Способ газовой нитроцементации стальных изделий

,1767233 Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 21.12.78 (21) 2700299/22-02 (51)М. Кл,с присоединением заявки МВ С 23 С 11/18 Государственный комитет СССР по аелам изобретений и открытийОрдена Трудового Красного Знамени научно-исследовательскийинститут технологии автомобильной промышленности(54) СПОСОБ ГАЗОВОЙ НИТРОЦЕМЕНТАЦИИ СТАЛЬНЫХИЗДЕЛИЙ 1Изобретение относится к области химико-термической обработки, а именно к газовой нитроцементации, и может быть использовано в автомобиле- и тракторостроении для обработки шесте рен и валов.Известен способ нитроцементации в среде эндогаза с добавкой природнодр газа и аммиака, заключающийся в нагреве до 860 о С,выдержке при этой тем пературе в углеродоазотистой среде с углеродным потенциалом 0,8-0,9 С, подстуживании до 840 оС с тем же угле- родным потенциалом и последующей закалке в масле. Для получения качественной структуры добавку аммиака выбирают в зависимости от глубины слоя. Так, для получения слоя глубиной 0,3-0,4 мм аммиак добавляют в количест. ве 7 от общего расхода атмосферы, 20 для слоя глубиной 0,5-0,7 мм - 3, а для слоя глубиной 0,8-1,1 мм - 1.В В результате микроструктура полученного упрочненного слоя содержит 25 мартенсит и остаточный аустенит.На стали 35 Х после нитроцементации по известному способу при глубине слоя 0,25-0,3 мм были получены следующие механические свойства; Прочность на изгиб,Ъщ, кг/юР 200Усталостная прочность,кг/мм90ударная вязкость, а,кгм/см" 3,0.Однако при обработке деталей сложной конфигурации, например шестерен,во впадинах зубьев последних наблюдается дефект в виде троститной сетки по границам зерен, распространяющийся на глубину 0,08-0,1 мм. Появление этого дефекта объясняется тем,что при нитроцементации в эндотермической атмосфере в результате насыщения слоя азотом и углеродом происходит образование большого числа мелкодисперсных нитридов и карбонитридовхрома. Это ведет к обеднению твердо-.го раствора хромом, азотом и углеродом, которое вызывает понижение прокаливаемости нитроцементованного слоя,что в итоге при последующей закалке вмасле приводит к появлению во впадинах шестерен продуктов немартенситного превращения, распространяющихся назначительную глубину, а именно ктроститной сетке по границам зерен.Этот дефект снижает микротвердость,вызывает возникновение в поверхностяом слое растягивающих напряжений,способствующих снижению прочности.Известен также способ, химико-термической обработки, уменьшающий девкт в виде троститной сетки. Он эалючается в том, что процесс газовойнитроцементации проводят при 860870 С с углеродным потенциалом 0,91,0 С в начале выдержки. Затем вконцевыцержки углеродный поанциалснижают за счет уменьшения подачи ме-:тана до величины 0,7-0,8 С.Одновременно в конце выдержки отключают пойачу аммиака. После этого производятзакалку в масле с температурой выдержки Г 21В результате обработки известнымспособом удается уменьшить глубину-дефекта в виде троститной сетки с0,1-0,08 мм до 0,02 мм. Однако уменьшение подачи метана и аммиака в концевыдержки, как правило, приводит кобеднению твердого раствора углеродом и азотом, Поэтому данный способне всегда ведет к уменьшению глубинытроститной сетки во впадинах зубьевшестерен.Цель изобретения " повышение износостойкости изделий и ускорениепроцесса насыщения.Поставленная цель достигается тем,что в течение времени выдержки изменяют величину углеродного потенциала, в течение времени, составляющего 1/2-3/4 от общего времени выдержкиуглеродный потенциал поддерживают науровне 0,6-0,8 С, а затем оставшийсяотрезок времени выдержки - на уровне й 0,9-1,0 С.,При этом в течение полно го цикла выдержки вводят аммиак в количестве 1-3.Способ осуществляют следующимобразом.