Способ получения атмосферы для вакуумной нитроцементации инструмента

)5 С 23 С 8/3 ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИ ГЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Изобретение таллургии, в част ской обработке, и в мащиностроени ностной твердости лей и инструмента относится к обласности к химико-теможет быть использдля увели ения пи износостойк ости ти ме- рмичеовано оверх- детаТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Курский политехнический институт(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АТМОСФЕРЫДЛЯ ВАКУУМНОЙ НИТРОЦЕМЕНТАЦИИИНСТРУМЕНТА(57) Изобретение относится к металлургии,в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано в машиностроении для увеличения поверхностнойтвердости и износостойкости деталей и инструмента. Целью изобретения являетсяинтенсификация процесса насыщения, повышение износостойкости и эксплуатационной стойкости нитроцементовэнныхдеталей, их твердости и вязкости, В известЦелью изобретения является повышение насыщающей способности атмосферы, износостойкости и эксплуатационной стойкости нитроцементованного инструмента, его твердости и вязкости, Согласно способу получения атмосферы для нитроцементации, включающему продувку азотсодержащего ганом способе получения атмосферы для нитроцементации, включающем продувку азотсодержащего газа через нагретую углеродсодержащую смесь, в качестве азот- содержащего газа используют азот, а в качестве углеродсодержащей смеси - смесь карбида кальция с коксом при следующем соотношении компонентов, мас.7 ь: карбид кальция 5-33; кокс 67-95, которую нагреваюг в контейнере до 850-950 С, затем возбуждают тлеющий разряд при давлении 1-30 мм рт.ст. между смесью, служащей катодом, и корпусом контейнера, служащим анодом, при этом тлеющий разряд питают однсполупериодным пульсирующим напряжением промышленной частоты, Применение способа позволяет в 1,5 раза интенсифицировать процесс насыщения, в 1,5 раза повысить износостойкость и в 1,6- 2,2 раза эксплуатационную стойкость деталей, в 3 раза повысить вязкость деталей и в 1,1 раза увеличить поверхностную твердость. 1 ил 4 табл. ээ через нагретую углеродсодержвщую смесь в качестве аэотсодержащего газа используют азот, а в качестве углеродсодержэщей смеси - смесь карбида кальция с коксом при следующем соотношении компонен гов, мас, 7 ь:Карбид кальция 5-33Кокс 67-95 которую нагревают в контейнере до 850- 950 С, затем возбуждают тлеющий разряд при давлении 1-30 мм рт,ст, между смесью, служащей катодом, и корпусом контейнера, служащим анодом, при этом тлеющий разряд питают однополупериодным пульсиру 1671730ющим напряжением промышленной частоты.Пропускание азота через раскаленнуюсмесь карбида кальция с углем позволяетполучить беэводородную читро 1 емеирующую атмосферу состоящук 1 и иана .а;омного азота Карбид кэгьцич. льег,.-.,катализатором образования циан-а .марного азота. Уголь улучшает ;ек гропро.водность смеси и, реагируя с примесьокислорода, генерирует окись углерода Тлеющий разряд необходим для бгльшсго сыхода циана, когорый является основнык;нитроцементирующим компонентом. Б невозбужденном (неионизированнгм) сог.тсянии азот является весьма инертным азгмПод действием леющего разряда азотиониэируется и вступает в реакцию с карбидом кальция, При этом образуется цианамид кальция, который реируесатомарным углеродом. образук,щимся прираспылении угля тлеющим разрядом, и вы.деляет газообразный дициан 1 СЧ)2 тицианвступает в реакцию с раскаленным углем собразованием циана и атомарного азота.На чертеже изображена схема осугцег. гвления способа.гехнплогия подг; го;ки к; ,ото .с.нера сосоит в следующем. Кск: л тейого кокса и карбида кагьция д;ьбя:,гранулы раэмром 5 10 мм и засыаореактор. Герме-иччо эакрьты ко; йр1 эагрухак.т в печь оэзогр;, ус до )0850"С, Затем контйнеры 1 и 3 оединчк:. ведичю вакуучую сигтему, со:дакг р:г- )жение до ",0 м от ст и прдсстижгнив котейнере 3 рабочей темпер; туры, подэют азот до лавления в системе , 3", х лрт.