SU1696572A1

SU1696572A1 - Compound for carbonitriding of steel products

Info

Publication number: SU1696572A1
Application number: SU894728240A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Николаевич Тарасов; Владимир Николаевич Тарасов; Владимир Васильевич Деженин; Галина Анатольевна Карих
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6219; Предприятие П/Я В-8312
Priority date: 1989-08-07
Filing date: 1989-08-07
Publication date: 1991-12-07

Abstract

Изобретение относитс к металлургии, в частности к химико-термической обработке стальных изделий преимущественно из легированных сталей, а именно к цементации и нитроцементации в порошковых средах на основе древесного угл и может быть использовано в машиностроении дл упрочнени стальных изделий. Цель - интенсификаци процесса, повышение микротвердости , технологичности, снижение стоимости и расширение технических возможностей . Состав содержит, мас.%:аммоний щавелевокислый 1,5-5,0; перлит природный вулканический 16,0-30,0; древесный уголь-остальное. Дл обработки нержавеющих высокохромистых сталей дополнительно ввод т 0,5-1,5 мас.% натри щавелевокислого или лимоннокислого. Состав позвол ет интенсифицировать процесс насыщени в 1,1-1,6 раза, повысить технологичность , микротвердость в 1,1-1,2 раза и снизить стоимость в 1,2-1,7 раза 1 з.п.ф-лы, 2 табл.The invention relates to metallurgy, in particular to the chemical-heat treatment of steel products mainly from alloyed steels, namely, cementation and carbonitriding in charcoal-based powdered media and can be used in mechanical engineering for hardening steel products. The goal is to intensify the process, increase microhardness, processability, reduce cost and expand technical capabilities. The composition contains, wt%: ammonium oxalate 1.5-5.0; natural volcanic perlite 16.0-30.0; charcoal-the rest. For the treatment of stainless high chromium steels, additional 0.5-1.5 wt.% Sodium oxalate or citrate are added. The composition allows to intensify the process of saturation 1.1-1.6 times, improve manufacturability, microhardness 1.1-1.2 times and reduce the cost 1.2-1.7 times 1 Cp f-crystals, 2 tab.

Description

Изобретение относитс к металлургии, в частности к химико-термической обработке стальных изделий, преимущественно из легированных сталей, а именно к цементации и нитроцементации в порошковых средах на основе древесного угл , и может быть использовано в машиностроении дл упрочнени стальных изделий.The invention relates to metallurgy, in particular to the chemical-heat treatment of steel products, mainly alloyed steels, namely, cementation and carbonitriding in powdered media based on charcoal, and can be used in mechanical engineering for hardening steel products.

Цель изобретени - интенсификаци процесса, повышение микротвердости, технологичности , снижение стоимости и расширение технических возможностей.The purpose of the invention is to intensify the process, increase microhardness, manufacturability, reduce cost and expand technical capabilities.

Состав содержит, мас.%: щавелевокислый аммоний 1,5-5,0; природный вулканический перлит 16-30; древесный уголь остальное. Дл обработки нержавеющих высокохромистых сталей дополнительно ввод т 0,5-1,5 мас,% щавелевокислого или лимоннокислого натри .The composition contains, wt%: ammonium oxalate 1.5-5.0; natural volcanic perlite 16-30; charcoal else. For the treatment of stainless high chromium steels, additional 0.5-1.5 wt.% Sodium oxalate or citrate are added.

Функциональное назначение вводимых компонентов.The functional purpose of the input components.

Природный вулканический тонкодисперсный перлит практически содержит все соединени , обеспечивающие образование активного атомарного углерода у поверхности цементуемой детали. Такими соединени ми вл ютс окислы кальци , магни , железа, натри , содержащиес в природном перлите в количестве до 12-14%. Одновременно в перлите имеетс кристаллически св занна влага, обеспечивающа образование окиси углерода в присутствии древесного угл , а увеличение удельного объема перлита при температурах химико- термической обработки улучшает услови подвода газообразных продуктов в поверхности деталей, наход щихс в садке.Natural volcanic fine perlite practically contains all compounds that ensure the formation of active atomic carbon near the surface of the piece to be cemented. Such compounds are oxides of calcium, magnesium, iron, sodium, contained in natural pearlite in an amount of up to 12-14%. At the same time, crystalline moisture is present in the perlite, which ensures the formation of carbon monoxide in the presence of charcoal, and an increase in the specific volume of perlite at temperatures of chemical-thermal treatment improves the conditions for supplying gaseous products to the surfaces of the parts in the charge.

Щавелевокислый аммоний вл етс поставщиком атомарного азота, в присутствии которого в высокотемпературных процессах активизируетс насыщение поверхности деталей углеродом.Ammonium oxalate is a supplier of atomic nitrogen, in the presence of which in high-temperature processes the saturation of the surface of parts with carbon is activated.