Изделия, в частности шестерни изстали 35 Х, нагревают в проходном безмуфельном агрегате в атмосфере эндогаза до 860-870 С. При достижении этой температуры в атмосферу печивводят метан в количестве, неббходи-мом длядостижения углеродного потенциала 0,6-0,8 С. Затем производятВыдержку при этом потенциале. в течение времени, составляющего 1/2-3/4 от общего времени выцержки. Послеистечения указанного времени производят.повышение углеродного потенциала .атмосферы до величины 0,9-1,0 С,Все оставшееся время выдержки поддерживают данный потенциал. Повышение углеродного потенциала атмосферы осуществляют эа счет добавки углеродосодержащего газа, например метана. Общее время выдержки составля-.ет 2-5 ч, В процессе всего временивыдержки в печь подают аммиак в количестве 1-3 от общего содержания атмосферы печи. После окончания выдержки производят закалку в масле,Микроструктура упрочненного слоя содержит мартенсит и остаточный аустенит.П р и м е р. Проводят обработкустальных иэделий при 860 ф 10 фС по трейрежимам, приведенным в табл. 3, (.врЬ-мя выдержки иистадий - 1 ч)., "Из первой стадии времени выдержкипри углеродном потенциале 0,6-0,8 Спроисходит основное формирование нитроцементованного слоя. Затем, чтобыпредотвратить обеднение твердого раст О вора углеродом вследствие образования мелкодисперсных карбонитридов,во второй стадии времени выдержки по"вышают углеродный потенциал до 0,91,0 С. Ограничение верхнего предела 15 углеродного потенциала на второй стадии до 1,0 С объясняется тем, чтопри более высоком углеродном потенциале произойдет перенасыщение нитроцементованного слоя углеродом, В рещ зультате образуются избыточные карбонитриды, что в итоге приведет к появлению дефекта в виде темной составляющей.Время на первой стадии выдержки"при углеродном потенциале 0,6-0,8 Ссоставляет 1/2-3/4 от всего временивыдержки. Это объясняется .тем, чтов этот период происходит основноеформирование нитроцементованного слоя,Время на второй стадии выдержки соста- ЗО вит 1/2-1/4 от общей выдержки и объясняется тем, что за больший отрезоквремени при углеродном потенциале0,9-1,0 С происходит перенасыщениенитроцементованного слоя углеродом З 5 со всеми вытекающими отсюда последстАями.Добавку аммиака в течение всеговремени выдержкиограничивают 1-3 отобщего расхода газбв. При этом мень О шая добавка относится к более длительному времени выдержки. Указанное количество аммиака приводит к насыще- -нию твердого раствора азотом до 0,10,2. Добавку аммиака ограничивают3, так как при высоком углеродном 45 потенциале это может привести к перенасыщению нитроцементованного слояи в итоге к темной составляющей.Результаты металлографическихисследований деталей после обработки О приведены в табл. 2, а механическихиспытаний в табл, 3.В результате обработки шестеренпредлагаемым способоь троститная. сетка по границам зерен во впадинах. зубьев шестерен значительно умень.шается.Кроме того, после обработки с помощью предложенного способа получают более высокую микротвердость чем 6 О известным методом, а также большую.глубину нитроцементованного слоя.В результате износостойкость обработанных изделий повышается на 3050, при этоМ ускоряется процесс термообработки в среднем на 20-25.767233 Составитель Л. БурлиноваРедакто А. Куп якова Тех ед Т.Маточка. Ко енто Мака енко Заказ 143 5 Тираж 0 4 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035 Москва ЕРаушская наб. д. 4 5филиал ППП "Патент , г. Ужгород, ул. Проектная,формула изобретенииСпособ газовой нитроцементации стальных изделий, включающий нагрев до 860-.870 оС, выдержку при этой температуре в насыщающей среде с изменением углеродного потенциалаи закалку в масле, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения иэносо- стойкости иэделий и ускорения процесса насыщения, выдержку в течение1/2-3/4 от общего времени выдержкиосуществляют в насыщающей среде суглеродным потенциалом 0,6-0,8 С,затем в течение 1/2-1/4 общего времени выдержки в среде с углеродным потенциалом 0,9-1,0 С, причем во время выдержки вводят аммиак в количестве 1-3.