Способ газового сульфоцианированиястальных деталей

ОПИ САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Свез Соеетскик Сециалистичвскик Республикщ 804717 ВЮРСКОММ Сви ОЯЛЬСТВМ 63) Дополнительное к (22) Зевелеио 120479 с присоединением эалв ет. сеид-еу. Кл Р 1) 2751444/22-02Ио С 11/1 В Государстяенный коиктет СССР оо кельи изобретеияй и открытий(23)йриорнтв убликовеио 1 таопубликоеа 31, Бюллетень ИЯ 6 53 УДК 621 785 ,51.533(088я 150281 спи 2) Ает А;В Криулнн и К.Ю.Сыр теи П) Залеитвл градский институт водного транспорт(54) СПОСОБ ГАЗОВОГО СУЛЬФОЦИАНИРОВАНИЯСТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙк машино- транспорт. может ко-термиН вого чител ях сухо- трения,и конуневых ей. Фере,в емудис- полууглвро изобретение относитсястроению, преимущественноного и автотракторного, ибыть использовано при химической обработке стальных чудеталей, работающих в условиго, полусухого и граничногонапример, Фрикцнонных дисковсов, тормозных колодок, порюколец плунжеров и ар. детал Известен способ газового сульфоциаиированил, обеспечивающий повышение противоэадирнык свойств, иэносостойкости, усталостиой прочности .различных деталей машин, работающих в условиях трения. Способ заключает- ся в обработке в печи в среде аммиака и серомасляной эмульсии при 500- 600 С 1. Известен также способ гаэоаогосульфоцианирования, заключающийсяв том, что обрабатываевеее изделиявыдерживают в печи при 560-600 оСтечение 1-3 ч в газовой атмоссостоящей из смеси трех газовмнака, пропана и сероводородасоциация которых обеспечиваетчение активных амонов азота,да и серы и образование сульфоцианированных диффузионных слоев надеталях 21.едостатком данного способа газосульфоцианирования является энаьная технологическая сложностьпроцесса, а также сложность установки, включающей в себя емкости дляаммиака, пропана и сероводорода, О редукторы и регуляторы давления этихгазов, смесители, диссоциомвтр и делающий затруднительным рвгулированивпроцесса в целом. Кроме того, ис"пользуемые при данком, способе сулЬФо цианирования газы взрывоопасны,весьма токсичны и создают повышеннуюопасность для обслуживающего персона"ла, что требует обязательного осуществления сложных мер по охране Ю труда и технике безопасности, увеличивающих стоимость установок и себестоимость обработки деталей.Укаэанные недостатки процесса газового сульфоцианнрования в смеон 2 ННОЕ, С 1 нь, Н 15 дел т практическиневозможным его использование в условиях мвлкосерийного производствана небольших и средних предприятиям.Цель изобретения - упрощение тех О вологин процесса газового сульфоциа 804717нирования, повышение его управляемости и эффективности, устранение токсичности и взрывоопасности, улучшение вследствие этого условий охранытруда и техники безопасности на участках сульфоцианирования, а такжеобеспечение защиты окружающей средыэа счет устранения токсичных отходов производства.Поставленная цель достигаетсятем, что нагрев вддут до 520-640 оС, щзатем вводят смесь карбамида с сероф,содержание которой в смеси составляет 1-10, прячем количество вводимойв печь смеси составляет 3,0-15,0 г/лобъема печи в час,В качестве твердых веществ источниковгаэообразных продуктов, содержащих серу, азот и углерод, используют, например, смесь карбамида (мочевины) или его иэомера - цианово- .кислого аммония - с порошкообразной 20серой, причем для получения развитыхдиффузионных слоев содержание серыв смеси составляет 1-10, а общееколичество смеси карбамида и серы,вводимой в печь, должно исхФдится в 2 Япределах от 3 до 15 г/л объема печив час.оПри температуре ниже 520 С за технологически приемлемое время обработки (1-б ч ) карбонитридная эона слоя ЗОпрактически не образуется, что приводит к ухудшению изоносостойкостисульфоцианированных поверхностей.Кроме того, процесс сжигания отработавших газов вследствие изменения ихсостава становится неустойчивым.Верхнее значение температуры обработки выбрано равным 640 С в связи стем, что прочностные характеристикибольшинства конструкционных сталейпри более высокой температуре обработки существенно снижаются, а повторная термообработка после среднетем-.пературного сульфоцианирования недопустима, так как приводит к разру-.шению сульфоцианированного слоя. 45Содержание серы в рабочей смесименьше 1 вес. недопустимо, так какпри меньших количествах серы в смесисульфидная зона диффузионного слояна сульфоцианируемых изделиях полу-чается очень тонкой (1-2 мкм) и необеспечивает длительного сохранениявысоких противозадирных свойств стали. При содержании серы выше 10сульфидная зона слоя получаетсячрезмерно толстой (толщина болееэ 550 мкм, содержание серы в слое более20), легко отслаивается, большоесодержание серы в смеси при прочихравных условиях затрудняет рост карбонитридной зоны диффузионного слЬя существенно важной для обеспечения длительной износостойкости иэделий.