СПОСОБ ВАКУУМНОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫХ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 2022 года по МПК C23C8/22 

Изобретение относится к металлургии, в частности к диффузионному насыщению поверхностных слоев стальных деталей углеродом.

Распространенным способом упрочнения стальных деталей в машиностроении является диффузионное насыщение их поверхностных слоев углеродом - цементация - в вакууме с последующей термической обработкой.

Известен способ газовой цементации стальных деталей, включающий нагрев и выдержку деталей в вакууме с последующим диффузионным насыщением (А.С. 730875, опубл. 30.04.1980. Бюл. №16). Известное решение предполагает прогрев деталей при давлении 0,001 мм рт.ст. (0,133 Па), выдержку в течение заданного времени и последующее двухстадийное диффузионное насыщение: на первой стадии давление составляет от 200 мм рт.ст. (26664,48 Па) до 300 мм рт.ст. (39996,72 Па), а на второй стадии - от 10 мм рт.ст. (1333,22 Па) до 20 мм рт.ст. (2666,45 Па). Продолжительность второй стадии составляет 1/6 от общей продолжительности процесса насыщения.

К недостаткам известного решения относится деление процесса насыщения на две стадии, требующее усложнения системы управления оборудованием для осуществления цементации.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков - прототипом заявляемого изобретения - является способ цементации стальных деталей, включающий предварительный прогрев деталей до температуры насыщения при пониженном давлении, введение газа-карбюризатора и выдержку, в процессе которой производят многократные введения газа-карбюризатора и откачку отработанных реагентов. По известному решению, перед началом осуществления цементации оператор задает количество и продолжительность импульсов, которые авторы называют циклами. Каждый единичный цикл предполагает попеременное введение карбюризатора и откачку водорода (последний абзац второго столбца описания известного решения). Таких циклов может быть несколько: в примерах осуществления известного решения, приведенных в его описании, авторы указывают варианты с тремя и с шестью циклами. В описании известного решения его авторы приводят единственное указание на величину давления в камере - 10^-10 мм рт.ст. (1,3.10^-8 Па). Это дает основание предположить, что такой уровень давления поддерживает в течение всего процесса цементации, в первую очередь, за счет работы откачивающего насоса (далее – насоса).

К недостаткам известного решения относится необходимость периодического

включения и выключения насоса. Это обстоятельство, в конечно счете, может привести к повышенному износу оборудования и его выходу из строя.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности оборудования за счет исключения многократных включений и отключений насоса.

Решение поставленной технической задачи достигается за счет выполнения процесса цементации по следующему алгоритму:

1 этап – включение насоса, создание в камере пониженного давления; в

предпочтительном случае величина этого давления составляет от 0,5 Па до 5,0 Па;

предварительный прогрев деталей до температуры от 940 °С до 960 °С;

2 этап - дозированная импульсная подача газа-карбюризатора со скоростью от 1500 Па/с до 1600 Па/с в течение заданного периода времени; одновременное с началом подачи газа-карбюризатора переключение насоса на меньшую производительность для обеспечения уровня давления в камере вакуумной печи (далее – в камере) от 200 Па до 1800 Па; предпочтительным является использование в качестве газа-карбюризатора ацетилена;

3 этап – отключение подачи газа-карбюризатора, обеспечение в вакуумной камере давления от 0,5 Па до 5,0 Па и выдержка упомянутых деталей при указанном давлении в течение 25 мин.

Важной особенностью предлагаемого способа цементации сложнопрофильных стальных деталей является непрерывная работа насоса с поэтапным изменением его производительности, величина которой является неизменной для каждого конкретного процесса цементации. Изменение производительности насоса перед началом процесса цементации может быть осуществлено любым способом, известным из уровня техники, и не является предметом охраны по настоящей заявке.

Новизной в предлагаемом способе цементации сложнопрофильных стальных деталей является непрерывная откачка газов из камеры вакуумной печи, согласованная с подачей газа-карбюризатора так, что в процессе диффузионного насыщения поверхностей обрабатываемых деталей давление в камере изменяется в пределах от 200 Па до 1800 Па, причем это изменение имеет периодический характер.

