СПОСОБ НИТРОЦЕМЕНТАЦИИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ШТАМПОВЫХ СТАЛЕЙ

Изобретение относится области машиностроения. В частности к способам химико-термической обработке металлов и сплавов и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента из штамповой стали в машиностроительной, металлургической, химической, инструментальной и других отраслях промышленности.

Известны способы упрочнения штамповых сталей методом цианирования. Цианирование проводят в расплавленных солях - жидкое цианирование, в газовых средах - газовое цианирование или нитроцементация и в твердых смесях. (Штамповые стали / Позняк Л.А., Скрынеченко Ю.М., Тишаев С.И. - М: Металлургия, 1980, С.212-213).

В качестве наиболее близкого аналога может быть выбран способ нитроцементации деталей из штамповых сталей, включающий приготовление смешиванием пасты, содержащей железосинеродистый калий K₄Fe(CN)₆, нанесение пасты на изделие и нагрев с выдержкой. (SU 427098 А, МПК С23С 9/00, 04.10.1974).

Недостатки указанных способов состоят в том, что диффузионные слои обладают высокой микротвердостью и хрупкостью. При циклических ударных нагрузках они преждевременно выкрашиваются, что приводит к выходу из строя дорогостоящих деталей из штамповых сталей.

В основу изобретения поставлена задача повышения пластичности и ударной вязкости нитроцементованных диффузионных слоев, что позволит повысить эксплуатационную стойкость деталей из штамповых сталей.

Технический результат достигается тем, что в известном способе нитроцементации деталей из штамповых сталей, включающем приготовление смешиванием пасты, содержащей железосинеродистый калий K₄Fe(CN)₆, нанесение пасты на изделие и нагрев с выдержкой, согласно изобретению, при смешивании пасты в нее дополнительно вводят пастообразователь - нитроцеллюлозный лак НЦ 222 и газовую сажу ДГ-100 при следующем соотношении компонентов, масс.%: железосинеродистый калий K₄Fe(CN)₆ - 20-30%; - нитроцеллюлозный лак НЦ 222 - 15-20%; остальное - газовая сажа ДГ-100, нагрев проводят до температуры 680°C, с выдержкой при этой температуре в течение 3 часов, затем образцы охлаждают в масле и подвергают низкому отпуску при температуре 200°C в течение 2 часов.

Содержание в пасте железосинеродистого калия в количестве, составляющем 20-30 масс.%, является оптимальным, так как при температуре 560°C железосинеродистый калий начинает диссоциировать с выделением атомов азота и углерода:

. Атомы азота и углерода поглощаются поверхностью стали и диффундируют в ее глубину, т.е. происходит нитроцементация стали, что повышает микротвердость, интенсивность изнашивания.

Содержание в пасте нитроцеллюлозного лака НЦ222 в количестве 15-20 масс.% является оптимальным, так как лак начинает разлагаться при еще более низкой температуре ~ 200°C:

При этом образуется больше активного азота, чем при разложении железосинеродистого калия. Образование карбонитридного слоя начинается уже при температуре 200°C, увеличивается толщина карбонитридной корки на поверхности стали, повышается микротвердость, ударная вязкость деталей из штамповых сталей.

Содержание в пасте газовой сажи ДГ-100 в заданном количестве, является оптимальным, так как распад сажи позволяет насыщающие элементы активно поглощаться сталью, что обеспечивает высокую скорость насыщения при минимальном расходе цианизатора, а в поверхностном слое образуется корка с зернами цементита, что повышает ударную вязкость деталей из штамповых сталей.

Способ осуществляют следующим образом.

Пасту, содержащую железосинеродистый калий K₄Fe(CN)₆ - 20-30%; пастообразователь - нитроцеллюлозный лак НЦ 222 - 15-20%; остальное - газовая сажа ДГ-100 наносят на упрочняемую поверхность изделия и сушат в течение 0,5 ч до образования твердого покрытия толщиной 1,0-1,5 мм. Подготовленную изделие загружают в печь, нагревают до 680°C и выдерживают в течение 3 ч. Затем охлаждают в масле и производят отпуск при 200°C в течение 2 ч.

Сущность способа иллюстрируется примером.

В качестве упрочняемых деталей использовали образцы (10×10×60 мм.) предварительно очищенные уайт-спиртом. Пасту, содержащую железосинеродистый калий K₄Fe(CN)₆ - 20-30%; пастообразователь - нитроцеллюлозный лак НЦ 222 - 15-20%; остальное - газовая сажа ДГ-100 наносят с помощью кисти или окунанием. После сушки в течение 0,5 ч на поверхности образуется твердое покрытие, толщиной 1…1,5 мм. Подготовленные таким образом изделие загружают в печь, нагревают до 680°C и выдерживают в течение 3 ч. Перед охлаждением деталей в масле обмазку удаляют с рабочих поверхностей, затем производят отпуск при 200°C в течение 2 ч. Окончательно с помощью металлической щетки изделие очищают от пасты.

Заявленный способ не требует больших энергозатрат и дорогостоящего оборудования и может быть применен в крупносерийном, мелкосерийном и ремонтном производстве. Кроме того, способ позволяет повысить экологическую безопасность, т.к. карбюризатор в своем составе не имеет токсичных компонентов.

Результаты испытаний представлены в таблице 1.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет повысить пластичность нитроцементованных диффузионных слоев и уменьшить коэффициент трения между штампом и обрабатываемым материалом, что приведет к повышению эксплуатационной стойкости штампа. Заявленный способ не требует больших энергозатрат и дорогостоящего оборудования и может быть применен в любом производстве, как крупносерийной, так и ремонтном мелкосерийном. Кроме того, способ позволяет избежать экологических проблем, т.к. карбюризатор в своем составе не имеет токсичных компонентов.