Способ нитроцементации стальных изделий

(5 цз С 23 С 8/26 ГОСУДАРСТВЕННЬПО ИЗОБРЕТЕНИПРИ ГКНТ СССР КОМИТЕТИ ОТКРЫТИЯМ ИЕ ИЗОБ ТЕН нитроцементации стальных изделий, и может быть использовано в машиностроении для упрочнения стальных изделий. Цель - повышение производительности за счет интенсификации пооцесса. Способ включав обработку при 840-860 С в контролируемой атмосфере, содержащей 5-15 об.% природного газа; 60-80 об.% эндогаза; 5-35 об % смеси азота с природным газом в соотношении (5:1)-(7:1), причем смесь азота и природного газа нагревают до 2500-3500"С, например, в плазмотроне. Способ позволяет повысить производительность на 15- 35%, при этом сокращается продолжительность обработки на 20-60%, 1 з.п,ф-лы, 1 табл. горно-металлургичеосова .Агапитов, А,Н,Лито.П.Коптев и А.Н.Коз 88,8)еская обработка меола, 1986; с.142.РОЦЕМЕНТАЦИИ ится к области мк химико-термиенно к способ ина, охлаждение в печи вледующая закалка. статком данного способа ение являетс роцесса обрароизводительност условленная в ос внем процесса ие слабого возбуж ых при диссоциац овном невь 1 созотирования ния ионов, оби аммиака. Известно вв ментации с цельса. Азот, ввод атмосферу по это носителем, не у щения поверхно массообменные дение азота при ю интенсификаци мый в контрол му способу, являяаствует в проНе ти детали и лишь процессы,Акти вн нитрсцеи процесируемую сь газомсе насыулучшает й азот в К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) СПОСОБ НИТСТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛ И Й(57) Изобретение отноталлургии, в частностиской обработке, а им Изобретение относится к черной металлургии, а именно к способам обработки готовых металлических изделий путем нитроцементации их поверхности, и может быть использовано в термических цехах металлургических и машиностроительных за-водов.Известен способ нитроцементации стали, который включает выдержку в атмосфере, содержа щей К 2 Н 2 окисл ы углерода, предельные углеводороды с последующий охлаждением и закалкой.На поверхности детали диффузионный слой формируется по следующему режиму: изотермическая выдержка 1,5 ч в среде, содержащей аммиак и продукты пиролиза триэтанолам 1,5 ч, посНедо низкая и ботки, об ким уро вследств разованн 1719461 А 110 15 20 25 30 35 40 50 55 этом процессе образуется в результате диссоциации аммиака.Наиболее близким к изобретения является способ нитроцементации, согласно которому процесс нитроцементации осуществляют при 840-860 С в газовой смеси из науглераживающего газа и аммиака. Продолжительность процесса нитроцементации зависит от глубины, насыщающего слоя и составляет 1-10 ч Толщина слоя колеблется в пределах 0,1-1,0 мм, Применяется контролируемая эндотермическая атмосфера, содержащая 5-1500 необработанного природного газа, 60-800 эндогаза и 10-45 аммиака.Недостатком этого способа нитроцементации является низкая производительность процесса, обусловленная тем, что процесс насыщения идет в диффузионном режиме. Ионы азота, образующиеся при диссоциации аммиака, не обладают высокой активностью, процесс обычно протекает в условиях малых скоростей насыщения.Целью изобретения является повышение производительности процесса нитроцементации за счет интенсификации процесса путем повышения насыщающей способности контролируемой атмосферы.Для достижения поставленной цели согласно известному способу нитроцементации стальных изделий, включающему обработку при 840-860 С в контролируемой атмосфере, содержащей природный газ и эндогаз, в контролируемую атмосферу дополнительно вводят смесь азота с природным газом в соотношении (5:1)-(7:1) при следующем соотношении компонентов, об.; природный газ 5-15; эндогаз 60-80; смесь азота с природным газом в соотношении (5;1)-(7:1) 5-35, причем смесь азота с природным газом предварительно нагревают до 2500-3500 С. Нагрев смеси азота с природным газом могут проводить, например; в плазмотроне,П.р и м е р 1. Эксперименты по нитроцементации деталей проводились на печи СНЦА (камерная электропечь сопротивления для нитроцементации), Обрабатывались детали иэ ст,20. Предварительно обрабатывали их по способу-прототипу. Контролируемая атмосфера была сформирована из смеси природного газа, эндогаза и аммиака, взятых в соотношении 10:70:20 (данные приведены в обьемных долях). Азот при этом не подавался. Термообработка в печи при 850 С продолжалась 4 ч. Данные по изменению содержания углерода и азота по толщине поверхностного слоя приведены в таблице. Суммарное содержание углерода и азота в поверхностном слое на расстоянии 0.05 мм для ст.20 по техническим условиям должно находиться на уровне 1,0-1,30, причем содержание углерода должно находиться на уровне 0,7-0,8, азота 0,30-0,55.П р и м е р 2. Проводили эксперимент по данному способу, В качестве нагревателя газа использовался плазмотрон типа ПГС с графитовыми электродами. Параметры работы плазмотрона И=23-30 кВт, 3=200- ЗООА, 0=100-150 В.