Указанные признаки являются новыми, существенными, неочевидными, промышленно выполнимыми и направлены на решение поставленной изобретением технической задачи.

Предлагаемый способ цементации сложнопрофильных стальных деталей осуществляется следующим образом.

Детали, подлежащие цементации загружают в камеру вакуумной печи.

Создают в камере давление от 0,5 Па до 5,0 Па. Это соответствует номинальному режиму работы насоса.

Выполняют предварительный прогрев деталей до температуры от 940°С до 960°С.

Выполняют дозированную импульсную подачу газа-карбюризатора со скоростью от 1500 Па/с до 1600 Па/с. Одновременно уменьшают производительность насоса для создания в камере давления, периодически изменяющегося от 200 Па до 1800 Па в течение 85 мин.

После завершения этапа диффузионного насыщения поверхностных слоев деталей углеродом отключают подачу газа-карбюризатора и переключают насос на номинальный режим работы для создания в камере давления от 0,5 Па до 5,0 Па. Выдерживаю детали в течение 25 мин.

Пример осуществления предлагаемого способа цементации.

Выполняли цементацию двух партий корпусов распылителей в печи СЩЦМ6.6/9И5.

Материал деталей в обеих партиях - сталь 18Х2Н4ВА.

Нагрев деталей выполняли до температуры:

- первая партия - 940°С;

- вторая партия - 960°С.

В качестве газа-карбюризатора в обоих случаях использовали ацетилен.

Толщина полученного цементированного слоя на деталях составила: для первой партии от 0,68 мм (на внутреннем конусе детали) до 0,75 мм (на внешнем конусе детали) и от 0,76 мм до 0,84 мм для второй партии, соответственно. Толщина слоя по чертежу: от 0,65 мм до 0,90 мм. Замечаний к качеству цементирования нет.

Предлагаемый способ вакуумной цементации сложнопрофильных стальных деталей применяется в серийном производстве распылителей на Алтайском заводе прецизионных изделий.

Изобретение относится к способу вакуумной цементации сложнопрофильных стальных деталей. На первом этапе обеспечивают в вакуумной камере давление от 0,5 Па до 5,0 Па и проводят предварительный нагрев упомянутых деталей при температуре, составляющей от 940 °С до 960 °С. На втором этапе подают газ-карбюризатор импульсами со скоростью от 1500 Па/c до 1600 Па/c и обеспечивают периодически изменяющееся от 200 Па до 1800 Па давление в вакуумной камере в течение 85 минут. На третьем этапе отключают подачу газа-карбюризатора, обеспечивают в вакуумной камере давление от 0,5 Па до 5,0 Па и выдерживают упомянутые детали при указанном давлении в течение 25 мин. На упомянутых этапах выполняют непрерывную откачку газов из камеры насосом регулируемой производительности, постоянной на каждом этапе. В частном случае осуществления изобретения в качестве газа-карбюризатора используют ацетилен. Обеспечивается повышение надежности оборудования за счет исключения многократных включений и отключений насоса при проведении вакуумной цементации. 1 з.п. ф-лы, 1 пр.

1. Способ вакуумной цементации сложнопрофильных стальных деталей, отличающийся тем, что на первом этапе обеспечивают в вакуумной камере давление от 0,5 Па до 5,0 Па и проводят предварительный нагрев упомянутых деталей при температуре, составляющей от 940 °С до 960 °С, на втором этапе подают газ-карбюризатор импульсами со скоростью от 1500 Па/c до 1600 Па/c и обеспечивают периодически изменяющееся от 200 Па до 1800 Па давление в вакуумной камере в течение 85 минут, на третьем этапе отключают подачу газа-карбюризатора, обеспечивают в вакуумной камере давление от 0,5 Па до 5,0 Па и выдерживают упомянутые детали при указанном давлении в течение 25 мин, при этом на упомянутых этапах выполняют непрерывную откачку газов из камеры насосом регулируемой производительности, постоянной на каждом этапе.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве газа-карбюризатора используют ацетилен.