оabout

4D4D

о ел VI юabout eaten VI yu

Щавелевокислый или лимонный натрий вл етс депассиватором при обработке склонных к образованию пассивных пленок высокохромистых сталей, а также облегчает диффузию углерода в слое при минимальном в сравнении с известными натрийсо- держащими депассиваторами внутреннем окислении поверхности зоны диффузионного сло .Oxalic acid or citric sodium is a depassivator when processing passive films prone to the formation of high-chromium steels, and also facilitates the diffusion of carbon in the layer with minimal internal oxidation of the surface of the diffusion layer zone compared to the known sodium-containing depassivators.

Введение в древесный уголь природного перлита и щавелевокислого аммони вместо четырех-п ти компонентов в известных составах при минимальной стоимости компонентов обеспечивает высокую активность состава при цементации малоуглеродистых и легированных конструкционных сталей,The introduction of natural perlite and ammonium oxalate in the charcoal instead of four to five components in the known compositions at the lowest cost of the components ensures a high composition activity in the cementation of low-carbon and alloyed structural steels,

Нагрев деталей из сталей 18ХНВА, 18ХГТ, 25ХГСА, 12Х17Н2, 1X13 провод т с упаковкой в щички из нержавеющей стали 12Х18Н10Т, дл нагрева используют малогабаритные малоэнергоемкие печи СНОЛ- 1,6.2,5,1/11 М, СНОЛ-1.6.2.5.1/9М2, отпуск провод т в электрошкафах СНОЛ-4/3,5.Heating of parts from 18KhNVA, 18HGT, 25KhGSA, 12X17H2, 1X13 steels is carried out with packaging in stainless steel 12X18H10T pins, small-energy-intensive SNOL-1.6.2.5,1 / 11 M, SNOL-1.6.2.5.1 furnaces are used for heating / 9M2, tempering is carried out in SNOL-4 / 3.5 electrical cabinets.

Пример 1. Состав дл цементации упоров диаметром 8 мм и длиной 12 мм из стали 20X13 готов т смешением порошка природного перлита в количестве 30 мас.% березового угл фракции 2-3 мм в количестве 55 мас.% и щавелевокислого аммони 5 мас.%,Example 1. A composition for cementation of stops with a diameter of 8 mm and a length of 12 mm from steel 20X13 is prepared by mixing a powder of natural perlite in an amount of 30 wt.% Birch coal of a fraction of 2-3 mm in an amount of 55 wt.% And ammonium oxalate 5 wt.%,

Детали после засыпки и герметизации щичков нагревают до 920°С и выдерживают в течение 4 ч, закалку провод т от температур цементации в подогретом до 70°С машинном масле. Отпуск ведут при 250°С в течение 3,5 ч.The parts, after filling and sealing the tongs, are heated to 920 ° C and held for 4 hours, the quenching is carried out from the carburizing temperatures in engine oil heated to 70 ° C. Vacation is carried out at 250 ° C for 3.5 hours

В результате обработки на внутренних и боковых поверхност х со сложными переходами сечений сформирован диффузионный слой, равномерный по толщине и микротвердости, практически без зоны внутреннего окислени . Количество карбидов в слое 120-150 мкм составл ет 47-50 мас.% микротвердость в пределах Но,49 987-1014 при твердости сердцевины HRCa 43 - 45.As a result of processing, a diffusion layer, uniform in thickness and microhardness, is formed on internal and lateral surfaces with complex cross sections, with virtually no internal oxidation zone. The amount of carbides in the 120-150 micron layer is 47-50 wt.% Microhardness within Ho, 49 987-1014 with a HRCa 43-45 core hardness.

При минимальных затратах на приготовление состава в услови х неспециализированного термического участка мелкосерийного машиностроительного предпри ти ресурс работы цементированных и закаленных деталей повышаетс в 1,7 раза, Технологи исключает применение соединений , содержащих цианантные группы, услови труда улучшаютс , исключено использование дефицитных компонентов, удельные затраты на химико-термическую обработку сокращаютс на 25-30%.At minimum cost for the preparation of the composition in the unspecialized thermal area of a small-scale machine-building enterprise, the life of cemented and hardened parts increases by 1.7 times. The technologist eliminates the use of compounds containing cyanant groups, the working conditions are improved, the use of scarce components is excluded, the unit costs of chemical heat treatment is reduced by 25-30%.

