Среда для жидкостной нитроцементации стальных деталей Советский патент 1980 года по МПК C23C9/16 

(54) СРЕДА ДЛЯ ЖИДКОСТНОЙ НИТРОЦЕМЕНТАЦИИ

1

Изобретение относятся к области -i химико-термической обработки инструН ментальных и конструкционных сталей, а именно к процессам нитроцементации в жидких средах, и может быть исполь- 5 зовано при изготовлении деталей и инструмента.

Известны среды для цианирования, не содержащие -цианистых солей: 9-10% Sic, 0-76% NagCOj,, 9-12% NaCt, 6-9% О . При использовании такой ванны при 850°С получается цианированный слой глубиной 0,7-0,85 мм iпри выдержке 1,0-1,5 ч .

, Однако при использовании такой 15 ванны происходит сильное испарение хлористого алюминия и получаемые . слои неравномерны

Известен также способ с использованием в качестве среды триэтаноламина,20 причем применяться эта среда может при неизотермической и изотер№ ческой нитроцементации ;конструкционныХ| деталей, погружаемых в нее и подвергаемых индукционному нагреву 2. 25

Однако , триэтаноламин недостаточно жидкотекуч, неактивен при низких температурах и склонен к пригару с образованием пятен на детали, препятствующих диффузии и снижающих ЗЬ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ

тем самым глубину и степень пасшцения.

Целью изобретения является интенсификация процесса насыщения, а также повышение износостойкости диффузионного слоя.

Цель достигается тем, что среда, содержащая в качестве основы триэтаноламин, дополнительно содержит мочевину, нитрит натрия и нитрат кобальта при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Мочевина5-15

Нитрит натрия 0,8-4,0 Нитрат кобальта 0,,0 Триэтаноламин Остальное Введение -кислородсодержащих веществ (мочевины и нитрита натрия) увеличивает полноту расщепления триэтаноламина и количество атомарного углерода и азота. Натрий из нитрита натрия в виде окиси натрия создает иа поверхности детали адсорбционноактивную зону и поддерживает постоянную концентрацию атомарных углерода и азота, что повышает скорость и степень насыщения. Нитрат кобальта Co(NOj)e , находящийся в щелочной среде (образованный трнэтаноламином) в диссоциированном состоянии, каталитически действует на процесс разложения триэтаноламина и мочевины с образованием окиси углерода, атомарного углерода, водорода, азота. Увеличение количества атомарного углерода и азота в присутствии водоро да, находящегося в ионизированном состоянии, ускоряет диффузию последних в слой,ч

Кобальт более интенсивно способствует полноте пиролиза кислородсодержащих органических соединений, чем натрий, и суммарное каталитическое действие образующейся окиси крбальта складывается с действием в этом же направлении окислов натрия. Все это повышает скорость образования диффузионного слоя в 1,6-2,5 раза.

Введение в чистый триэтаноламин безводных компонентов (мочевины, нитрита натрия и нитрата кобальта) повышает также стабильность среды при рабочих температурах в вакууме и обычной атмосфере вследствие уменьшения общей доли гидратных групп и большей энергии термодинамических связей в нитрите натрия и мочевине.

Приготовление состава среды осуществляют путем последовательного ввдения (при перемешивании) в подог ретый до 70-80° С триэтаноламин химически чистых или технических мочевины, нитрита натрия и нитрата кобальта в сухом виде, что обеспечивает улетучивание гигроскопической влаги из вводимых соединений.

Пример 1, Выталкиватели, изготовленные иэ стали ЗХ2В8Ф,нагревают для закалки в вакууме 6-10 мм рт,ст. и закаливают в среде следующего состава, вес.%:

нитрит натрия 0,8

Нитрат кобальта . 2,0

Мочевина10

Триэтаноламин Остальное

Температзфа подогрева „gQjjf С, 20 мин., нагрев при 1140°С, 40 мин.: Дал ееПроводят неизотермическую нитроцементацию в процессе закалки в среде до , выдержка 60 мин, затем отпуск при , 2 ч. После закалки с одновременной нитроцементацией.на рабочей поверхности выталкивателей образуется слой глубиной 130-140 мкм, содержащий 0,22% азота и 0,86% углерода, Ликротвердость слоя составляет Нзд 876-899 кг/и«м, сердцевины - HRC 50-52, Обработка по таким же режимам с закгшкой и нитроцементацией в процессе охлаждения в чистом триэтаноламине обеспечила значительно меньшую глубину (40-50 мкм) и степень насыщения слоя (0,09% N и 0,82% С),

Износостойкость по сравнению с обработкой в триэтаноламине.выше в 1,7 раза без образования задиров на рабочей поверхности выталкивателей.

