Способ азотирования Советский патент 1982 года по МПК C23C11/16 

Изобретение относится к химикотермической обработке металлов, В . частности, к азотированию деталей и инструмента в газовых средах с активным азотом, полученным при диссоциации аммиака.

Газовое азотирование находит применение для упрочнения широкой номенклатуры деталей машин и инструмента. Азотирование приводят в газовых среэдах с активным азотом с выдержкой при температурах 500-600°С 1.

Одним из существенных недостатков известных способов газового азотиро-. вания является насыщение азотируемых изделий водородом, а также обезуглероживание азотируемых поверхностей за счет взаимодействия водо-рода с содержащимся в стали углеродом, что приводит к пониженной твердости слоя, а также к его шелушению и охрупчиванию.

Кроме того, водород, растворяясь в стали, снижает его пластические свойства за счет развития водородной хрупкости.

Наиболее близким к предлагаемому является способ азотирования, включающий нагрев и выдержку деталей в азотирующей атмосфере, в котором с целью

дополнительного насыщения углеродом обезуглероженной в процессе азотирования поверхности в конце процесса азотирования подают нитроцементующий газ 2.

Недостатком этого способа является необходимость производить дополнительную обработку для обезводороживания изделия в результате насыщения

10 его водородом в процессе азотирования. Кроме того, этим способом не удается восстановить исходную концентрацию углерода в обезуглероженной поверхности за счет подачи в конце процес15са азотирования нитроцементующей атмосферы, так как насьпцение стали углеродом при принятых температурах азотирования 500-бОО С протекает с очень медленной скоростью из-за низ20кого коэффициента диффузии углерода в апфа-железе.

Целью изобретения является повышение эксплуатационного ресурса азотируемых деталей за счет предотвра25щения обезуглероживания и охрупчивания азотируемых поверхностей.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу азотирования, включающему нагрев и вьвдержку дета30лей в азотирующей атмосфере, перед нагревом на деталь наносят противо- водородное защитное покрытие толщиной 3-30 мкм. В качестве покрытия используют сажу, хром, медь или алюминий. Покрытия толщиной менее 3 мкм, , как показывак1Т эксперименты, не защищают азотируемую поверхность, а покрытия толщиной более 30 мкм проявляют склонность к отслаиванию при нагреве изделия до температуры азотирования . Действие этих покрытий по предот вращению контактирования азотируемой поверхности с водородом атмосферы различно, но все они выполняют роль газового фк.ьтра. Покрытия из хрома, меди и алюминия пропускают атомы азота, которые диффундируют в азотируемую поверхность, но задерживают атомы (молекулы) водорода. Покрытия из высокодисперсной сажи связывают атомы водорода и в пассивные соедине ния по реакции С + 4Н СН4. Сажу на деталь можно наносить путем копчения ее, например, над ацетиленовым пламенем: алюминий - способом вакуумного распыления, медь и хром стандартными способами гальванически Пример. Азотируют червячные фрезы модель 4 из стали Р6М5. После стандартной термообработки и обезжиривания в четыреххлористом углероде фрезы разделяют на 5 партий по 5 шту в каждой: I партия - фрезы азотируют в шахтной печи 8.12/6 в атмосфере 30% аммиака и 70% азота при в течение 1 ч с подачей в конце процес са природного газа в течение 0,5 ч; II партия - после обезжиривания на фрезы наносят углеродное (сажистое) покрытие способом копчения над ацети леновым пламенем толщиной 10-20 мкм

Таблица Азотируют в печи 8.12/6 в атмосфере 30% с1ммиака и 70% азота при 520 ±. в течение 1ч. III партия - после обезжиривания на фрезы наносят хромовое покрытие толщиной 10-15 мкм способом гальванотехники: хромовый ангидрид- 230-260 г/л, серная кислота 2,3-2,6 г/л при 53-55С катодной плотности тока 40-45 А/дм . Азотируют как II партию, IV партия - после обезжиривания на фрезы наносят алюминиевое покрытие способом распыления алюминия в вакууме 310 мм рт.ст. Толщина покрытия 5-8 мкм. Азотируют как II партию; V партия - после обезжиривания на фрезы наносят покрытие меди способом гальванотехники; натрий цирофосфорнокислый 120-140 г/л, натрий фосфорнокислый 78-82 г/л, медный купорос 30 г/л величина Н8,2. Температура 20-25с. Толщина покрытия 15-25 мкм. Азотируют как 11 партию. Оптимальную толщину покрытия определяют экспериментально, данные приведены в табл. 1. Следовательно, оптимальная толщина покрытий находится в интервале 3-30 мкм. Фрезы испытывают ,при нарезании зубьев шестерен на заготовках из стали 18ХГТ. Результаты испытаний сведены в табл. 2. Из таблицы видно, что эксплуатационный ресурс фрез, азотированных по известному способу, ниже в среднем на 30%. При годовом расходе червячных фрез на предприятии на сумму 800 тыс.руб., экономический эффект от использования предлагаемого способа составит 240000 тыс. руб.

Обезуглероживание поверхности при азотировании Обезуглероживание поверхностного Отслаивание слоя при азотировании нет покрытий в процессе и после азотирования

0,87

Известный Формула изобретения 1.Способ азотирования, включающи нагрев и вьвдержку деталей в азотирующей атмосфере, о. т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения эксплуатационного ресурса азотируемых деталей, перед нагревом на деталь наносят противоводородное защитное покрытие толщиной 3-30 мкм. 2.Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что Е качестве пок{%1тия применяют сажу. 3.Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что в качестве покрытия применяют хром.

Тарлица2

660

100 4.Способ по п, 1, отличающийся тем, что в качестве покрытия применяют медь, 5.Способ по п. 1, отличающий с я тем, что в качестве покрытия применяют алюминий. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Шретер В., Лахтин Ю.М. и др. . Принципы классификации, контроля и применения процессов азотирования. МиТОМ, 1979, 10, с. 19. 2.Авторское свидетельство СССР 475427, кл. С 23 С 11/16, 1974