Способ цементации в твердом карбюризаторе Советский патент 1982 года по МПК C23C9/06 

Изобретение относится к химико-тер- мической обработке в частности КПрюцессу цементации в твердом карбюризаторе. Цементация в твердом карбюризаторе протекает при нагреве стальных деталей в ящике -вместе с древесным углем, насыщение их поверхности углеродом происходит из газовой фазы, которая образуется при взаимодействии углерода карбюризатора с кислородом воздуха, находящегося в ящике с добавками активизаторов (BacOj, , ацетата бария и т.д.) и с влагой, которая всегда содержится в карбюризаторе. При этом образуются газы окись углерода и метан, которые и осуществляют перенос твердого углерода карбюризатора в сталь Tl}.

Наиболее близким к предлагаемому является способ цементации в твердом карбюризаторе 2, включающий нагрев стальных деталей до температуры обработки и выдержку их при этой температуре в твердом карбюризаторе. В качестве карбюризатора используют смесь, на основе древесного угля, содержащую, вес,%:

Карбонат бария 20-25 Карбонат кальция 3,5-5 Древесный уголь Остальное

Однако процесс цементации в этом карбюризаторе идет недостаточно интенсивно и его можно ускорить.

Цель изобретения - интенсификация процесса цементации в твердом карбюризаторе.

Указанная цель достигается тем, что в способе, включающем нагрев стальных изделий до температуры об10работки и их выдержку при зтой температуре в твердом карбюризаторе во время выдержки в твердый карбюризатор выдают 5-20%-ный водный раствор нитрата магния или нитрата алюминия,

15 или их смеси со скоростью 0,25-1,0 мл раствора на 100 г карбюризатора в час.

Цементация по предлагаемому способу значительно увеличивает глубину

20 цементованного слоя при одинаковом времени вьщержки. Это обусловлено тем, что вода при температуре цементации разлагается и реагирует- с углеродом карбюризатора с образованием

25 окиси углерода и метана увеличение концентрации которых в газовой фазе приводит к ускорению цементации. Нитраты магния и алюминия являются поставщиками азота, который также ускоряет диффузию углерода. Подачу водного раствора во время цементации проводят равномерно со скоростью 0,25-1,0 млраствора на 100 г карбюризатора в 1ч, эффект ускорения цементации незначителен, а при подаче больше 1 мл раствора на 100 г карбюризатора в 1 ч-в цементационном ящике образуется газовая атмосфера с ниаким углеродным потенциа лом и возможно окисление поверхности )1цеталей. Оптимальная концентрация водного раствора нитратов 5-20%. При использовании раствора концентрации менее 5% эффект ускорения цементации незначителен, из-за малого количества поступающего с раствором нитрата. Увеличение концентрации- раствора свы ше 20% приводит к уменьшению глубины и твердости цементованного слоя, это связано с тем, что с раствором поступает значительное количество кислорода. Нитрат алюминия и нитрат магния и пользуют отдельно или в смеси при лю бом соотношении нитратов, поскольку ускоряющее действие их на процессе цементации одинаково. Пример. Цементации подвергают образцы 15 мм, обработанные на токарном станке, изготовленные из сталей 18 ХГТ, СтЗ и Ст35. Образцы помещают в метгшлический контейнер и пересыпают твердым карбюризато- ром. В контейнер вваривают трубу для .водного раствора. Образцы укладывают в контейнер таким образом, что«5ы расстояние между образцами и стенкоЙ контейнера было не менее 20-30 мм. Крышку контейнера располагают на противоположной стороне от трубки для подачи водного раствора. Контейнер с упакованными образцами помещают в разогретую до 930-94О С муфельную, печь. Цементацию проводят в твердом карбюризаторе при выдержке 2 и 4 ч (известный способ) и при вьвдержке 2 ч с подачей водного растворанитрата. В таблице показаны примеры цементации при различной концентрации и скорости подачи водного раствора. Эффективность способа оценивают по г лубине и твердости цементованного слоя. Глубину слоя замеряют металлографически по принятой методике до середины переходной зоны. Измерение твердости проводят на закаленных образцах, температура нагрева под закалку 840С, охлаждение в воду. Результаты измерений также приведены в таблице.

Известный

(цементация в древесноугольном карбюризаторе (ГОСТ 2407-73)

выдержка 2ч

4ч Предлагаемый

(цементация в твердом карбюризаторе (ГОСТ 2407-73) с добавками водного раствора:

а)5%-ного раствора нитрата магния со скоростью 0,25 мл

на 100 г карбюризатора в час

б)5%-ного раствора нитрата алюминия со скоростью 1 мл на 100 г карбюризатора

в час

в)10%-ного раствора нитрата алюминия со скоростью 1 МП

на 100 г карбюризатор

в час

0,70 0,80 59,0 60,0 60,0 1,3 1,4 61,0 61,0 62,0

1,20 1,20 60,0 61,0 63,0

1,25 1,25 60,0 61,5 63,0

1,20 1,25 61,5 62,0 62,0 г)10%-ного раствора смеси 1:1 нитрата алюминия и нитрата магния со скоростью 0,5 мл на 100 г карбюризатора в час 1,30 1,25 1,20 д)5%-ного раствора смеси 3:2 нитрата алюминия и нитрата магния со скоростью 0,75 мл на 100 г кар-, бюризатора в час 1,30 1,27 1,25 е)20%-ного раствора нитрата магния со скоростью 0,25 мл на 100 г карбюризатора 1,30 1,25 1,20 в час Из приведенных примеров, видно, что эффективность способа высокая, время цементации сокращается примерно в 2 раза. Применение предлагаемого способа на Мё1шиностроительных заводах позволит сократить трудовые и энергетические затраты на химико-термическую обработку, при этом механические свойства изделий не снижаются. Формула изобретения Способ цементации в твердом карбюризаторе, включающий нагрев сталь ных изделий до температур насыщени 1,0 62,0 62,0 0,5 61,0 63,0 0,0 62,0 62,0 и выдержку их при этой температуре, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса насыщения, во время выдержки в твердый карбюризатор подают 5-20%-ный водный раствор нитрата магния или нитрата алюминия или их смеси со скоростью 0,25-1 мл на 100 г карбюризатора в 1 ч. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Котов О.К1 Поверхностное упрочнение деталей машины химико-термическими методами. М., Машгиз, 1961, с. 7-9. 2.Справочник металлиста, т.2, М., Машиностроение. 1976, с. 328.