ст. Между корпусом кон гейн оа 1 т; убкой 4 прикладь вают днопг гериодноспульсипуод,ее напряжеие 250- 400 В .1 трицательный потенциал подаю на ре-;.;, -тор, Плотност, тока тл, пщегг. р; зрядподдерживали в ределах 1-2 м,"/ем Положительные ионе азота бомб-,рдиру гтповерхнос ь гранул карбида к;л,ция и;с"са. При этом течпе латура смеси зо:растаетдо 900 ОС, Образовавшийся циа,; и атомарный азот всасываютгя через отверсти втрубке 4 и пзоеходят а контейнер ., ,;епроисходит вакуумная ниГ о 1 мь тацобразцов,П р и м е р 1 Нитроцем нтэции повертают образцы из стали Р 6 М 5 в форцилиндров О 14 и высотой 12 мм в форм,:прямоугольных призм 10 х 10 х 55 мм, цилиндрические Об и высотой 6 мм, а также а форм.шайб о 30 и толщиной 10 мм, Перед .итроцементацией образцы подвергают окончательной термообработке Их обезжиривяют ацетоном промывают спиртом и закрепляют в кассетах 5. Кассеты помещают в контейнер 3 который герметизируют и загружают в печь, нагретую до 400-650 С,После окончания нитроцементацииконтейнеры герметизируют и извлекают из печей .оразць эхей ждают вместе с кон г ,.:роК з - ;тейнгр 1 до последующего исогьзования оставляют под разряженивм 10 ео избежание взаимодействия карбидака ьция с воздухом так как при этом он разрушаетсяНитрцементованные образцы подвер ают экспериментальным исследованиям ,5 для определения толщины слоев, их микротв одос,ги, износо.тоикости, ударной вяэ,гч содержания яо,порода в них.Тглщину нигрсцементованных слоево оделот по; аспределению микро 2в,.ррости. "а эффективнук толщинуи-,;нимают расстояние по нормали вглубь от -оверхности, на когором величина микротвердости на 5-6". превышает микротвердость серцгвины, что соответствует 25 о; бхе измеренияМикротвердость измеряют на микро: ердом.т, ПМтпри нагрузке 0,5 Н.",1 ао: э:, вяз:.ось опререляется настдартных обрэзцах 10 к 10 х 55 мм беэ над/а а фч:,ь; чоково копре МК-О.сгь, -.,на из ос проводят на маши, трения ипа МИпр (ухзтрении по схе;е диск 30 м 1 - колодка Колодки изсот.вль;г г из срното чугуна. Скорость ": , ,:жениг 1,6 м,г,. Удельное дагление взе 3 МГ 1 а Б проце;сг. испытаний об, зсц охла,.даю стру.й сжагого воздуха.образцов кс тоолируют через кажлые 15 г, н взвелигачие образцов с точ; ч, .т,о 0,1 10 кг За эталон изчоса берутобразец из стали Р 6 М. после скончательной .с о.гообоабпки За критерий износостойко,. .,ринч.1 аю- относи 1 ельную износосточ. ть. т е. лтчошен; е гготери массы э алона к л 5 птео"ассы исгл:дуемых образцов.Содержание водорода в образцах опреде яки методом вакууногг плавления,Экспериментально установлено, чтоизносостойкость нитроцсментованных сло" г в зависит от соотношения карбида кальць окса в смеси, заполняющей реактор, Даные, полученные осле нитроцементациигри 550 С в течение 90 мин при давлении 15 мм рт,ст., приведены в табл, 1Из данных, приведенных в табл. 1, слеузт, что за оптимасьныи следует принять состав смеси при следуюсцем соотношениигмг)гнтов мд фКарбид кальция 5-33Кокс 67-9513 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Следовательно, эа оптимальное следует принять соотношение карбида кальция и кокса в интервале от 1:0 до 1:2,5. При соотношении меньшем 1;10 снижается износостойкость иэ-за меньшего насыщения азотом нитроцементованных слоев, а при соотношении большей, чем 1:2,5 возрастает толщина хрупкой карбонитридной корки на поверхности, которая приводит к снижению ударной вязкости, т,е, к охрупчиванию Это является следствием повышенного содержания циана в нитроцемент.ющей атмосфере,Опытным путем подобран интервал давления в системе 1-30 мм рт ст, В этом. интервале тлеющий разряд устойчив. Причем при снижении давления ниже 1 мм рт,ст. интенсивно распыляется карбид каль;ия н кокс с образованием твердых соединений осаждающихся на стенках контейнера Гэи этом выход циана снижается и толщина нитроцементованных слоев резко уменьшается, При давлении в системе выше 30 мм рт.