Состав для сульфидирования стальных изделий Советский патент 1981 года по МПК C23C9/02 

(54) СОСТАВ ДЛЯ СУЛЬФИДИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к химикотермической обработке деталей из чер ных сплавов/ а также Металлопокрытий полученных гальваническими и другими способами, и может быть использовано в машиностроительной, приборостроительной и других отраслях промышлен- .ности в целях повышения антизадирных свойств, износостойкости, усталостно прочности, антикоррозийной стойкости Известен состав по способу химического сульфидирования в водных растворах. Для сульфидирования использован следующий состав 1 ванны Двууглекислый натрий,г/л 2,3 Сернистый натрий, г/л 0,7-1/5 Техническая соляная . кислота1,0-2, Данный состав не обеспечивает высоких антизадирных свойс в, износостойкости и усталостной прочности обработанных изделий. Наиболее близким к предлагаемому является масленая среда для сульфидирования. В качестве сульфидирующей среды использован следующий состав (2)., вес.%: Минеральное масло 90-95 Сера4-8 Кальцинированная безводная сода 1-2 Недостатки сульфидирующей среды заключаются в том, что она обладает высокой термоокислительной способностью, так как минеральные масла являются н зкокипящими фракциями, не содержат серы и ее соединений, снижающих термоокислительную способность, что-отрицательно.сказывается на длительности эффективного времени работы ванн. При сульфидировании в данной среде приповерхностный слой сульфидируемых. изделий мало насыщается серой в чистом виде и ее соединениями FeS, снижает износостойкость, усталостную прочность и антизадирные свойства обработанных изделий. Кроме того, состав дорогостоящий, так как себестоимость минеральных масел более высокая, нежели топочный мазут. Цель изобретения - снижение термоокислительной способности состава и повышение его насыщающей способности. Поставленная цель достигается тем, что в состав, содержащий порошок серы и карбонат натрия дополнительно

вводят тиомочевину и топочный мазут при следующем соотношении, Бес.%: Порошок серы

(ГОСТ 127-64) 10-12 Тиомочевина1,8-2,2

Карбонат натрия 0,8-1,2 Топочный мазут (марки ГОСТ 10585-63 с содержанием серы до 2%)Остальное

В результате обработки в данном составе -приповерхностный слой изделий насыщен серой, а также ее соединениями сжелезом FeS, и более тонкими фазовыми составляющими, которые и предопределяют повышение усталостной прочности за счет заполнения макро и микротрещин сульфидами железа. Более слабая связь их с основным металлом способствует резкому увеличению износостойкости и антизадирных свойств. Сульфиды выполняют роль смазки при повышении удельных давлений, температуру и ухудшения смазки.

В качестве масляной среды выбран топочный мазут марки 40 ГОСТ 10585-6 с содержанием серы до 2%. По процентному содержанию серы он диентичен сульфофрезолу, а по стоимости почти в четыре раза дешевле его, в три раз дешевле нигрола и других минеральных масел. Кроме того, мазут является более высококипящей фракцией и с большим количеством сернистых соединений, а эти свойства являются основными факторами, снижающими термоокислительную способность сульфидирующей среды.

Сульфидирование проводят в следую. щей последовательности.

В ванну, изготовленную, из обычной конструкционнойстали (размеры и объем выбирают в зависимости от размеров изделий, подлежащих сульфидированию и программы), заливают топочный мазут ма,рки 40 ГОСТ 10585-63 в количестве 85--87% от общего веса состава ванны. Затем мазут медленно нагревают дб 115-120 С и при этой температуре в него вводит порошковую техническую серу высшего сорта . (ГОСТ 127-64) в количестве 10-12% от веса состава ванны, и смеси перемешивают. После растворения серы в ванну вводят последовательно карбонат .натрия в количестве 0,8-1,2% и тиомочевину 1,8-2,2%. При введении,их в ванну также рекомендуется перемешивание. После этого TgMnepaтура ванны повышается до 150 С, которая является критической - оптималь. ной рабочей, производится загрузка изделий, подлежащих сульфидированию. Перед загрузкой изделий в ванну с них удаляют, консервационную смазку, окалину, ржавчину.

Удаление тонких пленок и окалины, а также для получения здоровой и

свежей поверхности металла перед сульфидированием для сталей углеродистых и низколегированных целесообразно проводить химическое травление в течение 5-10 мин в 20-25%-ном водном растворе соляной кислоты или комбинированном травителе следующего примерного водного состава, %; 5-10 и плюс нее 10-15, остальное вода. Для детелей,-имеющих-хорошее состояние рабочих поверхностей и не требующих химического травления (детали сразу после шлифовки или полировки), целесообразно проводить обезжиривание в авиационном бензине Б-7О или каких-либо других, получивших распространение средах.

При сульфидировании необходимо полное погружение изделий в ванну с сульфидирующей жидкостью. Расстояние от дна, стен ванны и зеркала поверхности сульфидирующей жидкости до изделий должно быть в пределах 15-20 м

Сульфидированию подлежат поверхности, прошедшие все видь химикотермической и механической обработки После сульфидирования любые операции химико-термической и механической обработки не допускаются. .

Изделия в ванне при . выдерживают 3-5 ч. После окончания сульфидирования изделия выгружают из ванны на специальные стеллажи, на которых происходит их охлаждение и стекание с них рабочей жидкости. После чего их промывают в керосине или бензине и окончательно просушивают . Метод подогрева ванны выбирают в зависимости от условий и фактическ возможностей. Желательно применять электроподогрев, так как он лучше поддается автоматическому регулированию на заданную температуру.

Первый вариант испытаний.

