Способ химико-термической обработки стальных изделий Советский патент 1976 года по МПК C23C8/26 

1

Изобретение относится к области химико-термической обработки, в частности к газовому азотированию или ннтроцементации.

Известны различные способы кратковременного азотирования или нитроцементации, обеспечивающие значительное повышение усталостной прочности, износостойкости и про- тнвозадирных свойств изделий 1.

Известен также способ нитроцементации в среде аммиака и городского газа (или эндогаза) заключающийся в нагреве до 56О-580 С, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении 2. Микроструктура поверхностной зоны детали, нитроцементованной по этому способу, состоит из двух слоев: карбонитридного и лежащего под ним диффузионного. Глубина слоев зависит от марки материала и режима обработки. (Глубина карбонитридного слоя О,002 -0,03 мм, глубина диффузионного слоя до нескольких десятых долей миллиметра). Так на стали 4ОХ после нитроцементации по известному способу в среде аммиака городского газа (50% аммиака и 50% городского газа), при температуре 57 О С в течение 4 час получают карбонитридный слой глубиной до 20 мкм и диффузионный слой глубиной до 0,4 мм. Однако современное производство требует более высоких механических свойств и, следовательно, более глубоких и качественных слоев. Известный способ не решает поставленную задачу, так как получение более глубоких слоев сопровождается появлением дефектов в поверхностных участках слоя. Это вызвано присутствием водорода в стали. Водород всегд э присутствует в стали, растворяется в ней в процессе выплавки, при термической обработке, сварке. Водород в стали находится в трех формах; растворенный в связанном состоянии на границах неметаллических включений и поверхности пор, в .молекулярном состоянии.

Цель изобретения - увеличение глубины упрочненного слоя за счет удаления водорода из твердого раствора оС -железа. Это достигается тем, что при нагреве до температуры процесса насышения стали азотом и углеродом предварительно выдерживают ари 300-400 С в течение 1-3 час и нагре вают до температуры насыщения в атмосфере азота. При выдеряске в течение 1-3 ч при температуре 300-40О°С из твердого раствора d. -железа выделяется водород. Значение энергии активации выделения этой фракции сопоставимо с величиной энергии, которую необходимо затратить для процесса диффузии в объемах металла. Выделение водорода при указанной температуре снижае газосодержание стали, а это увеличивает коэффициент диффузии азота и углерода в нее в несколько раз. Так при снижении содержания газов в стальном изделии с 11,4 см/1ОО г до 3,2 CMVlOO г коэффициент диффузии углерода увеличивается с 2,5-10 до 8-10 CMV сек. Способ осуществляется следующим образом. Стальные изделия нагревают в атмосфере азота до 300-4ОО С и выдерживают при этой температуре 1-3 час. После выдержки нагревают изделия в атмосфере азота до 56О-620 С, По достижении необходимой температуры подают аммиак и эндогаз или городской газ. Можно подавать один аммиак или аммиак и азот. Атмосфера выбирается в зависимости от вида термообработки (азотирование или нитроцементация). Затем при 560-620 С в соответствующей газовой атмосфере производят выдержку, время которой зависит от вица изделия. По окончании выдержки изделия охлаждают (на воздухе, в воде или с печью). Пример, Образцы из стали 40Х нагревают в атмосфере азота до 350 С и при этой температуре выдерживают 1 час. После выдержки продолжают нагрев в атмосфере азота до 570 С. По достижении этой температуры подают 50% аммиака и 5О% городского газа к выдерживают в течение 4 час, после чего охлаждают вместе с печью, В результате обработки на образцах из ста-, ли 4 ОХ получают карбонитридный слой глубиной до 25 мк при общей глубине диффузионной аоны до 0,5-0,6 мм. Увеличение глубины карбонитридных слоев происходит при сохранении их плотности и достаточно высокой твердости - до Н 800-900кг/мм, Увеличение глубины карбонитридных слоев на 2О% значительно повыщает износостойкость материала. Наряду с повышением износостойкости повыщается усталостная проч-ность материала в результате увеличения глубины диффузионного слоя. Усталостная прочность возросла на 5-10%. Формула изобретения Способ химико-термической обработки стальных изделий, включающий нагрев их с последующей выдериской при 560-620 С в газовой среде для азотирования или нитроцементации, отличающийся тем, что, с целью увеличения глубины и качества диффузионного слоя, нагрев проводят в тмосфере азота с выдержкой 300-400 С течение 1-3 час. Источники информации, принятые во вниание при экспертизе. 1.Райцес В. Б. Технология химико-терической обработки на машиностроительных аводах 1965, стр, 151-154, 216-220. 2.Металловедение и термическая обраотка металлов, № 8, 1974, стр. 36,-42.