СОСТАВ ОБМАЗКИ ДЛЯ ЦЕМЕНТАЦИИ И НИТРООКСИДИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ И ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ Российский патент 1994 года по МПК C23C8/76 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке (х. т. о) деталей при печном нагреве с применением активных обмазок на цементуемую или нитрооксидируемую часть детали.

Обмазка может найти применение в машиностроении, инструментальной промышленности и приборостроении при х. т. о. мелкоразмерных деталей и инструмента, работающего при контактном и контактно-абразивном износе.

Цель - повышение технических возможностей, универсальности и качества химико-термической обработки. Предусматривается также снижение стоимости и трудоемкости обработки.

Известен состав обмазки для цементации, содержащий графит, углекислый барий и специальную эмаль.

Недостатки состава - в повышенной стоимости, неуниверсальности и повышенной окисляемости применительно к легированным сталям и титановым сплавам, нестабильность свойств формирующихся диффузионных слоев.

Известен другой состав для нитрооксидирования и альфирования, содержащий карбамид (мочевину) и перлит природный вулканический.

Недостатками состава являются ограниченность применения и возможность обработки преимущественно плоских деталей и деталей в засыпке, невозможность зонной обработки, в том числе концевых деталей из легированных сталей.

Наиболее близким к предлагаемому является состав водной пасты, наносимый на поверхность цементуемых деталей в способе упрочнения, содержащий карбоксиметилцеллюлозу и мочевину.

Недостатки состава в неудовлетворительной укрывистости поверхности, слабой и нестабильной адгезии к поверхности, высокой окисляющей способности и нетехнологичности применительно к деталям сложной конфигурации и, как следствие, низких свойствах поверхностного слоя.

Сущность предложенного технического решения в создании за счет выбора компонентов и их количества в обмазке оптимальных условий для диффузионного насыщения поверхностей обрабатываемых деталей при вакуумном и контейнерном нагреве в окислительных печах углеродом и азотом, одновременное введение компонентов - депассиваторов поверхности и активаторов диффузии.

Карбоксиметилцеллюлоза Na-КМЦ марок 75/200, 85/200 по ОСТ 6-05-386-80 является клеящим веществом, растворимым в воде и в синтетических клеях, одновременно она является поставщиком натрия-ускорителя скорости диффузии углерода в легированных высокохромистых сталях, а также поставщиком атомарно активного углерода.

Мочевина СР₄ON₂ по ГОСТ 6691-74 имеет лучшее соотношение углерода и азота, хорошо растворяется в воде и клеящих синтетических композициях, не вызывает граничной коррозии на границе сталь-воздух при зонном нанесении пасты на детали.

Графит чешуйчатый марки П ГОСТ 8295-83 снижает адгезию к поверхности деталей при высоких температурах, облегчает очистку деталей после химико-термической обработки, улучшает поступление газовой атмосферы с атомарными диффундирующими элементами к поверхности.

Клей синтетический по ТУ 546-84 является универсальным водорастворимым связующим, позволяет вариировать вязкость, жидкотекучесть, укрывистость и время высыхания в широких пределах, обеспечивает улучшение технологичности и совместим с другими вяжущими компонентами в различных сочетаниях.

Расширяют технические возможности обмазки остальные вводимые компоненты, изменяя соотношение углерода, азота в активной приповерхностной зоне, обеспечивая проведение комплексного насыщения поверхности деталей несколькими элементами.

Практически составы испытаны и примены при обработке инструмента - борфрез из стали ХВ4Ф, фильер из сплава ВТ-14, пуансонов из стали 95Х18.

Термическую обработку проводили в печах СШОЛ-ВНЦ, СНОЛ-1,6. 2,5, 1 с вакуумными ретортами и в печах СНВЛ-0,8 0,5/11М2 в мелкоразмерных контейнерах.

П р и м е р. Борфрезы для обработки янтарных ювелирных изделий диаметром 2,5-3 мм, длиной 50 мм закаливали с одновременной нитроцементацией в обмазке предложенного состава в процессе нагрева до 840^оС.

