СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ КОРПУСА РЕЗЦА ДОРОЖНОЙ ФРЕЗЫ ИЗ КОНСТРУКЦИОННОЙ ЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ 30ХГС НИТРОЦЕМЕНТАЦИЕЙ Российский патент 2025 года по МПК C23C8/76 

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке конструкционных сталей, и может быть использовано для поверхностного упрочнения корпусов дорожной фрезы.

Известен способ упрочнения корпуса резца дорожной фрезы, выполненного из среднеуглеродистой конструкционной стали после закалки и среднего отпуска путем нанесения поверхностного слоя из композита с износостойкой матрицей и наполнителем из сверхтвердых дисперсных частиц [Патент РФ №180771]. Нанесение износостойких композиционных электрохимических покрытий на основе железа с включением электрокорунда белого осуществляется из электролита состава, кг/м³: FeCl₂×4H₂O - 550…600; электрокорунд М10 - 90…100; при плотности тока 35…40 А/дм², рН=0,7…1,0, температуре 40…50°С, с предварительной анодной обработкой в электролите состава, кг/м³: H₂SO₄ - 300…350; FeCl₂×4H₂O - 20…22.

Недостатком указанного способа является высокая трудоемкость и энергоемкость, громоздкость применяемого оборудования, а также необходимость постоянной циркуляции электролита в процессе нанесения покрытия.

Известен способ нитроцементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей [Патент РФ №2586178]. Приготовление пасты осуществляют при следующем соотношении компонентов, мас.%: железосинеродистый калий K₄[Fe(CN)₆] - 16…20, карбонат бария ВаСО₃ - 14…18, бентонит - 12, маршалит - 24, газовая сажа ДГ-100 - остальное; пастообразующая жидкость, об. %: поливинилацетатная эмульсия - 50, этанол - 10, вода - 40. Затем проводят нагрев в нейтральной соляной ванне при следующем соотношении компонентов, мас.%: NaCl - 50, Na₂CO₃ - 50, при температуре 750…950°С в течение 1,0…6,0 часов, после этого образцы охлаждают в масле и проводят низкотемпературный отпуск при температуре 150…200°С.

Известен способ нитроцементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей [Патент РФ №2592339]. Способ включает приготовление пасты при следующем соотношении компонентов, мас.%: железосинеродистый калий K₄[Fe(CN)₆] - 16, карбамид (NH₂)₂CO - 18, бентонит - 12, маршалит - 24, газовая сажа ДГ-100 - остальное; пастообразующая жидкость, об. %: поливинилацетатная эмульсия 50, этанол - 10, вода - 40; нанесение пасты на детали, нагрев в нейтральной соляной ванне при следующем соотношении компонентов, мас.%: NaCl - 35, Na₂CO₃ - 35, NaOH - 30, при температуре 550…650°С с выдержкой в течение 0,5…3 часов. Затем детали охлаждают в масле и проводят низкотемпературный отпуск при температуре 150…200°С.

Известен способ нитроцементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей [Патент РФ №2600612]. Способ включает приготовление пасты при следующем соотношении компонентов, мас.%: железосинеродистый калий K₄[Fe(CN)₆] - 20…30, карбамид (NH₂)₂CO - 15…20, нитроцеллюлозный лак НЦ 222 - 15…30, газовая сажа ДГ-100 - остальное. Затем наносят пасту на изделие, проводят нагрев с выдержкой при температуре 450…850°С в течение 1…3 часов, охлаждают в масле и проводят отпуск при температуре 150…180°С в течение 1…2 часов.

Недостатки указанных способов состоят в ограничении температур нитроцементации и закалки, а для стали 30ХГС требуется более высокая температура.

В качестве наиболее близкого аналога может быть выбран второй из указанных способов.

В основу изобретения положена задача упрочнения корпуса резца дорожной фрезы химико-термической обработкой, повышение его износостойкости с минимальными затратами энергии и высокой экологичностью процесса.

Решение поставленной задачи достигается тем, что корпус резца, выполненный из конструкционной легированной стали 30ХГС упрочняется путем нитроцементации в пастообразной сажекарбонатной среде, в которую вводится железосинеродистый калий K₄[Fe(CN)₆], при следующем соотношении сухих компонентов, мас.%: железосинеродистый калий K₄[Fe(CN)₆] - 15, карбонат натрия Na₂CO₃ - 15, газовая сажа ДГ-100 - 70. Сухие компоненты, входящие в состав насыщающей среды, тщательно перемешиваются в заданной пропорции и к этой смеси добавляется пастообразующая жидкость - водный раствор карбометилцеллюлозы (клей КМЦ 20% от количества сухой смеси). Проводят нитроцементацию при температуре 820…900°С в течение 2…6 часов, затем охлаждение на воздухе, закалка 800…940°С с охлаждением в минеральном масле и последующим отпуском 150…180°С в течение 1…2 часов.

