SU981447A1 - Способ химико-термической обработки стальных деталей - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к машиностроению , преимущественно транспортному и может быть использовано при химико-термической обработке стальных и чугунных деталей, работакхцих в услови х сухого, Полусухого и граничного трени , например фрикционных дисков и конусов, тормозных колодок поршневых колец и других деталей. Известны способы сульфоцианировани  в расплавленных сол х, о(5еспечивающие повышение противозадирных свойств, износостойкости, усталостной прочности различных деталей, работающих в услови х трени  . Отличительной особенностью известных способов сульфоцианировани   вл етс  высокое содержание в ваннах цианисты соединений,  вл ющихс  или исходными компонентами, или образующимис  в процессе термической диссоциации цианатов, составл клцих как правило основу этих ванн, и нестабильность химического состава этих ванн. Известен способ сульфоцианирован деталей, заключёиощийс  в следующем. В рабочем тигле расплавл ют-смес солей следующего состава, вес.%: Карбонат кали  16 Карбонат натри  15 Карбонат лити  14 Карбамид55 К полученному расплаву солей добавл ют 1-15% сульфита, сульфида, или тиосульфата щелочных металлов. Температуру р&сплавленной соли устанавливают в интервале 450-600 С. При выбранной температуре в расплавленную соль загружают детгши дл  сульфоцианировани . Врем  сульфоцианировани  составл ет 0,5-1,5 ч. Посте сульфоцианировани  расплав регенерируют мочевиной с целью превращени  карбонатионов в цианат-ионыг при этом мочевину ввод т в ванну вместе с воздухом. В рассматриваемом методе стабильность химического состава обеспечиваетс  сол ми лити  и регенерацией расплава карбамидом. Некоторое снижение уровн  цианидов (до 0,15%) достигаетс  за счет окисл ющего действи  сульфидов   сульфитов. Толщина карбоиитридного сло  (светлый нетравл ющийо  слой) составл ет 20-30 мкм 2. Недостатками данного метода  вл етс  все же заметное количество цианидов в рабочем расплаве а следовательно и в сточных водах участка сульфоцианировани , недопустимое по отечественным санитарным нормам. высока  стоимость и дефицитность со лей лити , необходимость дополнител ной технологической операции, заклю чающейс  в регенерации расплава моч виной, а также невысока  скорость роста карбонитридного сло . Наиболее близким к предлагаемому по технической сути и достигаемому результату  вл етс  способ цианиро вани  в насыщающей ванне, в которую подают углекислый газ дл  интенсификации процесса 3J. Известный способ не предусматривает получение нетоксичной ванны и поддержание стабильности состава ванны. Цель изобретени  - обеспечение нетоксичности и повышение стабильнос ти состава ванны. Поставленна  цель достигаетс  тем что согласно способу химикотермической обработки стальных деталей, преимущественно сульфоцианировани , включающем нагрев и выдержку в расплаве солей дл  насыщени  с барботацией расплава солей углекислым газом , нагрев и выдержку осуществл ют расплаве солей, содержащем цианат натри , карбонат натри , сульфат нат ри , хлориды щелочных металлов при следующем соотношении компонентов, вес.%: Цианат натри  15-20 Карбонат натри  25-30 Сульфат натри  10-30 Хлориды щелочОстальное . ных металлов а углекислый газ ввод т в количестве 0,01-1,0 г/мин на кг веса солей в расплаве. Способ сульфоцианировани  деталей в расплавленных сол х заключаетс  в следующем.,. В рабочем тигле расплавл ют смесь солей следующего состава, вес.%: Цианат натри  15-20 Карбонат натри  25-30 Сульфат натри  10-30 Хлориды щелочных металлов Остальное После расплавлени  солей расплав непрерывно барбртируют углекислым газом с расходом 0,01-0,1 л/мин на каждый килохрамм смеси солей. Температуру расплавленной соли устанавливают в интернале 550-640С. При выбранной температуре в расплавленную соль загружают детали дл  сульфоциа; )ировани . Врем  сульфоцианировани  составл  ет 0,5-6 ч. Указанные пределы технологических параметров сульфоцианировани  выбраны на основании результатов лабораторных исследований и производственного опробовани  процесса. . При температуре ниже жидкотекучесть расплава сульЛата, карбойа та, цианата и хлоридов 1ЕГйзка , вследствие высокой температуры плавлени  смеси (7/540 С). Верхнее значение температуры обработки выбрано равным 640С во избежание возможного разупрочнени  конструкционных сталей, температуры отпуска которых, как правило , наход тс  в выбранном температурном интервале. При содержании в расплаве цианата натри  в количестве менее 15% резко уменьшаетс  глубина карбонитридной зоны (с 30-40 до 10 мкм) на стальных образцах. Увеличение количества цианата натри  более 20% приводит к заметному увеличению содержани  цианидов в расплаве (до 0,0.01% и более). Сульфат натри   вл етс  стабильной формой существовани  в цианатных расплавах при температурах сульфоцианировани . При этом в равновесии с сульфатом, цианатом и цианидом всегда находитс  некоторое количество сульфида и роданида натри , последний из которых и обеспечивает эффект сульфидировани . При содержании в количестве меньшем 10% равновесное содержание роданидов невелико и количество серы в поверхности стали незначительно . При содержании более 30% цианитный расплав оказывает недопустимо сильное окислительное действие на стальную поверхность, одновременно ухудшаетс  жидкотекучесть расплава. С целью возможно большего снижени  равновесного количества цианидов в расплаве, содержание карбоната натри  в исходном составе должно быть не менее 25% (при содержании .