталей в цементуемой среде |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4637837A (en) | Process for boriding metals and metal alloys by means of solid boriding agents | |
JP2583053B2 (ja) | 耐火物塊体を形成する方法およびかかる塊体を形成するための粒子の混合物 | |
RU2704044C1 (ru) | Способ цементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей в цементуемой пасте | |
RU2728333C1 (ru) | Способ цементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей | |
CN112853260B (zh) | 一种粉末包埋渗涂层的制备方法 | |
CN1131187C (zh) | 炼焦炉碳化室涂层剂及其施工方法 | |
CN102070339A (zh) | 一种含碳耐火材料用改性碳素原料及其制备方法 | |
RU2757021C1 (ru) | Способ упрочнения деталей из инструментальных и конструкционных сталей в цементуемой среде | |
CN107602155B (zh) | 一种防粘渣耐火材料的制备及应用 | |
CN108178614A (zh) | 一种硼泥基烧结砖的制备方法 | |
US4790888A (en) | Stop-off composition | |
CN115536397B (zh) | 一种用于埋碳气氛的自修复碳化硅耐火材料 | |
CA1323733C (en) | Stop off | |
RU2748572C1 (ru) | Способ упрочнения деталей из инструментальных и конструкционных сталей в борированной среде | |
USRE30286E (en) | Method of producing high density silicon carbide product | |
CN108218402A (zh) | 一种喷补料的制备方法 | |
KR101579955B1 (ko) | 코크스의 반응성 둔화제와 이를 이용한 코크스의 개선방법 | |
RU2561552C2 (ru) | Карбюризатор для цементации изделий из низкоуглеродистой стали | |
US2681869A (en) | Surface-modifying metal articles by action of an impregnating or alloying metal and composition therefor | |
RU2574943C1 (ru) | Способ нитроцементации деталей из штамповых сталей | |
JP2003342702A (ja) | アルミニウムの表面硬化方法 | |
US710588A (en) | Method of forming the lining of converters or furnaces. | |
SU765396A1 (ru) | Состав дл бороалитировани | |
JPH0240629B2 (ru) | ||
US589221A (en) | Paul emile placet |