На фигуре 1 представлен общий вид печи СШОЛ 10/11 и схема упаковки образцов для нитроцементации: 1 - корпус печи; 2 - теплоизолятор; 3 -муфель с нагревателями; 4- контейнер; 5 - древесноугольный наполнитель; 6 - нитроцементирующая обмазка (высушенная паста); 7 - образец; 8 - крышка контейнера; 9 - песочный затвор (герметизация контейнера); 10 - крышка печи.

Паста наносится на поверхность образцов слоем ~5 мм и высушивается, затем образцы укладываются в контейнер (стальной стакан) и засыпаются древесным углем. Контейнер закрывается крышкой, герметизируется песочным затвором (сухой песок + 10% NaCl) и устанавливается в печь, разогретую до температуры 820…900°С.

На поверхности образцов образуются диффузионные (модифицированные) слои с большим содержанием карбонитридов. На фигуре 2 представлена микроструктура нитроцементированного (850°С, 2 часа) слоя стали 30ХГС: I - зона карбонитридов; II - переходная зона (карбонитриды + твердый раствор); III - сердцевина (мартенсит + троостит) (х200). Карбонитриды на поверхности диффузионных слоев представляют собой отдельные включения неправильной формы, отделенные друг от друга относительно небольшими участками металлической матрицы, и являются металлическим композитом.

На фигуре 3 представлены зависимости содержания карбонитридов на поверхности диффузионных слоев стали 30ХГС от температуры нитроцементации при различных длительностях обработки. Максимальное содержание металлического композита образуется уже при 880°С.

Окончательные механические и служебные свойства нитроцементированной стали приобретаются после закалки и отпуска.

На фигуре 4 представлены зависимости твердости нитроцементированной стали 30ХГС (860°С, 6 час) от температуры нагрева под закалку при разных температурах отпуска: 1 - без отпуска; 2 - отпуск при 150°С; 3 - отпуск при 250°С; 4 - нитроцементация при 880°С, 6 часов, отпуск при 150°С. Температура нагрева нитроцементированной стали 30ХГС под закалку в районе 880°С обуславливает получение максимально возможной твердости диффузионных (модифицированных) слоев на поверхности. Большое количество твердых карбонитридных включений на поверхности нитроцементированных образцов характеризует их повышенную износостойкость в условиях абразивного изнашивания.

На фигуре 5 представлены результаты, свидетельствующие о том, что при повышении температуры нитроцементации до ~880°С износостойкость стали 30ХГС увеличивается, а при дальнейшем повышении температуры обработки увеличения износостойкости практически не происходит. Увеличение времени выдержки при нитроцементации ведет к монотонному повышению износостойкости стали 30ХГС.

Заявленный способ экологичен, не требует значительных энергозатрат и дорогостоящего оборудования и может быть применен практически в любом производстве.

Изобретение относится к способу упрочнения корпуса резца дорожной фрезы из конструкционной легированной стали 30ХГС нитроцементацией. Готовят пасту при следующем соотношении сухих компонентов, мас.%: железосинеродистый калий K₄[Fe(CN)₆] - 15, карбонат натрия Na₂CO₃ (сода) - 15 и газовая сажа ДГ-100 - 70. В качестве пастообразующей жидкости используют водный раствор карбометилцеллюлозы. Наносят пасту на изделие. Проводят нагрев при температуре 820-900 °C в течение 2-6 ч. Последующее охлаждение проводят на воздухе. Затем осуществляют закалку при 800-940 °C с охлаждением в минеральном масле и последующий отпуск при 150-180 °C в течение 1-2 ч. Обеспечивается упрочнение корпуса резца дорожной фрезы и повышение его износостойкости. 5 ил.

Способ упрочнения корпуса резца дорожной фрезы из конструкционной легированной стали 30ХГС нитроцементацией, включающий приготовление пасты, содержащей железосинеродистый калий K₄[Fe(CN)₆] и газовую сажу ДГ-100, нанесение пасты на изделие, нагрев с выдержкой, охлаждение и отпуск, отличающийся тем, что при приготовлении пасты в нее вводят карбонат натрия Na₂CO₃ (сода) и пастообразующую жидкость - водный раствор карбометилцеллюлозы при следующем соотношении сухих компонентов, мас.%: железосинеродистый калий K₄[Fe(CN)₆] - 15, карбонат натрия Na₂CO₃ (сода) – 15 и газовая сажа ДГ-100 – 70, нагрев проводят при температуре 820-900 °C в течение 2-6 ч, последующее охлаждение проводят на воздухе, затем проводят закалку при 800-940 °C с охлаждением в минеральном масле и последующий отпуск при 150-180 °C в течение 1-2 ч.