СОСТАВ ВАННЫ ДЛЯ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2011 года по МПК C23C26/00 

Изобретение относится к химико-термической обработке стальных изделий, а именно к упрочнению поверхностей трения деталей пневмокомпрессоров.

Известен способ (Власов В.М. Работоспособность упрочненных трущихся поверхностей. М. «Машиностроение», 1987. - 306 с.), позволяющий повысить износостойкость и антифрикционность обрабатываемых деталей, предусматривающий азотирование. Процесс представляет собой насыщение поверхности азотом в среде азотосодержащего газа, чаще всего аммиака, при давлении 0,25-0,30 МПа и температуре 520-620°С.

Сходным с ним по технической сущности и результату является способ упрочнения поверхности стальных трущихся деталей (Власов В.М. Работоспособность упрочненных трущихся поверхностей. М. «Машиностроение», 1987. - 306 с.), предусматривающий цементацию. При этом происходит науглероживание поверхности детали в среде метаносодержащих газов при температуре 950-1000°С.

Эти способы позволяют получить достаточно высокую износостойкость деталей. Однако при обработке сопрягаемых деталей требуется проводить дополнительную механическую обработку, которая является трудоемкой из-за высокой твердости получаемой поверхности. Кроме того, при нанесении данных покрытий требуется нагрев деталей до высоких температур, что может привести к их короблению. Это ограничивает область применения данных способов в производстве.

Прототипом является состав ванны для низкотемпературной химико-термической обработки стальных изделий (АС №1504285, кл. С23С 8/52, 1987). Состав ванны для низкотемпературной химико-термической обработки стальных изделий, преимущественно прецизионных деталей топливных насосов, содержит воду, едкий натр, серу, сернистый натрий и серноватисто-кислый натрий. Состав дополнительно содержит буру и борную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Вода 40,0-42,0 Едкий натр 42,0-44,0 Сера 0,9-1,1 Сернистый натрий 0,9-1,1 Серноватисто-кислый натрий 1,0-2,0 Бура 7,5-8,5 Борная кислота 5,0-6,0

Предварительно стальные изделия протравливаются в ванне с раствором едкого натрия, углекислого натрия и силиката натрия, после чего погружаются в ванну с составом, где выдерживаются 45-50 мин при температуре 130-150°С. В результате сульфоборирования образуются металлические гидриды бора, которые изменяют механические свойства поверхностного слоя стальных изделий.

Недостатками прототипа являются невысокие эксплуатационные свойства, а именно низкие антифрикционные свойства (низкая нагрузка схватывания и высокий момент трения в трибосопряжении) и низкая твердость получаемой поверхности.

Технической задачей изобретения является повышение антифрикционных свойств (увеличение нагрузки схватывания и снижение момента трения в трибосопряжении) и повышение твердости обрабатываемых изделий.

Техническая задача достигается тем, что состав ванны для химико-термической обработки поверхностей трения стальных изделий, преимущественно поверхностей трения деталей пневмокомпрессоров, содержащий воду, едкий натр, сернистый натрий, серноватисто-кислый натрий, согласно изобретению дополнительно содержит сернокислый титан, сульфид меди и калий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Вода 38,0-40,0 Едкий натр 40,0-43,0 Сернистый натрий 1,5-2,5 Серноватисто-кислый натрий 2,0-3,0 Титан сернокислый 7,0-8,0 Сульфид меди 2,5-3,5 Калий 3,0-4,0

Предлагаемое изобретение отличается от прототипа тем, что состав дополнительно содержит сернокислый титан, сульфид меди и калий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Вода 38,0-40,0 Едкий натр 40,0-43,0 Сернистый натрий 1,5-2,5 Серноватисто-кислый натрий 2,0-3,0 Титан сернокислый 7,0-8,0 Сульфид меди 2,5-3,5 Калий 3,0-4,0

Состав применяют следующим образом: упрочняемые поверхности трущихся деталей протравливают в 3-5% растворе серной кислоты в течение 3-4 минут, после чего промывают в проточной воде и погружают в ванну с предлагаемым раствором, в котором выдерживают 45-50 минут при температуре 150-155°С, затем промывают сначала в горячей, а затем в холодной воде и просушивают.

