СПОСОБ НИТРОЦЕМЕНТАЦИИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ШТАМПОВЫХ СТАЛЕЙ Российский патент 2013 года по МПК C23C8/76 

Изобретение относится области машиностроения. В частности к способам химико-термической обработке металлов и сплавов и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента из штамповой стали в машиностроительной, металлургической, химической, инструментальной и других отраслях промышленности.

Известны способы упрочнения штамповых сталей методом цианирования. Цианирование проводят в расплавленных солях - жидкое цианирование, в газовых средах - газовое цианирование или нитроцементация и в твердых смесях. (Штамповые стали / Позняк Л.А., Скрынеченко Ю.М., Тишаев С.И. - М: Металлургия, 1980, С.212-213).

В качестве наиболее близкого аналога может быть выбран способ нитроцементации деталей из штамповых сталей, включающий приготовление смешиванием пасты, содержащей железосинеродистый калий K₄Fe(CN)₆, нанесение пасты на изделие и нагрев с выдержкой. (SU 427098 А, МПК С23С 9/00, 04.10.1974).

Недостатки указанных способов состоят в том, что диффузионные слои обладают высокой микротвердостью и хрупкостью. При циклических ударных нагрузках они преждевременно выкрашиваются, что приводит к выходу из строя дорогостоящих деталей из штамповых сталей.

В основу изобретения поставлена задача повышения пластичности и ударной вязкости нитроцементованных диффузионных слоев, что позволит повысить эксплуатационную стойкость деталей из штамповых сталей.

Технический результат достигается тем, что в известном способе нитроцементации деталей из штамповых сталей, включающем приготовление смешиванием пасты, содержащей железосинеродистый калий K₄Fe(CN)₆, нанесение пасты на изделие и нагрев с выдержкой, согласно изобретению, при смешивании пасты в нее дополнительно вводят пастообразователь - нитроцеллюлозный лак НЦ 222 и газовую сажу ДГ-100 при следующем соотношении компонентов, масс.%: железосинеродистый калий K₄Fe(CN)₆ - 20-30%; - нитроцеллюлозный лак НЦ 222 - 15-20%; остальное - газовая сажа ДГ-100, нагрев проводят до температуры 680°C, с выдержкой при этой температуре в течение 3 часов, затем образцы охлаждают в масле и подвергают низкому отпуску при температуре 200°C в течение 2 часов.

Содержание в пасте железосинеродистого калия в количестве, составляющем 20-30 масс.%, является оптимальным, так как при температуре 560°C железосинеродистый калий начинает диссоциировать с выделением атомов азота и углерода:

. Атомы азота и углерода поглощаются поверхностью стали и диффундируют в ее глубину, т.е. происходит нитроцементация стали, что повышает микротвердость, интенсивность изнашивания.

Содержание в пасте нитроцеллюлозного лака НЦ222 в количестве 15-20 масс.% является оптимальным, так как лак начинает разлагаться при еще более низкой температуре ~ 200°C:

При этом образуется больше активного азота, чем при разложении железосинеродистого калия. Образование карбонитридного слоя начинается уже при температуре 200°C, увеличивается толщина карбонитридной корки на поверхности стали, повышается микротвердость, ударная вязкость деталей из штамповых сталей.

Содержание в пасте газовой сажи ДГ-100 в заданном количестве, является оптимальным, так как распад сажи позволяет насыщающие элементы активно поглощаться сталью, что обеспечивает высокую скорость насыщения при минимальном расходе цианизатора, а в поверхностном слое образуется корка с зернами цементита, что повышает ударную вязкость деталей из штамповых сталей.

Способ осуществляют следующим образом.

Пасту, содержащую железосинеродистый калий K₄Fe(CN)₆ - 20-30%; пастообразователь - нитроцеллюлозный лак НЦ 222 - 15-20%; остальное - газовая сажа ДГ-100 наносят на упрочняемую поверхность изделия и сушат в течение 0,5 ч до образования твердого покрытия толщиной 1,0-1,5 мм. Подготовленную изделие загружают в печь, нагревают до 680°C и выдерживают в течение 3 ч. Затем охлаждают в масле и производят отпуск при 200°C в течение 2 ч.

Сущность способа иллюстрируется примером.