цианата натри  в количестве 15-20%).. Содержание карбоната натри  не должно превышать 30% дл  обеспечени  нормальной жидкотекучёсти расплава, в котором карбонат натри , сульфат натри  и хлориды щелочных металлов должныобразовывать смесь по составу близкую к эвтектической. Углекислый газ, барботиру  расплав, в процессе работы ванны, непрерывно окисл ет до цианатов образующиес  цианиды и одновременно перемешиванием выравнивает химический состав расплава , не допуска  его расслаивани . При скорости расхода меньше 0,01 л/мин на 1 кг солей и площади сульфоцианируемой поверхности 2,5-3,0 м, что соответствует 60 фрикционным дискам трактора К-701 (.Равновесное количество цианидов превышает допустимые санитарные норки. Расход газа более 1,0 л/мин на 1 кг соли не снижает содержание цианидов (CN) менее 0,0001% и экономически не целесообразен . Врем  обработки может мен тьс  от 0,5 (точные детали, инструмент) до б ч (фрикционные детали в услови х трени  без смазки) в зависимости от требуемой глубины диффузионного сло  и его химического состава. Проведение цианировани  и сульфоцианировани  предлагаемым способом осуществл етс  следующим образом. Смесь солей в рекомендуемых пропорци х помещают в алитированный стальной тигель шахтной печи и нагревают до плавлени . Предварительной просушки примен емые соли не тре буют. После полного расплавлени  солей в расплав ввод т углекислый газ через газоввод таким образом, чтобы обеспечить продувку, газом всего расплава от дна ванны до зеркала. Устанавливают необходимую температуру и барботируют расплав углекислым газом до тех пор,пока уровень цианидов (CN) не достигнет 0,0005%. В тигель загружают обрабатываемые детали, суммарна  площадь поверхности которых не должна превышать 0,005 м на каждый килограмм веса солей при расходе углекислого газа 0,01 л/мин.. По окончании охлаждени  деталей их промавают проточной гор чей водой с целью удалени  остатков солей. Пример 1. При выборе исходных солей в количестве, %: Цианат натри  20 Сульфат натри  30 Карбонат натри  25 Хлорид натри  25 и расходе углекислого газа в 1,0 л/м на один килограмм солей за 3 ч при на образцах Ст.З получаетс  карбонитридный слой в 35-40 мкм. Содержание цианидов в ванне равно 0,0015%. Пример 2. Образцы стали Ст сульфоцианированы при 620 С 3 ч в со л х следующего состава, %: Цианат натри  15 Сульфат натри  10 Карбонат натри  30 Хлорид кали  45 . расход СО - 1 л/мин на один килограмм солей. Глубина карбонитридного сло  на образцах стали Ст.З составл ет 10-15 мкм, содержание цианидов в ванне равно 0,0005%. Были проведены опыты по сульфоци нированию образцов и деталей в неток сичных ваннах в лабораторных услови  х и на производственном участке. В табл.1 приведены сравнительные данные по содержанию цианидов (СМ ) и цианатов (CNO), глубина карбонитридной зоны, получаемой на образцах углеродистых сталей (,20-0,35%) в результате сульфоцианировани  по известному и предлагаемому способу. В табл.2 иллюстрируетс  изменение со временем химического состава fCN и CNO) ванн сульфоцианировани  по известному и предлагаемому способам . В табл.3 показано количество роданидов (CNS) и цианидов (CN ) в воде промывной ванны после промывки сульфоцианированных по предлагаемому способу фрикционных дисков трактора К-701 шести промышленных садок. Загрузка ванны дисками предельно возможна . В табл.4 представлены твердость HVy образцов, содержание N, С, S в фольге ( мкм) из армко-железа и относительна  интенсивность рентгеновских линий основных фаз на поверхности образцов сульфоцианированных по предлагаемому способу. В табл.5 представлены результаты, обосновывающие расход углекислого газа. Исследование микроструктуры, химического и фазового состава образцов , а также химического состава солей ванны показывает, что предлагаемый способ по своей эффективности не уступает известным вариантам жидкостного сульфоцианировани , превосход  их в безопасности и стабильности получаемых результатов. Использование предлагаемого способа сульфоцианировани  в нетоксичных сол ных ваннах обеспечивает по сравнению с существующими способами следующее: полную безопасность при эксплуатации , что гарантируетс  полным отсутствием цианистых соединений в атмосфере над ванной, чрезвычайно низким уровнем их в самоп ванне и сточных водах участка, отвечающих всем требовани м санитарных норм дл  проьслиленных сточных вод: практическую стабильность химического состава ванн и соответственно результатов обработки деталей, что в итоге повышает их надежность, снижает процент брака.