Сравнительные испытания стальных образцов, обработанных в ванне с известным составом, и образцов, обработанных в ванне с предлагаемым составом, проводили на машине трения ИИ 5018 по схеме «ролик-колодка». Ролики и колодки изготавливали из стали. Испытания проводили на следующих режимах: удельная нагрузка колодки на ролик 1 МПа, частота вращения ролика 500 мин^-1, продолжительность испытаний 6 ч, масло М 10 Г₂. Нагрузку на пару трения создавали с помощью специального устройства, имеющегося на машине трения. Пуск машины осуществляли при снятой нагрузке на образцы, после чего в течение 1,5-2 мин нагрузку плавно доводили до установленной величины. В процессе всех испытаний на нижнем валу машины с помощью специального устройства замеряли и непрерывно регистрировали момент трения. Выявляли зависимость момента трения от нагрузки, устанавливая предельную нагрузку, при которой происходит задир трущихся поверхностей в режиме граничного трения. Работающие образцы нагружали по 0,2 кН через каждые 3 мин.

Сравнительные испытания образцов на твердость проводили на приборе ПТМ-3, определяя твердость вдавливанием четырехгранной алмазной пирамиды при нагрузке 1, 962 Н (200 г).

Износ образцов определяли весовым способом на электронных весах марки Sartorius 1201 с погрешностью 10 г^-4.

Результаты испытаний образцов на момент трения, нагрузку схватывания и твердость приведены в таблице.

Как видно из таблицы, у образцов, обработанных в предлагаемой ванне, по сравнению с образцами, обработанными в прототипной ванне, момент трения снизился в 2 раза, увеличилась более чем в 2 раза нагрузка схватывания, твердость - в 1,3 раза. Кроме того, более чем в 2 раза снизился износ.

  Состав ванны, мас.%   Момент трения, Н·м Нагрузка схватывания, кН Твердость, Н/мм² Износ, г Образцы, обработанные в прототипной ванне Вода 41         Едкий натр 43         Сера 1         Сернистый натрий 1 4 1,2 14150 0,02 Серноватисто-кислый натрий 1,5         Бура 8         Борная кислота 5,5         Образцы, обработанные в предлагаемой ванне, с нижним пределом содержания ингредиентов Вода 38         Едкий натр 40         Сернистый натрий 1,5         Серноватисто-кислый натрий 2,0 2,1 2,4 18220 0,009 Титан сернокислый 7,0         Сульфид меди 2,5         Калий 3,0         Образцы, обработанные в предлагаемой ванне, со средним пределом содержания ингредиентов Вода 39         Едкий натр 41,5         Сернистый натрий 2         Серноватисто-кислый натрий 2,5 2 2,6 18670 0,009 Титан сернокислый 7,5         Сульфид меди 3         Калий 3,5         Образцы, обработанные в предлагаемой ванне, с верхним пределом содержания ингредиентов Вода 40,0         Едкий натр 43,0         Сернистый натрий 2,5         Серноватисто-кислый натрий 3,0 2 2,6 18680 0,008 Титан сернокислый 8,0         Сульфид меди 3,5         Калий 4,0        

Изобретение относится к химико-термической обработке стальных изделий, а именно к упрочнению поверхностей трения деталей пневмокомпрессоров. Состав ванны имеет следующее соотношение компонентов, мас.%: вода 38,0-40,0, едкий натр 40,0-43,0, сернистый натрий 1,5-2,5, серноватисто-кислый натрий 2,0-3,0, титан сернокислый 7,0-8,0, сульфид меди 2,5-3,5, калий 3,0-4,0. Повышаются антифрикционные свойства и твердость обрабатываемых изделий. 1 табл.

Состав ванны для химико-термической обработки поверхностей трения стальных изделий, преимущественно поверхностей трения деталей пневмокомпрессоров, содержащий воду, едкий натр, сернистый натрий, серноватисто-кислый натрий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит серно-кислый титан, сульфид меди и калий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Вода 38,0-40,0 Едкий натр 40,0-43,0 Сернистый натрий 1,5-2,5 Серноватисто-кислый натрий 2,0-3,0 Титан серно-кислый 7,0-8,0 Сульфид меди 2,5-3,5 Калий 3,0-4,0