Прй удельном расходе рабочей смеси менее 3 г/л ч процесс газового сульфоцианирования становится нестабильным. Недостаточно хорошее уплотнение муфеля может потребовать увеличения расхода смеси до 15 г/лч, Дальнейшее увеличение расхода смеси (в опытах до 18 г/л ч) не приводит к существенному увеличению глубины слоя, снижая экономичность процесса Время обработки может менятьсяот 1 ч (прецизионные детали) до б ч(Фрикционные детали, работающие вусловиях сухого трения) в зависимос-.ти от требуемой глубины диффуэирнного слоя,П р и м е р. В муфель загружаютобрабатываемые Фрикционные дискииз стали 20 и герметично закрываютмуфель крышкой. Загружают в питатель рабочую смесь карбамида и серы(2,5 серы в смеси по весу). Муфельустанавливают в шахте предварительно разогретой печи,Вытесняют воздух из муфеля в течение 5 мин и включают. автоматический режим работы питателя, которыйв период разогрева подает рабочуюсмесь для компенсации утечек газовиэ муфеля, поддерживая давление газовв муфеле 10-50 см вод,ст. При достижении температуры муфеля 540 С включают вентилятор и начинают режим обработки деталей. В режиме обработкипитатель подает смесь, обеспечиваярасход смеси 9-10 г/л ч давление газов в муфеле 10-50 см вод,ст.При достижении температуры муфеляб 20 С начинают отсчет времени вьюдержки. При данной температуре детали выдерживают (обрабатывают газовойсмесью) в течение 3 ч. После выдержки нагреватели печи отключают и начинают режим охлаждения. При охлаждении муфеля до 540 С выключают венотилятор, вынимают муфель иэ шахтыпечи и производят дальнейшее охлаждение муфеля на воздухе.В табл. 1 приведены сводные данные о глубине карбонитридной зоныи зоны диффузии азота, а также данные о глубине карбонитридной зоны,получающейся при газовом сульфоцианировании известным способом в среде аммиака, пропана и сероводородаи предлагаемым, в табл. 2 - данныео распределении микротвердости поглубине диффузионных слоев на разных образцах.804717 Формула изобретения Составитель Г, Бахти новаТехред Т. Маточка Корректор.и.демчик,Редактор С.Тараненко Заказ 10824/42 Тираж 1059 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Фазовый рентгеноструктурный анализ поверхностных слоев образцовстали 20., подвергнутых газовомусульфоцианированию в продуктах пиролиза карбамида и серы, показал наличие в поверхностной зоне, заметногоколичества сульфидов Геяр нитридов(Я "ГеИ и . -Ре 4 И), карбидов ГеС 3,азотистого аустенита ( )-фаза). Наотдельных образцах выявлено наличиеокислов, выявляети также ФерритнаяФаза.Исследование микроструктуры, химического и фазового состава диффузионных слоев, образующихся в газовой атмосфере, получающейся в результате разложения карбамида И серы, 15показало,что предлагаемый способгазового сульфоцианирования по своейэффективности не уступает известнымспособам газового, а также жидкостного сульфоцианирования и в ряде слу Щчаев существенно превосходит их. Так,глубина карбонитридной зоны диффузионного слоя за 3 ч при 620 С получается в пределах 15-35 мкм, глубиназоны твердого раствора азота по стали 20 - до 0,4-0,6 мм. Содержаниесеры в поверхностной зоне диффуэионйого слоя толщиной 30 мкм достигает1,2-4,0, содержание углерода 1,22,0, азота 1,6-4,0,Еоэффициент трения сульфоцианиро- ЗОванной стали, обработанной по предлагаемому способу, в условиях сухоготрения равен 0,16-0,21, в условияхсмазки 0,08-0,10.Использование предлагаемого спо- Зэсоба газового сульфоцианирования для повышения долговечности и надежностиФрикционных дисков, поршневых колеци др. деталей обеспечивает по сравнению с существующими способамн упрощение и удешевление технологии процесса газового сульфоцианирования исоответственно упрощение и удешевление установки для этого процесса,существенное повышение безопасностипроцесса за счет отсутствия в числеиспользуемых исходных материаловвзрывоопасных и токсичных газов. Способ газового сульфоцианирования стальных деталей, заключающийсяв нагреве до температуры обработкив насыщающей среде и выдержке приэтой температуре, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью упрощения технологии процесса газовогосульфоцианирования и устранения еготоксичности и взрывоопасности, а также повышения его эффективности, нагрев ведут до 520-640 фС, затем вводят смесь карбамида с серой, содержание которой в смеси составляет1-10, причем количество вводимойв печь смеси составляет 3,0-15,0 г/лобъема печи и час.Источники информации;принятые во внимание при экспертизе1. Криулин А.В. Сульфоцианирова-.ние стали и чугуна. М.-Л., "Машиностроение", 1965, с. 68-70.2. Патент ЧССР Р 132105,кл. С 23 С 11/16, опублик. 1967,