В металлический сосуд из стали марки от 3 с толщиной стенки 2 мм, емкостью 1,4 л, с наружной стороны, в целях термоизоляционных свойств покрытого листовым асбестом толщиной 5 мм, заливают топочный мазут марки 40 ГОСТ 10585 в количестве 87,4 вес.%. После этого мазут медленно нагревают до 115-120 С на обычной бытовой электроплите в вытяжном лабораторном, шкафу.

Температуру системы электронагрева регулируют на любую заданную температуру автоматически в пределах 100-200 С с помощью ртутного терморегулятора типа ТПК и реле типа 1РП-5а1. При достижении в сосуде у мазута температуры 116-120с в него поочередно вводят, вес.%:

Порошковая сера

высшего сорта

ГОСТ 127-64 , 10

Тиомочевина 1,8

Карбонат натрия 0,8 После введенияВ мазут каждого компонента смесь тщательно перемеши вают с одновременным повышением тем пературы состава ванны до 150-152 0 После достижения температуры сре длЯдсульфидирования в пределах 150152 С в сосуд завешивают 3 ролика из нормализованной стали 45 диаметр 45 мм, с наружной стороны шириной 10 мм, обезжиренных в бензине Б-70 и протравленных в 25%-ном водном растворе соляной кислоты в течение 3-5 мин. При 150-152 С в сосуде со средой для сульфидИрования ролики выдерживают 4ч. После этого ролики извлекают из сосуда, промывают в бензине Б-70, прос5Т11ивают в сушильном шкафу при 120-150с, а затем испытывают на ма шине трения МИ-1М на износостойкост антизадирные свойства и др. Экспери ментальные данные по испытанию их на износостойкость сравниваются с данными по износостойкости роликов из ста.ли 45 хакже после нормализации и точно таких же размером, но не прошедших сульфидирование. На основании испытаний этих роликов на машине трения МИ-1М на антизадир ные свойства установлено, что время до задира у них составляет 2 ч 28 м при вращении их с числом оборотов п 400 об/мин и при нагрузке Р 30 кг/см. После таких же процессов сульфидирования и в таких же составах ванны, ролики, испытываются на антизадирные свойства, момент и коэффициент трения, а также температурный фактор в контакте трения пары ро-. лик -колодочка. Второй вариант испытаний. Испытания проводятся в такой же последовательности, что и в первом варианте и с применением тех же приборов оборудования и аппаратуры. Принципиальное отличие данного варианта от первого состоит в том, .что компоненты-ингредиенты среды для сульфидирования берут средними и в количественном отношении, вес.% Порошковая сера 11 Тиомочебина2 Карбонат натрия1 Топочный мазут86 Время до задира ролика при п 400 об/мин и Р 30 кг/см для да варианта составляет 2 ч 44 мин Третий вариант испытаний. Определение оптимального процент ного содержаниякомпонентов и выявление влияния.среды для сульфидирования на антизадирные свойства проводят в той же последовательности испытаний с применением тех же приборов и оборудования, что и в первы двух. Только в этом варианте в сред используют ингредиенты с наибольшими граничными значениями, вес.%: Порошковая сера12 Тиомочевина2,2 Карбонат натрия1,2 Топочный мазут84,6 Среднее время до задира ролика в данном варианте составляет 2 ч 38 мин. Длявыявления оптимального состава среды для сульфидирования как по количеству компонентов, так и на их % соотношения приведены иЬследования, на основе которых установлены и выявлены некоторые закономерности связи макроструктуры и времени до задира. Все основные исследования проведены на машине трения МИ-1М. Для большей достоверности и точности экспериментальных данных все ролики изготовлены из одной и той же стали, строго одних и тех же размеров. Число оборотов на машине трения МИ-1М для .всех роликов при их испытаний выдерживаются с п 400 об/мин, а нагрузка Р : 30 КГ/СМ. Большое увеличение процентного содержания компонентов ванны и в первую очередь карбоната натрия приводит к химической коррозии сульфидированной поверхности, а соответственно качественного ухудшения макроструктуры трущейся поверхности. Однако, не смотря на явное плохое состояние такой поверхности, износостойкость и антизадирные свойства у этих поверхностей в сравнении с несульфидированной поверхностью очень высокие и значительно ниже они в сравнении с поверхностями, прошедиими сульфидирование в пределах оптимального состава ванны в процентном отношении. Поверхность макроструктуры, подвергнутой значительному влиянию хймической коррозии, результат которой повышенное процентное содержание карбоната натрия. Испытания (сульфидированных. изделий на износостойкость показывают, что коэффициент повышения износостойкости составляет 3,7. Таким образом, преимуществом предлагаемого состава являются снижение термоокислительной способности сульфидирующей среды за счет применения топочного мазута марки 40 fOCT 10586-83 с содержанием серы до 2%, который является более высококипящей, вязкой фракцией нефти, повышение усталостной прочности за счет заполнения микро и макротрещин серой и ее соединениями износостойкости и антизадирных свойств за счет слабой связи серы и ее соединений в приповерхностном слое изделий с основным металлом. Сульфиды одновременно выполняют роль смазки у трущихся поверхностей в случае повышения удельных давлений и ухудшения смазки. Кроме того, снижена себестоимость, сульфидирующей среды, так как топочный мазут марки 40 ГОСТ 10585-63 в три раза дешевле минеральных масел и четыре раза дешевле сульфофрезола.

Формула изобретения

. Состав для сульфидирования стальных изделий, содержащий порошок серы и карбонат натрия, отличающийся тем, что, с цепью снижения термоокислительной способности состава и повышения его насыщающей способности, он дополнительно содержит тиомочевину и топочный мазут при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Порошок серы Карбонат натрия Тиомочевина Топочный мазут

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР № 380198, кл. С 23 С 9/10, 1970.