Втабл, 1 приведены результаты сравнительных испытаний предлагаемого и известного составов,Vtabl, 1 shows the results of comparative tests of the proposed and known compositions,

Из табл. 1 следует, что наблюдаетс повышение микротвердости в 1,2 раза, интенсификации процесса в 1,1-1,2 раза, а стоимость состава снижаетс в 1,4-1,7 раза. П р и м е р 2, Корпуса распылителей дизельного топлива изготовл ют из сталиFrom tab. 1 it follows that an increase in microhardness is observed by a factor of 1.2, an intensification of the process by a factor of 1.1 to 1.2, and the cost of the composition decreases by a factor of 1.4 to 1.7. EXAMPLE 2 Diesel Fuel Dispenser Housings Made of Steel

0 ЗОХГСА и провод т нитроцементацию при 900°С в течение 1,5 ч. Состав содержит 1,5 мас.% щавелевокислого аммони , 16 мас.% природного вулканического перлита, 82,5 мас.% древесного березового угл . Закали5 вают с температуры насыщени . После закалки и отпуска при 180°С корпуса имеют твердость рабочего канала НРСЭ 62 -- 64 равномерную по всей высоте, при этом после термической обработки требуетс лишь0 ZOHGSA and carried out carbonitriding at 900 ° C for 1.5 hours. The composition contains 1.5 wt.% Ammonium oxalate, 16 wt.% Natural volcanic pearlite, 82.5 wt.% Birch charcoal. Hardened 5 with saturation temperature. After quenching and tempering at 180 ° C, the hulls have a hardness of the working channel NRSE 62-64 uniform over the entire height, and after heat treatment only

0 доводка-2-5 мкм. Ресурс работы корпусов после обработки в предлагаемом составе повышаетс до 2840 ч по сравнению с 2170 ч, полученными при обработке в известном составе,0 finishing-2-5 microns. The service life of the shells after treatment in the proposed composition is increased to 2,840 hours as compared with 2,170 hours obtained by processing in a known composition,

5Упрощаетс приготовление состава, исключено поступление хлорсодержащих компонентов в атмосферу печи, удельные затраты на вспомогательные материалы при термической обработке снижаютс на 30%.5 Simplifies the preparation of the composition, eliminated the entry of chlorine-containing components into the atmosphere of the furnace, the specific cost of auxiliary materials during heat treatment is reduced by 30%.

0 Наиболее эффективно использование состава дл восстановлени деталей в ремонтном цехе машиностроительного предпри ти . 0 The most effective use of the composition is to restore parts in the repair shop of a machine-building enterprise.

При введении в состав лимоннокислогоWith the introduction of citrate

5 или щавелевокислого натри становитс возможным проведение нитроцементации в процессе нагрева дл закалки деталей и оснастки из высокохромистых сталей без никел и с никелем: 10X13, 30X13, 25Х17Н2,5 or sodium oxalate becomes possible to carry out carbonitrization in the process of heating for quenching parts and accessories from high-chromium steels without nickel and with nickel: 10X13, 30X13, 25X17H2,

0 14Х17Н2 при 950-1000°С, Атомарный натрий инициирует диффузию углерода в высокохромистых стал х, в св зи с чем наблюдаетс интенсификаци процесса насыщени данных сталей.0 14Х17Н2 at 950-1000 ° С, Atomic sodium initiates carbon diffusion in high-chromium steels, and therefore an intensification of the saturation process of these steels is observed.

5 В табл. 2 представлены результаты исследований и испытаний на стали 20X135 In table. 2 presents the results of research and testing on steel 20X13

Анализ данных табл. 2 показывает, что при использовании предлагаемого состава микротвердость увеличиваетс в 1,1-1,15Data analysis table. 2 shows that when using the proposed composition, the microhardness increases in 1.1-1.15

0 раза, глубина сло - в 1,3-1,6 раза, а стоимость снижаетс в 1,2-1,4 раза.0 times, the depth of the layer is 1.3-1.6 times, and the cost decreases 1.2-1.4 times.

П р и м е р 3. Штамповые вставки дл гор чей высадки болтов изготавливают из стали 5ХНМ и нагревают дл закалки с за5 сыпкой внутреннего канала диаметром 10 мм предлагаемым составом, содержащим 4 мас.% щавелевокислого аммони , 1,5мас.% щавелевокислого натри , 30 мас.% природного вулканического перлита, 64,5 мас.% древесного угл .PRI me R 3. Stamping inserts for hot heading bolts are made of 5ХНМ steel and heated for quenching with a 5-pin internal channel with a diameter of 10 mm with the proposed composition containing 4 wt.% Ammonium oxalate, 1.5 wt.% Sodium oxalate, 30 wt.% Natural volcanic perlite, 64.5 wt.% Charcoal.

