способ нитроцементации металлов в пастах

Формула изобретения

Способ нитроцементации стальных изделий в пасте, содержащей сажу и азотсодержащий компонент, отличающийся тем, что в качестве азотсодержащего компонента она содержит карбамид при следующем соотношении компонентов, мас. ч.: карбамид 50-55, сажа 50-45, при этом нитроцементацию проводят с выдержкой в течение 4 ч в печи при температуре 550°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области химико-термической обработки металлов и сплавов, в частности к процессам скоростной нитроцементации в пастах.

Известен способ твердого цианирования с применением смеси следующего состава: 60-70% древесного угля и 30-40% желтой кровяной соли. Интенсивная диссоциация цианистых солей начинается в твердом состоянии при 540-560°С (Геллер Ю. А. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1975, с.489-490). Недостатком данного процесса является дороговизна азотсодержащего компонента - желтой кровяной соли, а также его токсичность.

За прототип взят способ с применением смеси следующего состава: 70% желтой кровяной соли, 20% сажи, 5% мела и 5% соды. Интенсивная диссоциация цианистых солей начинается при расплавлении при температуре 650°С (Долженков В. Н. Цианирование улучшаемых сталей в пастах: Диссертация канд. техн. наук. Курск, КурскГТУ, 2001, 127 с.). Недостатком данного процесса является дороговизна азотсодержащего компонента - желтой кровяной соли, его токсичность, а также относительно высокая температура процесса по сравнению с другими низкотемпературными процессами.

Предложенный способ отличается от известного тем, что для повышения технологичности и интенсификации процесса в состав пасты вместо желтой кровяной соли как азотсодержащий компонент вводят карбамид.

Способ заключается в следующем.

На обрабатываемое изделие наносят нитроцементующую пасту, содержащую, мас.%:

Карбамид	50-55;
Сажа	50-45

Если карбамида менее 50 мас.ч., то уменьшается глубина диффузионного слоя за счет недостачи внедряемого азота, что ведет к затруднению внедрения углерода. Если карбамида более 60 мас.ч., то уменьшается глубина диффузионного слоя из-за недостачи углерода.

В качестве связующего могут быть использованы различные клеи на органической и минеральной основах. Пасту наносят на изделия в сметанообразном состоянии механическим или ручным способом. Детали с нанесенным слоем нитроцементующей пасты высушивают в сушильном шкафу в течение 30-60 минут при температуре 70-100°С.

Нагрев обрабатываемых изделий при химико-термической обработке проводят в муфельных печах с предварительной укладкой деталей в контейнер с нейтральным наполнителем, который действует как затвор, препятствуя выходу продуктов распада карбамида в атмосферу.

Детали выдерживаются при рабочей температуре от 2 до 6 часов. Менее 2 часов выдерживать деталь нецелесообразно, так как за этот промежуток времени не успевают пройти все диффузионные процессы, а более 6 часов - не происходит роста нитроцементованного слоя, так как за это время происходит истощение нитроцементующей пасты.

Температура процесса не должна быть ниже 500°С. Это обуславливается температурами плавления компонентов и снижением активности диффузии при снижении температуры.

На основе проведенных испытаний оптимальным режимом являются условия, приведенные в примере.

Гранулы мочевины перемалывают и смешивают с сажей, потом в смесь вводят органический клей. Деталь покрывают окунанием, возможно нанесение состава кистью. Состав обладает высокой адгезией и липкостью, поэтому нет необходимости в дополнительной смазке для нанесения состава.

Действие обмазки для нитроцементации стальных изделий происходит следующим образом: карбамид при нагревании разлагается с выделением атомарных азота и углерода, которые диффундируют в поверхностный слой стали. Недостаток атомарного углерода восполняется наличием в составе обмазки сажи.

При применении предлагаемого способа происходит резкое увеличение глубины диффузионного слоя до 800-850 мкм при t=550°C. Продолжительность нагрева составляет 4 часа. Толщина обмазки =3-5 мм.

Применение предлагаемого способа для нитроцементации в пастах экономически эффективно, так как он основан на применении дешевых компонентов - карбамида (мочевины) и сажи. Процесс нитроцементации протекает при температуре 550°С в течение 4 часов, что также ведет к экономии, так как снижается потребление электроэнергии. Полученные упрочненные слои обладают высокой микротвердостью 1200 HV и износостойкостью. Все это позволяет использовать нитроцементацию в пастах на карбамидно-сажевой основе в народном хозяйстве для ремонта и упрочнения поверхностей деталей машин.