На рабочую часть борфрез наносили обмазку, содержащую карбоксиметилцеллюлозу 12 мас.%, мочевину 10 мас.%, графит 35 мас.%, клей синтетический 43 мас. % и после сушки проводили вакуумный нагрев в печи СНВЛ-0,8 0,5/11М2 в течение 0,5 ч, затем охлаждали в масле.

После отпуска при 180^оС в течение 2,5 ч микротвердость рабочих кромок была Н_0,49 = 903-911 или на 50-70 единиц выше, чем в известном способе, как следствие повысилась износостойкость в 2 раза при обработке керамических изделий.

После обработки поверхность деталей имела ровный темно-серый цвет, не наблюдалось следов прилипания и пригара обмазки к рабочим поверхностям. Состав отходящих в вакуум-вывод газов не превышал ПДК по всем контролируемым компонентам - СО, СО₂, СОН₄, не наблюдалось выделения смолистых соединений.

П р и м е р. Фильеры калибровки капиллярных трубок изготовляли из сплава ВТ-14 и обрабатывали при температуре 880^оС в процессе нагрева для закалки в обмазке предложенного состава.

Наносили методом налива обмазку, содержащую 5 мас.% карбоксиметилцеллюлозы, 3 мас.% мочевины, 50 мас.;% графита и 42 мас.% клея синтетического, и после сушки выдерживали в печи СНВЛ-0,8 0,5/11М2 в течение 2 ч, охлаждение вели в водном растворе карбоксиметилцеллюлозы, а отпуск при 520^оС в течение 4 ч с охлаждением на воздухе.

В результате обработки на рабочей поверхности фильер был сформирован износостойкий диффузионный карбонитрооксидный слой толщиной 180 мкм, микротвердостью Н_0,49 = 689-690, при этом не наблюдалось образования пленки отслаивающихся окислов титана, характерных для обработки в известном способе.

При сокращении трудоемкости и времени обработки в 1,4 раза удалось повысить качество и износостойкость фильер при калибровании капилляров из стали 09Х18Н10Т в 2,2 раза.

В таблице приведены сравнительные характеристики обмазки предложенного и известного составов при проведении нитроцементации в процессе нагрева для закалки деталей малого размера из высокохромистой стали.

Состав обмазки для цементации и нитрооксидирования деталей из легированных сталей и титановых сплавов содержит, мас.%: карбоксиметилцеллюлоза 5-12; мочевина 3-10; графит 35-50; клей синтетический - остальное. Состав может дополнительно содержать декстрин желтый золностью до 0,6%, карбид бора в количестве 1,5-1,8 мас.%. В качестве клея синтетического может быть взят клей карбонильный, клей нитроцеллюлозный или клей синтетический бумажный, которые вводят в обмазку непосредственно перед нанесением ее на детали. Графит можно вводить в состав в виде смеси чешуйчатого и порошкового, взятых в равном количестве. Состав обеспечивает повышение износостойкости обработанных изделий, ускоряет процесс насыщения. 7 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. СОСТАВ ОБМАЗКИ ДЛЯ ЦЕМЕНТАЦИИ И НИТРООКСИДИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ И ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ, содержащий карбоксиметилцеллюлозу, мочевину и связующее, отличающийся тем, что он дополнительно содержит графит, а в качестве связующего синтетический клей при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Карбоксиметилцеллюлоза 5 - 12
Мочевина 3 - 10
Графит 35 - 50
Клей синтетический Остальное
2. Состав по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит декстрин желтый зольностью до 0,6%. 3. Состав по п.1, отличающийся тем, что в него вводят клей карбонильный. 4. Состав по п. 1, отличающийся тем, что в него вводят клей синтетический бумажный. 5. Состав по п.1, отличающийся тем, что в него вводят клей нитроцеллюлозный. 6. Состав по пп. 3 - 5, отличающийся тем, что клей вводят в обмазку непосредственно перед нанесением ее на детали. 7. Состав по п.1, отличающийся тем, что графит вводят в состав в виде смеси чешуйчатого и порошкового, взятых в равном количестве. 8. Состав по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит 1,5 - 1,8 мас.% карбида бора.