Способ азотирования стали и сплавов Советский патент 1979 года по МПК C23C11/16 

1

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов, в част5гасти к способам азотирования для упрочнения изделий.

В современном машиностроении широко используют процесс азотирования деталей машин для повышения износостойкости и усталостной прочности. Для исключения образования хрупкой |-фазы осуществляют разбавление аммиака аргоном, азотом, водородом.

Известный способ газового азотирования позволяет повысить качество азотированного слоя путем рециркуляции газовой среды.

Недостатком таких способов является техническая сложность определения состава атмосферы, а тем самым и получение требуемой структуры поверхностного слоя.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ азотирования стальных изделий в предварительно вакуумированной камере с циклической подачей аммиака в камеру при изменении давления Ы0° - 2 атм.

Недостатками этого способа являются повышенный расход аммиака и образование на поверхности хрупкой |-фазы.

Цель изобретения - сокраш ение расхода аммиака и улучшение качества азотированного слоя.

Для зтого предлагается, способ азотирования стали и сплавов, включающий нахрев в среде аммиака при давлении 0,1-1,2 атм в предварительно вакуумированной камере, при этом процесс осуществляют в однбй порции аммиака в течение времени, при котором давление в камере возрастает на 0,1-0,5 атм, а при длительности процесса более 10 мин осуществляют рециркуляцию порции аммиака.

Способ осуществляют следующим образом. Изделие нагревают в вакууме I-10 Ш мм рт.ст. до температуры азотирования в интервале 500-650°С. Затем в печь вводят порцию аммиака до достижения давления 0,10,7 атм, выдерживают при заданной температуре при повышении давления на 0,1-0,5 атм, в результате чего давление в камере составляет 0,1-1,2 атм. Изделие охлаждают в диссоциированном аммиаке при вакуумировании до мм рт.ст. с последующей выгрузкой из печи. При таком ведении процесса прирост .дав пения порции аммиака в замкнутой системе характеризует степень диссоциации аммиака, что позволяет определить фазовый состав поверхности. Степень диссоциации аммиака в системе и время достижения заданной по процессу степен диссоциации определяют из зависимостей ., . enCi-uPjfPo) Ч.Г где Yt - степень диссоциации аммиака через время t; k- константа скорости диссоциации аммиака;РО - исходное давление в системе; дР - прирост давления за время t. По экспериментальным данным величина k зависит от температуры процесса и констру ции печи. Она определяется по росту давления во времени. При 500°С она составляла 0,03 ч а при - 2,1 ч. В соответствии с этими данными и известными значениями степени диссоциации аммиак исключающими образование |-фазы на поверх ности, пределы прироста давления ограничены значениями 0,1-0,5 атм. Пример. Штамповый инструмент из ст ли 4Х5В2ФС после вакуумной закалки и отпуска нагревают до 560-580° С при давлении 5 10 мм рт.ст., затем в печь вводят аммиа до давления 0,5 атм и выдерживают до роста давления на 0,35 атм, т.е. до 0,85 атм, что происходит в течение 6 ч. После этого нагрев выключают, печь вакуумируют до рт.ст. и детали выгружают из печи. В результате обработки получен равномерный азотированный слой толщиной 0,12 мм с микротвердостью HS0 1000-1100 кг/см. По данным рентгеноструктурного анализа на поверхности не обнаружена фупкая g-фаза. Способ опробован также на изделиях из сталей ЗХ2В8, 4Х8В2, Р6М5 и дал положительные результаты. Таким образом, предлагаемый способ азотирования позволяет perjoiHpoBaTb азотный по тенциал атмосферы и исключить образование на поверхности хрупкой -фазы. Формула изобретения . U/V-4 , t/ 1. Способ азотирования стали и сплавов, включающий нагрев в среде аммиака при давлении 0,1-1,2 атм в предварительно вакуумированной камере, отличающийся тем, что, с целью сокращения расхода аммиака, и улучщения качества азотированного слоя, процесс осуществляют в одной порции аммиака в течение времени, при котором давление в камере возрастает на 0,1-0,5 атм. 2 Способ по П.1, отличающийся тем, что при азотировании более 10 мин осуществляют рециркуляцию порции аммиака.