Карбюризатор для высокотемпературной нитроцементации Советский патент 1982 года по МПК C23C11/14 

Изобретение относится к химикотермической обработке метс1ллов, в частности к вакуумной нитроцементации сталей, преимущественно легированных инструментальных и конструкционных.,

Известно применение триэтаноламина в качестве жидкого карбюризатора для проведения высокотемпературной нитроцементации при 860ЭЗО С деталей из конструкционных .сталей l .

При этом частично уменьшается образование сажистых и смолистых соединений, однако не исключается охрупчивание слоя за счет повышения наводораживания и происходит снижение прочностных характеристик за счет внутреннего окисления поверхностной зоны.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является карбюризатор на основе триэтаноламина с добавками гидрата окиси аммония, нитрита натрия, алюмината натрия и воды,, позволяющий проводить высокотемпературную нитроцементацию легированных инструментальных сталей 2j .

Повышая скорость насьпцения углеродом и азотом, количество карбонитри дов в слое и его износостойкость, карбюризатор нестабилен в условиях вакуума при 850-1000 с. Не исключается окисление поверхностной зоны, а входящие в его состав добавки в виде водных растворов при суммарном количестве во.цы до 8% резко бнижают

10 активность атмосферы, и ее углеродный и азотный потенциал, что ведет к получению недостаточно износостойких слоев.

15

Цель изобретения - повышение износостойкости обрабатываемых деталей и скорости насыщения диффузионного слоя в условиях вакуума.

Поставленная цель достигается тем,

20 что в карбюризатор на основе триэтаноламина, содержащий также азотосодержаадие органические соединения, в качестве последних вводят моноэтаноламин и аммоний карбаминокис25лый при следующемсоотношении компонентов, вес.%:

Моноэтаноламин . 15-40

АММОНИЙ карбаминокислый 1-5

30

Триэтаноламин Остальное Использование моноэтаноламина и аммония карбсминокислого при вакуум ном пиролизе в интервале 850ЮОО С увеличило соотношение .суммар ного азота и углерода к суммарному кислороду. Аминные группы введенных углеродов, легко подвергающиеся рас щеплению в вакууме 0,01-100 мм рт.с при температурах выше , позволили изменить состав атмосферы, уве личили общее содержание и активност атомарного углерода и азота в повер ностном слое обрабатываемых сталей . Это связано с более высоким парциал ным давлением активных компонентов Поставщиков атомарного углерода и азота у поверхности обрабатываемых деталей. В результате этого при равных те пературах и времени выдержки в 1,21,4 раза возросла глубина и скорость насыщений диффузионного слоя, а содержание азота в нем повысилось на 0,1-0,24% при увеличении количес тва карбонитридов на 8-12 вес.% всл ствие чего существенно возросла износостойкость слоя, особенно на легированных конструкционных и инстру ментальных сталях, например, 20X13, 30X13, 4Х5МФС, РбМ5, Р6М5К5. Карбюризатор приготавливают путе последовательного введения, в триэтаноламин (ТУ 6-09-2448-72 г) сначала моноэтаноламина (ТУ 6-09-2447-72 г), а затем (после перемешивани и подогрева до ) химически чистого аммония карбаминокислого с последующим активным перемешиванием в течение 4-5 мин, Нитроцементацию проводят преимущественно в процессе нагрева для за калки при 860-950 С, охлазкдение в масле, а отпуск при 250-560с в печах с принудительной циркуляцией во духа. После, отпуска замеряют послойным химическим анализом количес тво углерода и азота в слое, а такж микротвердость и глубину слоя. Механические свойства определяют при изгибе образца одной сосредоточенной нагрузкой, а износостойкость обкаткой в абразивном бое. Пример 1. Обрабатывают , элементы прессформ из Ст 4Х5МФС. Загрузку осуществляют при разогреве печи до 800°С. После быстрого вакуумирования за 20-30 с и подъема температуры до 940 С, в реторту подают карбюризатор, содержащий, вес.%: М9ноэтаноламин40Аммоний карбаминокислый 1 ТриэтаноламинОстальноеВыдержку проводят в течение 3-4 при остаточном давлении 0,3кмрт.ст расходе карбюризатора 60 CMV4. Состав газа на выходе насоса постоянен в течение всего процесса нитроцементации. После закгилки в масле и отпуске при на деталях образовывается нитроцементованный слой глубиной О,7 мм со средним содержаннем углерода 1,1% и азота 0,43%, а также гликротвердостью Hjj 617625 кгс/мм Поверхность деталей без следов окислення, ровная, темносерая. Скорость насыщения слоя составляет 0,20-0,21 мм/ч против 0,14-0,15 мм/ч в нзвестном карбюризаторе. Глубина слоя превышает слой, похгученный при использовании известного карбюризатора в 1,2 раза.. Количество изготовленных деталей до полного износа прессформы составляет 8340 против 5040 в прессформе, обработанной в известном карбюризаторе . .Увеличение количестча моноэтаноламина до 44-46% и снижение аммония карбаминокислого до 0,5-0,8 снижает образование сажистых налетов на деталях, но увеличивает степень окисления и не позволяет получать равномерный поверхностный слой, скорость насыщения слоя снижается до .; 0,05 мм/ч. П р и м е р 2. Обрабатывают конические оправки из Ст ЗОХГСА, для металлорежущих станков. Нитроцементацию осуществляют в процессе нагрева для закалки при в течение 6 ч, в карбюризаторе следующегосостава, вес.%: Моноэтанолами н30 Аммоний карбаминокислый5Триэтанол-. амин . Остальное Расход карбюризатора составляет .100 см 1 ч при остаточном, давлении в реторте 10 мм рт.ст. После закалки в масле иотпуске при на оправках формируется слой глубиной 1,0-1,2 мм с содержанием углерода (в слое 0,4 мм) 1,5% (на уровне прототипа) и азота 0,53%, в то время как при использовании известного карбюризатора образовывается слой с содержанием азота на аналогичной глубине 0,33% и общей глубиной до 0,8-0,9 мм - в 1,2 раза Меньше. Исключают о.кисление поверхности деталей вследствие уменьшения паров воды и двуокиси углерода в рабочем пространстве печи. Средняя скорость насыщения составляет 0,14 мм/ч против 0,11 мм/ч в известном составе. Количество изготовленных деталей до перешлифования оправок составляет 2010 штук против 1320 при обработке оправок в известном карбюризаторе. Увеличение количества карбаминокислого аммония до 6-7% резко снижа