Способ азотирования деталей из конструкционных сталей Советский патент 1981 года по МПК C23C11/16 

1

Изобретение относится к химикотермической обработке, а именно к процессам низкотемпературного насыщения металлов и сплавов азотом.

Известен способ, заключающийся в кратковременном газовом азотировании в атмосфере аммиака, аммиака и азота, аммиака и углеродосодержащих газов при 450-600С 1.

Известен также способ азотирования стали, включающий изотермическую выдержку изделий в интервале температур 450-бОО С в аммиачно-водородной смеси с введением в конце изотермической выдержки в рабочее пространство печи нитроцементукнцего газа в течение 0,1-3 ч 2.

Данные способы позволяют повысить пластичность поверхностной нитридной зоны oбpaбaтывae tt x изделий и сопротивление задиру.

Недостатками известного способа являются сравнительно низкая износостойкость покрытия, невысокая скорость процесса и недостаточная технологичность, связанная с применением дополнительного источника насьаданнцей атмосферы - нитроцементующего газа.

Цель изобретения - интенсификация насьпцения, повышение износостойкости азотированного слоя и повышение технологичности процесса.

Поставленная цель достигается тем, что обрабатываемые детали нагревают до температуры насыщения (450 600°С) и выдерживают в течение первых 15-30 мин при температуре

10 процесса в аммиаке с азотным потенциалом

тг Ш5

3,5-5,5

РНЗА

РНЗЙ - i---,, затем при той же температуре азотный

15 I потенциал насьвдающей атмосферы

понижают до уровня предельной растворимости азота в твердом растворе ffi 0,2-0,7 и выдерживают детали при данном : азотном потенциёше 1 20 10 ч в зависимости от необходимой толщины зоны d -твердого раствора, после чего при той же температуре процесса азотный потенциал повьвяают до значений 1,4 - 2,5, что позволяет

25 при низшем значении Л 1,4 получить на поверхности нитрид , а ;1ри высшем 2,Ъ - нитрид (данный диапазон азотного потенциала исключает получение на поверхности

30 хрупкого нитрида Fea.N) .

Нагрев изделий и изотермическая выдержка в первые 15-30 мин процесса в атмосфере с высоким азотным потенциалом позволяет уменьшить время до достижения предела растворимости азота в твердом растворе, а проведение процесса на второй стадии при .азотном потенциале, соответствующем предельной растворимости азота в твердом растворе, позволяет ускорить получение заданной .7лубины зоны внутреннего азотирования,, Последующе повышение азотного потенциала в диапазоне 1,4 - 2 f 5 обеспечи;вает формирование на поверхности заданный химический состав нитридов, толщина которого регулируется временем выдержки при данном азотном потенциале. При этом достигается оптимизация фазового состава и соответственно поверхностных физико-механических характеристик нитридной зоны.

Получаемые комбинированные диффузионные слои обеспечивают оптимальную прирабатываемость и пониженный износ детали за счет поверхностной нитридной зоны заданного состава, высокое сопротивление контактным нагрузкам, стойкость в условиях сухого и полусухого трения.

При проведении процесса азотирования по предлагаемому способу достигается ускоренное формирование диффузионного слоя и улучшается технологичность процесса, так как оптимизация фазового состава нитридной зоны достигается не за счет введения в рабочее пространство печи дополнительного газового реагента, а за счет регулирования азотного потенциала аммиачной атмосферы.

оПример 1. По известному режиму на стали 45 за 3 ч проводят насыщение при , получают диффузионный слой глубиной 0,5 мм с карбонитридной фазой ) 15 мкм.

Испытания полученного покрытия, проведенные в условиях трения скольжения на машине СМЦ-2, показали, что линейный износ карбонитрида FeQ(NC) составляет 3,8 мкм за 4 ч испытаний, 3,9 мкм за 5 ч испытаний и 4 мкм за б ч испытаний.

