СОСТАВ ДЛЯ ГАЗОВОЙ НИТРОЦЕМЕНТАЦИИ И НИТРООКСИДИРОВАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК C23C8/30 

Изобретение относится к металлургии в частности к химико-термической обработке сталей и сплавов с формированием активных азотоуглеродных атмосфер путем пиролиза жидких органических соединений и может найти применение в машиностроении, инструментальной промышленности и приборостроении.

Наиболее близким заявляемому является состав для нитроцементации легированных сталей, содержащий карбамид, воду и сульфаминокислый никель.

Недостатки состава в недостаточной универсальности и технологичности для применения для различных марок сталей, в повышенной окисляющей способности и коррозионной активности при температурах выше 600^oC, содержит дефицитный компонент.

Цель изобретения повышение качества обработки, улучшение технологичности и экологической частоты процессов с применением предложенного состава. Одновременно предусматриваются снижения стоимости приготовления и повышение универсальности.

Сущность разработки состава для газовой нитроцементации и нитрооксидирования, содержащего карбамид и воду, в дополнительном введении аммония азотнокислого и спиртовых фракций целлюлозно-бумажного производства, при следующем соотношении компонентов, мас.

Аммоний азотнокислый 10-22
Карбамид 15-28
Спиртовые фракции целлюлозного производства 25-40
Вода Остальное
Состав разработан таким образом, что при минимальной стоимости и использовании распространенных компонентов, имеет высокую жидкотекучесть, не вызывает сажеобразования при пиролизе, имеет оптимальное соотношение компонентов-поставщиков азота, углерода для диффузионного насыщения поверхности сталей и сплавов при температурах до 1000^oC, обеспечивает формирование атмосфер 350-1000^oC, позволяющих управлять оксидированием, науглероживанием и азотированием путем изменения расхода. При этом содержание окиси углерода в атмосфере печи изменяется 25-43% метана 2-14% водорода 20-41% двуокиси углерода 0,08-0,25% остальное азот.

Практически состав готовили, используя техническую аммонийную селитру по ГОСТ 22867-77, карбамид по ГОСТ 6692-77, спирт гидролизный целлюлозно-бумажной промышленности этиловый, технический по ГОСТ 11547-80, а также продукт спиртодрожжевого процесса переработки щелока ЦБЗ по СТП 2.0160.030-87.

Универсальность применения и технические возможности применительно к различным условиям применения на машиностроительных, ремонтных, региональных малых предприятиях расширялись введением в состав в качестве углеродо-азотосодержащих фракций следующих компонентов: в качестве спиртовой фракции брали технический спирт биохимической переработки щелоков сульфитно-целлюлозного производства; этиловых спиртов различного производства; селитры технической аммонийной, производства удобрений; аммония молибденово-кислого, алюмината натрия, азотнокислого никеля в качестве катализаторов процесса пиролиза.

Пример. Ножи вставные дистальные отогнутые из проволоки серебрянки стали ЭП-853 подвергали вакуумной нитроцементации в процессе старения в предложенном составе.

В рабочее пространство печи СШОЛ-ВНЦ подавали 20-25 капель состава, содержащего, мас. 22 NH₄NO₃, 28 CH₄NO₂, 25 технического этилового спирта переработки целлюлозы и 25 воды.

В процессе обработки при 600^oC в течение 2 ч в атмосфере пиролиза использованного состава на поверхности сформирован слой микротвердостью H_0,49 770-784 толщиной 85-90 мкм при твердости сердцевины H_0,49 488-502. Обеспечена равномерность слоя по поверхности, исключено сажеобразование и окисление, коррозионная стойкость была не ниже 2-3 баллов стандартной шкалы, износостойкость инструмента повысилась в 1,7 раза в сравнении с обработанным в известном составе. В таблице приведен другой пример осуществления технологии с составами предложенными и известным применительно к конструкционной малолегированной стали 12XH3A.

Пример 2. Удобрения, аммонийную селитру и карбамид по 22 мас. каждого, растворяли в воде и добавляли 40 мас. спиртодрожжевой барды целлюлозно-бумажного производства и использовали состав для нитрооксидирования твердосплавных резцовых вставок из сплава BK6-OM.

При температуре 780^oC вставки выдерживали в атмосфере вакуумного пиролиза названного состава при вакууме в рабочем пространстве 120-240 мм рт. ст. при расходе карбюризатора 40-50 к/мин. После выдержки в течение 60 мин и охлаждения в вакууме на поверхности режущих граней был сформирован нитрооксидный слой 35-40 мкм без следов окисления и шелушения.

Износостойкость вставки при резании обойм из молибденового сплава МИ-5 легированного 4-5% рения повысилась в 1,4 раза в сравнении с обработанными в известном составе.

Стоимость состава снизилась на 35% использованы промежуточные продукты целлюлозно-бумажного производства частично утилизируемые, улучшены экологические показатели процесса.

Пример 3. Состав, содержащий, мас. аммония азотнокислого 10, карбамида 15, сульфатного щелока 25 и воды 50 использовали для нитроцементации на установке УХТС-5М в электролитной плазме ножей дистальных из стали 003XIIH012T.

После обработки в течение 4 мин при температуре разогрева 620^oC формировался карбонитридный слой 25 мкм с микротвердостью H_0,49 675-690 равномерный по всей поверхности, содержание карбонитридов в слое составило 52-60 мас. Прочность основного металла, прошедшего старение в процессе нитроцементации составила 1650-1740 МПа или на 20% выше, чем при обработке по известному способу.

Класс чистоты поверхности деталей составил P_a 0,65-0,70 мкм, коррозионная стойкость была 1-2 балла, одновременно снизилось газообразование над ванночкой электролитного нагрева в 1,5 раза.

Ресурс работы ножей повысился до 1240-1300 ч или в 2 раза выше, чем у стандартных из стали 40X13.

Таким образом состав универсален для применения в широком интервале температур, применим для высокохромистых высоколегированных сталей, склонных к пассивации и образованию окисленных поверхностей, а также для титановых сплавов при альфировании и нитрооксидировании.

Использование: изобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке деталей и инструмента в атмосфере пиролиза жидких органических соединений и может найти применение в машиностроении, приборостроении и инструментальной промышленности. Сущность изобретения: состав для газовой нитроцементации и нитрооксидирования содержит, мас.%: аммоний азотнокислый - 10-22; карбамид - 15-28; спиртовые фракции целлюлозно-бумажного производства - 25-40; вода - остальное. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Состав для газовой нитроцементации и нитрооксидирования, содержащий карбамид и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит аммоний азотнокислый и спиртовые фракции целлюлозно-бумажного производства при следующем соотношении компонентов, мас.

Аммоний азотнокислый 10 22
Карбамид 15 28
Спиртовые фракции целлюлозно-бумажного производства 25 40
Вода Остальное
2. Состав по п. 1, отличающийся тем, что в качестве спиртовой фракции он содержит спирт технический этиловый биохимической переработки щелоков сульфоново-целлюлозного производства.