Кислотное число среды после 100 ч эксплуатации составляет 0,12 мг КОН против 0,48 мг для чистого триэтаноламина,

П р и м е р 2. Вырубные пуансоны из ст, 25Х12Н2В2МФ погружают в ванну следующего Гсостава, вес. %: Мочевина15

Нитрит натрия , 1,4 Нитрат кобальта 1,8 Триэтаноламин Остальное и ПРОВОДЯТ нагрев до температуры закалки только рабочей части пуансона, находящейся в индукторе, погруженном в ванну. Индукционный нагрев осуществляют от установки ЛГЗ-67, тепература нагрева 1120°С, выдержка 10 мин, затем охлаждение в этом же составе. Образуется слой глубиной 0,6 мм, содержаний 1,23% С и 0,51% N с микротвердостью Hjt, 937-942кг/мм при этом твердость сердцевины после отпуска при составляет HRC 5456, ПРИ обработке по аналогичным режимам в триэтаноламине получают слой глубиной 0,36 мм с содержанием 0,81% С и 0,12% N, В эксплуатации пуансоны после высокочастотного нагрева и закалки в триэтаноламине в 20% случаев разрушались ранее полног износа, а остальное имели износостойкость в 2,5 раза ниже, чем обработанные в предложенном составе. Испытания проведены при вырубке заготовок из ст, 1Х18Н10Т толщиной 1,8 мм. Увеличение вязкости среды через 40 ч работы было на 30% ниже, чем чистого триэтаноламина.

Пример 3. Вкладыши штамповые из ст, 5ХНМ для горячей высадки на молоте свободной ковки головок болто MlOxlOO из ст, 40ХНМА нагревают для закалки в вакуумной печи Ш-ЮК (вакуум З-Ю мм рт,ст.) и охлаждают от температуры закалки 85Cf С в среде с температурой , содержащей, вес,%:

Мочевины5

Нитрита натрия 4 Нитрата кобальта 0,5 Триэтаноламина Остальное Охлаждают в течение 40 мин, затем выдерживают в этой же среде при 160 в течение 120 мин. После этого проводят отпуск в щелочи 450°С, 1 ч, В процессе некзотермического охлаждени от и последующей низкотемпературной нитроцементацйи на рабочих поверхностях, не подвергаемых дальнейшей доводке и зачистке, образуется слой глубиной 0,27-0,32 мм с содержанием 0, и 0,92% С против слоц глубиной О,15 NM с содержанием 0,67% С и 0,08% N, полученного при обработке по аналогичным режимам в триэтанолёшийе. Микротвердость слоя при этом-составляет Ну 736-774 кг/мм, твердость сердцевины - HRC 45-48, Износостойкость вкладышей до образования трещин разгара глубиной более 0,80 мм повышается в 1,6 раза по сравнению с обработанными аналогично в чистом триэтаноламине. Кислотное число после эксплуатации среды в течение 100 ч составляет 0,21 мг КОН против 0,63 мг для чистого триэтанолги ияа.

Предложенная среда стабильна и используется в широком диапазоне процессов химико-термической обработки деталей машин, режущего и штампового инструмента из средне- и высоколегирванных сталей, при различных способах - вакуумном, индукционном, в заЬштных атмосферах. Длительность эксплуатации среды в вакууме З-Ю 610 мм рт4ст. без образования нерастворимых осадков и уменьшения степени насыщения азотом и углеродом при закалке высоколегированных сталей от температур 850-1200 С составляет 400-520 ч против 260-300 ч для чистого триэтаноламина.

Применение предложенной среды позволяет повысить износостойкость и контактную прочность конструкционных деталей в 1,4-1,7 раза а инст- ,румента в 1,3-2,5 раза в сравнении

с обработкой в известных средах. Среда обеспечивает повышение скорости образования слоя в 1,5-2,5 раза на различных сталях.

i Формула изобретения

Среда для жидкостной нитроцементации стальных деталей на основе трйэтаноламина, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса насыщения, а также повышения износостойкости диффузионного слоя и cтaбJильнocти среды, она дополниГёльжГсодержит мочевину, нитрит натрия и нитрат кобальта при следующем соотношении компонентов, вес.% Мочевина5-15

Нитрит натрия 0,8-4,0 Нитрат кобальта 0,5-2,0 Триэтаноламин Остальное

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Минкевич А.И. Химико-термическая обработка металлов, Машиностроение, 1965,, с.138.

2.Авторское свидетельство СССР 298702, кл. С 23 С 9/10, 1972.