Азотирование по предлагаемому способу проводят по режиму: температура насыщения 570°С; 1 ступень насы щения проводят в среде аммиака 40%, JT, 3,63 15 мин; 11 ступень насыщения проводят в атмосфере аммиака и продуктов его крекинга с азотным потенциалом 0,22, время насыщения 1 ч; 111 ступень: время насыщения I ч 45 мин в атмосфере аммиака и продуктов его крекинга с азотным потенциалом J 2,5. Общее время насьвцения составляет 3ч.

После обработки на поверхности получают азотированный слой 0,55 мм с нитридной зоной 21 мкм на стали 45.

На поверхности обрабатываемого изделия формируется зона химического , соединения на базе нитрида

(без хрупкой фазы ) , позволяющая уменьшить скорость износа, которая составляет 2,7 мкм за 4 ч испытаний, 3 мкм за 5 ч испытаний и 3,1 мкм

- за 6 ч испытаний.

Пример 2. Сталь 45 азотируют при 570°С по режиму, обеспечивающему получение на поверхности 6 фазы, испытывают на машине СМЦ-2 в режиме трения скольжения со смазкой

5 и при контроле износа методом гашения сцинтилляций, за 1 ч испытаний количество продуктов износа с в масле увеличивается до 6 г.

Азотируют ту же сталь по предлагаемому способу, температура насыщения 1 ступень:азотирование проводят в атмосфере аммиака с азотным потенциалом JTnj 3,65 в течение 15 мин; 11 ступень: насыщение

5 проводят в течение 1 ч, в среде аммиака и продуктов его крекинга с азотным потенциаломЛц 0,22; 111 ступень: проводят выдержку в среде аммиака и продуктов его крекинга

.1 с азотным потенциалом ТГц 1,4 в течение 1 ч 45 мин. Суммарное время процесса составляет 3 ч. При этом на обрабатываемых деталях получают диффузионный слой с поверхностной

. у фазой (нитрид Fe4N), что уменьшает количество продуктов износа (при аналогичном методе испытаний) до 2,5 г.

, Применение способа азотирования позволяет регулировать строение и

0 фазовый состав диффузионного слоя без введения дополнительного газового реагента, сократить продолйсительность процесса в 1,5 - 2 раза и повысить работоспособность рабочей поверхности в 2,5 - 3 раза.

Формула изобретения

1. Способ азотирования деталей из конструкционных сталей, включающий нагрев до температуры насыщения и изотермическую выдержку в атмосфере частично диссоциированного аммиака при температуре насыщения, о тличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса насыщения, повышения износостойкости получаемых диффузионных слоев и повышения технологичности процесса,

насыщение проводят при 450-600 С в три стадии, причем на первой стадии изотермическая вьвдержка ведется 10-30 мин в атмосфере аммиака с азотным потенциалом 3,5 - 5,5, на

второй стадии 0,5 - 10 ч в атмосфере

аммиака с продуктами его предварительной диссоциации с азотным потенциалом на уровне предельной растворимости азота в cL -твердом растворе, на третьей стадии 1 - б ч в той же атмосфере с азотным потенциалом на уровне предельной растворимости азота 9 нитридах.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что в зависимости

от температуры насыщения азотный потенциал на второй стадии выбирают по формуле 15,899 - 0,039 Т

3.Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что для получения на поверхности Фазы (нитрид ) азотный потенциал третьей ступени

в зависимости от температуры насыщения выбирают по формуле

15,899-0,039 е(ГТ.л 13,3990,022 Т .

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для получения на поверхности 6 -фазы (нитрид ) азотный потенциал третьей ступени в зависимости от температуры насыщения выбирают по формуле

t(rJr,,396 - 0,22 Т°.

источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. Азотирование стали. Машиностроение, 1976, с. 219-230.

5

2.Авторское свидетельство СССР 475427, кл. С 23 С 9/16, 1974.