Способ цементации стальных изделий

(21) 4832346 (22) 29.05.90 (46) 07.05.9 (71) Липецк (72) Е.М.Куз (53) 621.793 (56) Кидин В.А., Холи ская обраб Металлурги 2; Бюл.%17ий политехническийнецов, В.В,Ветер и В,669.586,5 (088,8)И.Н., Андрюшечкинн А,С. Электрохимиотка металлов и сп я, 1978, с.209 - 222,об включарастворах есей с коневе ТВЧ до институт.В.Сушкова ков иче- М.: В.И., Во ко-термлавов. ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ Изобретение относится к химико-термической обработке стальных изделий и мо,жет использоваться в металлургии, станкостроении.Известен способ цементации стальных изделий, включающий обработку в годовой атмосфере с подачей жидкого карбюризатора - керосина в рабочее пространство печи при 930 С.Наиболее близким к предлагаемому является способ цементации в жидкой среде (керосине, ацетоне, бензине и т.д,) с нагревом ТВЧ при 1000 - 1100 С.Способ позволяет успешно осуществить цементацию поверхности изделий.К недостаткам способа относится образование сажи, при использовании керосина, бензола, растворов ацетона слой сажи может быть настолько плотным, что процесс цементации не идет, Все карбюризаторы летучи и представляют опасность в пожарном и санитарно-экологическом аспектах.Время обработки изделия составляет 60 и более секунд - в течение этого времени происходит выделение большого обьема горячих паров, с чем связаны потери кар(54) СПОСОБ ЦЕМЕНТАЦИИИЗДЕЛИЙ(57) Сущность изобретения: споет обработку изделий в.водныхмногоатомных спиртов или их смцентрацией 2,5 - 20 при нагр1050 - 1070 С. 3 табл. бюризаторов и необходимость непрерывного корректирования состава водных растворов ацетона и металла,Целью изобретения является повышение твердости г)оверхностного слоя и сокращение времени. обработки изделий,улучшение условий труда.Цель достигается тем, что в способе тер- - фмодиффузион ного легирования стальных фЧизделий, включающем их обработку в жидкой насыщающей среде с нагревом до пред- аплавленного состояния, нагрев росуществляют вс водных растворах много- Оатомных спиртов и их смесей с концентрацией 2,5 - 20 при 1050 - 1070 С.Особенность методики ТДт 1 состоит етом, что обработка поверхности изделия восуществляется в жидкой среде, максимальная температура которой ограничиваетсятемпературой кипения жидкости при постоянном нагреве металла ТВЧ до предплавленного состояния, При этом компонентыжидкой среды подвергаются термическомуразложению на поверхности изделия, и продукты разложения взаимодействуют с металлом, образуя соединения, 1731869Очевидно, приведенными схемами не исчерпывается весь ряд процессов, ко в результате всех их происходит насыщение поверхности металла углеродом, обусловливающее значительное повышение твердости. Для обеспечения быстрого охлаждения служит растворитель - вода, обладающая высокой теплоемкостью, Водко-органические смеси не горят и поэтому пожарная опасность при работе с ним отпадает, Кроме того, как показали эксперименты, при работе с этими смесями совершенно отсутствует сажеобразование, которое затрудняет п роцесс цементации.В приведенных примерах определяется оптимальная концентрация растворов,П р и м е р ы 1 - 7, Выполнение способаТДЛ.Цилиндрическую деталь из Стпомещают в индуктор установки ТВЧ и закрепляют в сосуде ем кости 5-10 л,смонтированном в основании установки и заполненном растворяем сорбита, определяемой концентрации, Деталь нагревают до 1000 - 1100 С и выдерживают при этой температуре в течение 4 - 5 с,Как показали опыты длительное время выдержки нецелесообразно, так как это может привести к перегреву и оплавлению детали. После включения ТВЧ деталь вынимается из раствора и определяется 30 35 обусловливающие твердость металла, состав которых определяется составом жидкой фазы диффузанта). Вследствие большой разности температур поверхности металла и диффузанта происходит фиксирование образующихся соединений в составе поверхностного слоя металла. В частности, углеродосодержащая среда обеспечиваетнасыщение поверхности металла углеродом. 10Таким образом, для успешного осуществления процесса необходимо иметь среду, обеспечивающую образование, например, углерода и быстрое охлаждениеметалла. Этим условиям отвечают растворы воднорастворимых органических соединений, таких как многоатомные спирты - глицерин, ксилит, сорбит и другие, обладающие хорошей растворимостью в воде. При термическом разложении этих веществ образуется ряд соединений, содержащих углерод, что может быть представлено, например, схемой:СбН 1406 4 ЗСО + ЗС + 4 Н 2 + ЗН 20 Образовавшиеся соединения взаимодействуют с поверхностью металлаГе+ С- Геу С)Ее+ СО+ Н 2-ю РеУ С) + Н 20 твердость на ее посерхности и по радиусу,Результаты испытаний приведены в табл,1.Из табл.1 следует, что существует определенная зависимость твердости от концентрации раствора, причем максимум приходится на 20-ный раствор, При более высоких концентрациях твердость такжедостаточно высока, т,е. диапазон концентраций растворов весьма широк, но увеличение концентрации не способствует повышению твердости. Очевидно использование растворов с более чем 20 Я-ной концентрацией нецелесообразно. Большое значение имеет температура обработки, Главной особенностью является то, что науглероживание по-. верхности металла происходит а очень узком диапазоне температур, в котором металл находится в предплавленном состоянии. Это достаточно оп ределенно подтверждается примерами выполнения способа при Фиксированной температуре.П р и м е ы 8 - 12, Детали обрабатывают по методике, описанной в примерах 1 - 7, в 20-ком растворе сорбита при фиксированной температуре,Результаты испытания приведены в табл.2.Из данных табл.2 следует, что максимальная твердость получается при обработке деталей в диапазоне температур 1050 - 1070 С, При более низкой температуре твердость увеличивается незначительно, а при более высокой поверхность деформируется вследствие оплавления,Для проверки возможности применения других многоатомных спиртов в технологическом процессе проводят эксперименты с растворами глицерина, ксилита, а также смеси 1:1), ксилита и сорбита.Опыты со смесью проводят для определения их эффективности с целью использования в технологии дешевых и кедифициткых ксилит-.сорбиткых фракций кубовых останков гидролизкых заводов.Эксперимент с указанными растворами проводят по описанной методике: в качестве критерия приводят показатель твердости Н РС) поверхности образцов.Результаты приведены в табл.З.Использование предлагаемого способа термодиффузиоккого легирования позволяет повысить поверхностную твердость, что приводит к увеличению износостойкости, и значительно сокращает время обработки до нескольких секунд, а также жидкий карбюризатор снижает пожароопаскость и улучшает санитарко-эколотическую обстановку,1731869 ния продЬлжительности обработки и улучшения условий труда, в качестве жидкой.насыщающей среды используют водные растворы многоатомных спиртов или их смесей с концентрацией 2,5-20, а нагрев осуществляют до 1050 " 1070 ОС.5 Таблица 1 Табл ица 2 Таблица 3 Составитель И. ДашТехред М.Моргента а Корректор Н. Король, Бланар . Заказ 1560 ТиражВНИИПИ Государственного комитета по иэоб113035, Москва, Ж, Ра л. Гагарина, 1 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. У ф о р мул а изобретен ияСпособ цементации стальных изделий, включающий обработку в жидкой насыщающей среде при нагреве ТВЧ, о т л и.ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения твердости поверхностного слоя, сокращеПодписноеетениям и открытиям при ГКНТ ССская наб., 4/5