После прогрева садки до 860°С и выдержки в течение 3 ч вставки закаливают в масле и отпускают при 450°С в течение 2,5 ч.After heating the stock to 860 ° C and holding for 3 hours, the inserts are quenched in oil and released at 450 ° C for 2.5 hours.

В результате обработки на рабочей по- верхности вставок получен равномерный износостойкий слой, позвол ющий провести высадку 8460 болтов из стали ЗОХГСА против 6230 штук, обработанных в известном составе. Суммарные затраты на приго- товление состава снижаютс в 1,5 раза, обработку стало возможным проводить в услови х неспециализированного участка инструментального цеха.As a result of processing on the working surface of the inserts, a uniform wear-resistant layer was obtained, which allowed the landing of 8460 bolts of ZOHGSA steel against 6230 pieces treated in a known composition. The total cost of the preparation of the composition is reduced by 1.5 times, the processing became possible to carry out in the conditions of the non-specialized section of the tool shop.

П ример4.Иглы распылителей дизель- ного топлива судовых дизельных двигателей 8NV038/42 из стали Р6М5 обрабатывают в процессе нагрева дл закалки в составе, содержащем 5 мас.% щавелевокислого аммони , 1,5 мас.% щавелевокис- лого натри , 30 мас.% природного вулканического перлита и 63,5 мас.% древесного угл .Example 4. Diesel fuel atomizers of ship diesel engines 8NV038 / 42 of steel R6M5 are processed during heating for quenching in a composition containing 5 wt.% Ammonium oxalate, 1.5 wt.% Sodium oxalate, 30 wt.% natural volcanic perlite and 63.5 wt.% charcoal.

В процессе нагрева и выдержки при 940°С в течение 2,5 ч на поверхности сфор- мирован диффузионный слой глубиной 290 мкм с содержанием карбидов 48-50,5 мас.%. При уменьшении энергозатрат, св занных с повышенной скоростью карбидо- образовани на 30% в сравнении с известным способом, износостойкость игл повышена в 1,4-1,5 раза, In the process of heating and holding at 940 ° C for 2.5 h, a diffusion layer with a depth of 290 μm with a carbide content of 48-50.5 wt.% Was formed on the surface. With a decrease in energy consumption associated with an increased rate of carbide formation by 30% in comparison with the known method, the wear resistance of the needles is increased 1.4-1.5 times,

При обработке предлагаемым составом практически исключено внутреннее окисление поверхности, припуск на шлифование уменьшаетс на 20-25 мкм, что позвол ет сократить трудоемкость притирки и доводки .When processing by the proposed composition, the internal oxidation of the surface is practically eliminated, the grinding allowance is reduced by 20-25 microns, which reduces the laboriousness of lapping and finishing.

Одновременно не наблюдаетс активного сажеобразовани и выделени избы- At the same time, active soot formation and the release of excess

точных газов окиси углерода и аммиака прг прогреве и выдержке. Остатки перлитоу гольной засыпки используют повторно, трехкратно, добавл новые порции щавелевокислого аммони , перлита и щавелевокислого натри . Состав применим при пониженных температурах 600-620°С дл нитроцементации пресс-форм и фильер в засыпке из отработанного состава с введением щавелевокислого аммони ,accurate carbon monoxide and ammonia gases prg heating and aging. The remains of perlite filler are reused, three times, by adding new portions of ammonium oxalate, perlite, and sodium oxalate. The composition is applicable at low temperatures of 600-620 ° C for carbonitriding of molds and dies in the backfill from the spent composition with the introduction of ammonium oxalate,

Таким образом, при минимальных затратах на вспомогательные материалы расширены возможности состава применительно к высоколегированным стал м в интервале температур 600-950 °С. Использование предлагаемого состава позволит повысить микротвердость в 1,1-1,6 раза и снизить стоимость обработки в 1,2-1,7 раза,Thus, at the minimum cost of auxiliary materials, the composition possibilities with respect to high-alloy steels were expanded in the temperature range of 600–950 ° C. The use of the proposed composition will increase the microhardness by 1.1-1.6 times and reduce the cost of processing by 1.2-1.7 times,

Claims

1. The composition for nitrocementation of steel products, mainly from alloyed steels, contains charcoal and ammonium-containing substance, which, in order to intensify the process, increase microhardness, processability and reduce cost, it additionally contains natural volcanic perlite, and as ammonium-containing substances - ammonium oxalate in the following ratio, wt.%: ammonium oxalate 1.5-5.0; natural volcanic perlite 16-30; charcoal else.

2, the composition according to claim 1, characterized in that, in order to expand the technical capabilities, it additionally contains 0.5-1.5% by weight of sodium oxalate or sodium citrate.

0tpusk 250вС 2,5 h.

The proposed composition

303

250

20-25