Перед нитроцементацией детали из ст,20 тщательно протирались и промыва-. лись в 50-ном растворе каустической соды, нагретой до 900 С, в течение 10 мин. После промывания детали протирались и укладывались в корзины с соблюдением зазора, необходимого для свободной циркуляции газов, После того, как в печи с помощью обычных нагревателей достигалась рабочая температурв, равная 850+40 С, приспособления с деталями загружались в печь, По обычным каналам в печь подавали природный газ и эндогаз, составляющие 10 и 7505 контролируемой атмосферы соответственно. 150 контролируемой атмосферы образовывали из дополнительно вводимой смеси азота и природного газа, взятых в соотношении 6:1. Перед подачей в печь эту смесь нагревали в плазмотроне, который устанавливали в боковой стенке печи в отверстие гляделки до 3000 С. Температура газа оценивалась по таблицам по среднемассовой энтальпии газа, которая в свою очередь определялась из теплового баланса плазмотрона, Предварительно рассчитанные расходы газов (азота и природного газа), вводимых через плазмотрон, устанавливались по цеховым ротаметрам в магистралях, В эксперименте эти расходы составляли соответственно 2,14 м,х и 0,36 м /ч. После 3 ч обработки производили отключение плазмотрона, После традиционной закалки в масле детали извлекали из печи, Пробы металла анализировались на химический состав путем снятия послойных образцов с обработанных деталей, структура поверхности исследовалась с помощью электронного микроскопа, Результаты химического анализа, представленные в таблице, показали, что за 3 ч содержание углерода и азота в поверхностном слое достигло требуемых норм, т.е. производительность процесса нитроцементации в отличие от традиционного способа возроса на 25;.П р и м е р 3. В этом примере соотношение природного газа и эндогаза в контролируемой атмосфере подаваемых по традиционным каналам составляли 5 и 60соответственно. 35 контролируемой атмосферы составляла смесь, подаваемая через плазмотрон. Соотношение азота и природного газа в смеси 6:1, температура нагрева газа 3500 С. Нагрев проводили в 5 течение 2,5 ч. За это время (см.таблицу) насыщение поверхностного слоя успевает достичь требуемых норм. Производительность процесса возрастает на 37,5,П р и м е р 4. Соотношение природного 10 газа и эндогаза в контролируемой атмосфере, которые подавались по традиционным каналам, составило 15 и 80 ф соответственно.5 контролируемой атмосферы соста-15 вила смесь, подаваемая через плазмотрон. Соотношение природного газа и азота в смеси 6:1, температура нагрева смеси 3500.С, Нагрев проводили в течение 3,4 ч, Производительность процесса возросла на 20 15,П р и м е р 5. В этом примере все условия были взяты такими же, как в примере 2, однако соотношение азота и природного га за в смеси, составляющий 15 контролируемой атмосферы, было взято 5:1, Температура подогрева смеси 2500 ОС. Длительность процесса нитроцементации составила 3,2 ч. Производительность 30 процесса за счет сокращения времени обработки возросла на 20 О. П р и м е р 6. В этом примере также все условия были взяты аналогично примеру 2, однако соотношение азота и природного газа в смеси, составляющей 15% контролируемой атмосферы, было взято 7:1. Температура нагрева смеси 3500 С. Длительность обработки составила 2,6 ч, при этом достигалось удовлетворительное качество деталей, Производительность процесса по сравнению с традиционным способом возросла на 35,Ф ормулаи зоб ретен и я 1. Способ нитроцементации стальных издейий, включающий обработку при температуре 840-860 С в контролируемой атмосфере, содержащей природный газ и эндогаз, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности за счет интенсификации процесса, в контролируемую атмосферу дополнительно вводят смесь азота с природным газом в соотношении (5:1 Я 7:1) при следующем соотношении компонентов, об.:Природный газ 5-15 Эндогаз 60-80 Смесь азота с природнымгазом в соотношении (5:1)-(7:1) 5-35, причем смесь азота с природным газом предварительно нагревают до 2500-3500 ОС.2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что нагрев смеси азота с природным газом проводят в плазмотроне,оценка произ зоднтельиостн, доли от традиционного способа-прототипа Орели обрботки, ч Рвсстолиие от лоаеркностнобразца, им Темлереттра иагреснеси, аС Состав контролируемой атносфери, 2 Пример. 0,1 0,05 Смесь вота и природно" го гаЗидогаз Природный газ 1Гпрото"тил) 20 10 70 3 1,25 5 60 35 1,375 2,5 6: 15 80 5 Ь 1;15 6;1 5 1,2 511 10 75 15 1,35 2,6 О 75 15 Составитель И.ДашковаТехред М,Моргентал Корректор А.Осауленко Редатор Н.йвыдкая Заказ 743 Тираж Подписное, ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Соотнсееиие азота и природ" ного газа а снесмь пойаааеной через плазмот- роннС 0,7 Ь 0,68 0 6162 и 0 32 0 25 0 183000 Ф С Ов 75 0,7 Ь . 0,6О Ю 0,5 О,ЬВ . 0,353500 2 С 07 Ь 0.68 0,623 Ог О,ь 5 о,ьь " 0,38 -3500С 0,76 0,62 0,53Ф Я О,Ь 6 О,Ь 2 0,372500С 078 0.,72 9,68Ф и 0,5 Ь О,Ь 86 0,3883500 О С О 76 0.,68 0,528О и ОЬВ О,Ь 31 0,38