Способ низкотемпературной нитро-цЕМЕНТАции СТАльНыХ издЕлий Советский патент 1981 года по МПК C23C11/18 

I

Изобретение относится к химикотермической обработке, в частности к процессам низкотемпературной нитроцементации и может быть широко использовано в автомобильной промьлоленности.

Известен способ низкотемпературно нитроцементации металлических изделий путем их нагрева до 500-620 С, выдержки при этой температуре в насыщающей газовой среде и последующего охлаждения при наличии в течение процесса в рабочем пространстве печи инертного газа, в частности азота. При этом в качестве насыщающей С1«ды используют циануровую кислоту 1 j.

Способ осуществляют следукйцим

образом.

Детали загружают в печь и нагревают до 200-250 с.При достижении указанных температур в печь подают азот и дальнейший нагрев до 500-620 С проводят в атмосфере азота. Это позволяет избежать окисления поверхности . После нагрева садки при 500-620°С в рабочее пространство печи вводят циануровую кислоту, которая в результате термического разложения становится поставщиком атомарного азота, углерода и кислорода В результате обработки на поверхности изделий образуется оксикарбонитридный слой, имекнций твердость Нго 750-850 кг/мм и высокую износостойкость. Усталостная прочность на образцах с надрезом из стали 40Х составляет 48-50 кг/мм t

Однако на практике использование азота затруднено. Для его получения требуется специальное производство - азотная станция. Баллонный газ дорог и неудобен при хранении.

Известен также способ низкотемпературной нитроцементации, по основным признакам аналогичный предыдущему, в котором азот згьменен экзогазом 2.

Экзогаз является продуктом сжигания природного газа при избытке воздуха. После удаления влаги неочищенный экзогаз имеет следующий состав, об.%;

АЗОТ85-90

Углекислый газ 10-12 Водородло 2,0.

Экзогаз дешев и полностью заменяет азот, т.е. защищает изделия от окисления, а также служит газом носителем. Кроме того, неочищенный экзогаз качественно влияет на процесс обработки.

Однако в известном способе затруднено регулирование процесса,

Цель изобретения - ускорение процесса насыщения за счет возможности его регулирования.

Регулирование процессом насьицения позволяет получить нитроцементованные слои определенной толщины и заданного химического и фазового состава,

Поставленная цель достигается тем, что в процессе выдержки в печь подают аммиак в количестве 1-6 м/ч на 1 м объема печи.

Добавка аммиака обеспечивает ускорение процесса нитродементации за счет создания оптимальных условий насыщения поверхности обрабатываемых изделий азотом. Это достигается благодаря возможности регулировать уровень азотного потенциала насыщающей среды по степени диссоциации вводимого аммиака. Для интервала температур 500-620 С степень диссоциации аммиака необходимо поддерживать в пределах 20-60%. Это достигается при расходеаммиака 1-6 м/ч на 1 м рабочего объема печи при расходе газовой смеси -(аммиак и защитный газ) 3-10 на 1 м объема печи. При этом доля аммиака в общем расходе газовой смеси составит 10-60%,

Расход газовой среды в указанных пределах выбирают, исходя из следующих условий.

Не рекомендуется работать при расходе менее 3 м V на 1 м рабочего пространства печи, так как в таких случаях в рабочем пространстве печи могут образоваться застойные зоны, что вызывает неравномерность насыщения поверхности обрабатываемых изделий. Верхний предел ра

хода смеси, равный 10 на каждый 1 м рабочего-пространства печи, определяют, исходя из экономических соображений; эффект, получаемый за счет повьнления расхода смеси, не пропорционошен увеличению расход.а смеси

Границы степени диссоциации аммиака объясняются следующими причинами.

При степени диссоциации 10-15% уменьшается поглощение азота сталью, так как количество атомарного азота, контактирующего с поверхностью изделий, недостаточно, В результате замедляется скорость роста нитроцементованного слоя. Кроме того, низкая степень диссоциации аммиака требует больших его расходов, что удорожает процесс, При степени диссоциации аммиака более 60% в газовой среде велико содержание молекулярного азота и водорода. При этом уменьшается парциальное давление аммиака. Сказывается такх«е отрицательное влияние молекулярного водорода, который адсорбируется поверхностью металла, что тормозит поглощение азота сталью т,е, замедляется скорость роста слоя

Пример , После загрузки деТсшей из стали 4ОХ в печь с объемом рабочего пространства 0,01 м подают инертную, нейтральную или защитную атмосферу, в частности неочищенный экзогаз, и включс1ют нагрев печи (можно также подавать эту атмосферу после нагрева деталей до 150-200 с)

При 570°С в рабочее пространство печи вводят циануровую кислоту и аммиак и выдерживают 2 - 4 ч, Циануровая кислота представляет собой нетоксичный порошок белого цвета без запаха формулы 3CNOH

Расход аммиака равен 0,1 м /ч при степени его диссоциации 30-40%, а циануровой кислоты - 12 г/ч. После выдержки печь отключают и.охлаждают изделия вместе с печью в потоке инертной атмосферы до 150°С.

Результаты обработки стальных изделий представлены в таблице.

Твердость оксикарбонитридного слоя составляет Н 780-850 кг/мм а усталостная прочность на образцах с назрезом 51 50-22 кгс/мм .

Из таблицы видно, что предлагаеийай способ позволяет получать качественные диффузионные слои и сократить время обработки на 15-20%.

Формула изобретения

Способ низкотемпературной нитроцементации стальных изделий, включающий нагрев до 500-620 С и выдержку при этой температуре в насьадающей среде, состоящей из продуктов разложения циануровой кислоты, и последукнцее охлаждение в потоке защитного газа, отличающийся тем, что, с целью ускорения процесса, во

время выдержки в печь подают аммиак в количестве 1-6 на 1 м объема печи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР по заявке 2627062, кл.С 23 С 11/18, 1978.