В качестве упрочняемых деталей использовали образцы (10×10×60 мм.) предварительно очищенные уайт-спиртом. Пасту, содержащую железосинеродистый калий K₄Fe(CN)₆ - 20-30%; пастообразователь - нитроцеллюлозный лак НЦ 222 - 15-20%; остальное - газовая сажа ДГ-100 наносят с помощью кисти или окунанием. После сушки в течение 0,5 ч на поверхности образуется твердое покрытие, толщиной 1…1,5 мм. Подготовленные таким образом изделие загружают в печь, нагревают до 680°C и выдерживают в течение 3 ч. Перед охлаждением деталей в масле обмазку удаляют с рабочих поверхностей, затем производят отпуск при 200°C в течение 2 ч. Окончательно с помощью металлической щетки изделие очищают от пасты.

Заявленный способ не требует больших энергозатрат и дорогостоящего оборудования и может быть применен в крупносерийном, мелкосерийном и ремонтном производстве. Кроме того, способ позволяет повысить экологическую безопасность, т.к. карбюризатор в своем составе не имеет токсичных компонентов.

Результаты испытаний представлены в таблице 1.

Таблица 1 Микротвердость, ударная вязкость и интенсивность изнашивания диффузионных слоев нитроцементованных штамповых сталей Марка стали Температура нитроцементации 680°C, время нитроцементации 3 ч Температура нитроцементации 680°C, время нитроцементации 3 ч Глубина карбонитридного слоя, мм Микротвердость зоны карбонитридов, Нµ₁₀₀, кг/мм² Микротвердость зоны под карбонитридами, Нµ₁₀₀, кг/мм² Интенсивность изнашивания, i, мг/ч Ударная вязкость КС, МДж/м² 6Х6В3МФС (стандартная термическая обработка) 0,068 640 400 10,3 0,50 У7 0,27 810 650 5,62 0,14 65Г 0,22 840 710 4,67 0,12 ХГС 0,13 1050 795 4,11 0,13 Х12М 0,11 1020 810 3,53 0,12 ХГВ 0,19 1020 785 3,92 0,16 6Х6В3МФС 0,12 1010 790 4,54 0,23

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет повысить пластичность нитроцементованных диффузионных слоев и уменьшить коэффициент трения между штампом и обрабатываемым материалом, что приведет к повышению эксплуатационной стойкости штампа. Заявленный способ не требует больших энергозатрат и дорогостоящего оборудования и может быть применен в любом производстве, как крупносерийной, так и ремонтном мелкосерийном. Кроме того, способ позволяет избежать экологических проблем, т.к. карбюризатор в своем составе не имеет токсичных компонентов.

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов и сплавов, может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента из штамповых сталей в машиностроительной, металлургической, химической, инструментальной и других отраслях промышленности. Способ нитроцементации деталей из штамповых сталей включает приготовление пасты смешиванием, нанесение пасты на детали и нагрев с выдержкой. При смешивании пасты в нее дополнительно вводят пастообразователь - нитроцеллюлозный лак НЦ 222 и газовую сажу ДГ-100 при следующем соотношении компонентов, мас.%: железосинеродистый калий K₄Fe(СN)₆ - 20-30, нитроцеллюлозный лак НЦ 222 - 15-20, газовая сажа ДГ-100 - остальное. Нагрев проводят до температуры 680°C с выдержкой при этой температуре в течение 3 часов, затем детали охлаждают в масле и подвергают низкому отпуску при температуре 200°C в течение 2 часов. Обеспечивается повышение пластичности нитроцементованных диффузионных слоев и ударной вязкости, что приводит к повышению эксплуатационной стойкости штампа. 1 табл., 1 пр.

Способ нитроцементации деталей из штамповых сталей, включающий приготовление смешиванием пасты, содержащей железосинеродистый калий K₄Fe(CN)₆, нанесение пасты на детали и нагрев с выдержкой, отличающийся тем, что при смешивании пасты в нее дополнительно вводят пастообразователь - нитроцеллюлозный лак НЦ 222 и газовую сажу ДГ-100 при следующем соотношении компонентов, мас.%: железосинеродистый калий K₄Fe(CN)₆ - 20-30, нитроцеллюлозный лак НЦ 222 - 15-20, газовая сажа ДГ-100 - остальное, нагрев проводят до температуры 680°C с выдержкой при этой температуре в течение 3 ч, затем детали охлаждают в масле и подвергают низкому отпуску при температуре 200°C в течение 2 ч.