Таблица 1

Предлагаемый

(лабораторные

услови )

9,50,000535-40 600

13,00,001535-40 600

Известный /2/

20-600„15

8,9

0,0005 8,9

0,010

0,011 9,6

0,011 9,6

0,012 9,6

0,010 8,9

0,010 9,6

20-30 550-600

Таблица 2

36,0

35,5

35,0

34,5 Пор дковый номер.садки 1 2 3 4 5 6 Ии - - .- - Темпера- ТвердостьХим тура HV образ-нир . ванны, цов сталижел ОС Ст.З после сульфоцианирова-N

3,7

260 300 3,6 325 3,9 365 3,9

ПДК на цианиды (CN ) - 0,1 мг/л

ПДК на родамиды (Ctis ) - 0,1 мг/л.

(ЙДК - предельно допустима  концентраци ).

3 39 43 41

19 7 5 5

0,46

33 28 26 0,50 0,38 0,41 Таблица 3 Суммарное содержание Содержание CN CN и CNS в сточных в сточных водах водах после промывки после прокивки сульфоцианированных сульфоцианиродеталей , мг/л ванных детгшей, 0,0400,010 0,0900,0.5 0,0350,010 0,0520,010 0,0600,010 0,0750,020 т- - I- ч. -„...- .. - Г. L.I -- J- I11. .« ««.. Таблица 4 еский состав сульфоциа- Относительна  интенсиваной фольги из армко- ность основных фаз сульа толщиной 35 мкм фоцианированногс сло  по данный РСА С S

Расход углекислого

газа дл  барботации, 1,0

л/мин

Содержание цианидионов (CN.)

0,0007 в ванне, %

родержание цианатISOHOB (CNO) Ь ванне, %

9,5

Содержание карбонатионов (со ) в ванне, %

26,5

Таблица 5

0,50 0,25 0,10 О

0,75

0, 0,010 0,040 0,100 0,250

7,4

6,3 5,1 4,5

27,6 28,3 28,7 29,2

27,0

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Способ химико-термической обработ- 40 ки стальных деталей, преимущественно сульфоцианирования, включающий их нагрев и выдержку в расплаве содей для насыщения с подачей в расплав солей углекислого газа, о т л и ч а- 45 ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения нетоксичности и повышения стабильности состава ванны, нагрев и выдержку осуществляют в расплаве солей, содержащем цианат натрия, карбонат натрия, сульфат натрия, хлорида щелочных металлов при следующем соотношении компонентов, вес.%:

   Цианат натрия15-20

   Карбонат натрия 25-30„

   Сулкфат натрия10-30

   Хлорида щелочных металлов Остальное., а углекислый газ вводят в количестве 0,01-1,00 л/мин на каждый килограмм веса солей ванны.