ст тлеющий разряд гаснет, что так ке г,риаоди 1 к снижению насыщающей активности атмосферы, так как насы цающая способ ссть молекулярного азота в ч: етом аиде эяляе снизкой. Уменьшение толщины слоев до 8- 12 мкм при сопутстау)"щем снижении содержания азота в слоях при оптимальнг "., режиме (550 С, 30 мин) приводит к снижению стоикости инструмч-аЗкспериментэльнс станэалено что наиболее стабильно тлегощий разряд гор , при питании его однополуперисднь .1 пульсирующим напряженьем промышленной частоты, получаемым пропска; ",ем переменного напряжения через Высоковольтный диод, Пои использовании однополу 1 ериодного напряжения н, возникает дуговои разряд. Если же тлеющий разряд питают постоянньм напряжением, то при исходной температуре 800 С, а при реальной, поаышающейся за счет ионной бомбардировки до 950 С тлеющий разряд и"-.реходит в дугоВОй, В таКОМ СЛуцаЕ НЕОбХОдиМЫ дуГОгаСящие устройства.Температура смеси влияет на нитроцементующую способность образующейся атмосферы, т,е. на содера гие в ней атомарного азота и циана. Такое влияние выражается в зависимости толщины нитроцементованных слоев от температуры смеси, Экспериментальные результаты, полученные при нитроцементации образцов иэ стали Р 6 М 5 при 550 С в течение 90 мин при давлении 15 мм рт,ст приведены в табл. 2.Ниже 850 С уменьшается содержание атомарного азота и циана в нитроцементуЮщЕй СмЕСи, чтО привсдит к СнижЕниЮ Скорости роста диффузионных слоев. При температуре смеси выше 950 С скорость роста слоев не увеличивается, Но при этом тлеюший разряд горит менее устойчиво и переходит в дуговой эа счет увеличения термоэлектронной эмиссии из металлических частей.П р и м е р 2. Нитроцементацию проводят иэ атмосферы, полученной предлагаемым и известным сппсобами, Насыщают образцы из стали Р 6 М 5 при 550 С в течение 60 мин Сравнительные результаты нитроцементации пр ведены в табл. 3.П р и м е р 3, Предлагаемым, известным и другими способами упрсчняют режущий инс 1 румент, сверла, д 4 мм, метчики МЧ. фрезы прорезные толщиной 1 мм иФ 60 мм, разаер киб мм Температура нитроцементации составляла 550 С, длительность 30 мин, Испытывают инструмент в промышленных условиях при работе на автоматичеких линиях Обрабатываемым материалом являкотся элементы арматуры электротехн ческих иэделий, изготовляемые из сталей 20 и 30.За критерий до говечности (эксплуатац онной стойкости, Д инструмента принима о 1 число г ди ичных операций, выполненных инструментом до выхода его из строя Увеличение долговечности (К) опреде яют по отношению к инструменту, не и.;Зергаацемуся ХТО и работающему в э, х же условиях,ге.ультэ -ы сравнительных испытаний ппиведъ ы д табл 4Л приведенных данных видно, что примсн ние предлдгэ 1 ого способа п 03 ВОлЯют ь 1 5 рээа интенсифицировать процесс, в 1 5 раза ппа: сить износостоикость и в 1,6- 2,2 р э;.д э ко плуэтац 1 он ну ю стойкость деталей, а 3 раза повысить вязкость деталей и В 1, раза увеличить поверхностную тверЗ ормула изобретения Способ получения атмосферы для вакуумной цитроцементации инструмента, включэюший продувку аэотсодержащего газа через нагретую углеродсодержащую смесь, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повыаения насыщающей способности атмосферы, износ стойкости и эксплуатационнгй стойкости нитрсцементованного инструмента, его твердости и вязкости, в качестве азотсодержащего газа используют аэог, э в качестве углеродсодержащей смеси - смесь карбида кальция с коксом при следующем соотношении компонентов, мас,Карбид кальция 5 - 33Кокс 67-951671730 Таблица 1 Таблица 4 которую нагревают в контейнере до 850- 950 С, затем воэбуждают тлеющий разряд при давлении 1-30 мм рт,ст. между смесью. служащей катодом, и корпусом контейнера, служащим анодом, при этом тлеющий раэряд питают однополупериодным пульсирующим напряжением промышленной частоты,51671730Составитель Н. РыжковРедактор Н. Бобкова Техред М.Моргентал Коррвктор М. Кучерявая Заказ 2805 Тираж 549 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва. Ж, Раушская на 64/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101