Состав обмазки для диффузионного карбонитрирования

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СОСТАВ ОБМАЗКИ ДЛЯ ДИФФУЗИОННОГО КАРБОНИТРИРОВАНИЯ(71) Заявитель Белорусский национальный технический университет(72) Автор Федулов Владимир Николаевич(73) Патентообладатель Белорусский национальный технический университет(57) Состав обмазки для диффузионного карбонитрирования стальных изделий, включающий в себя калий железистосинеродистый, окись кремния, натрий хлористый, отличающийся тем, что дополнительно содержит кальций фтористый при следующем содержании компонентов, мас.калий железистосинеродистый 45-55 окись кремния 35-45 натрий хлористый 4-6 кальций фтористый 4-6. Изобретение относится к химико-термической обработке, а именно к составам для диффузионного насыщения поверхности стальных изделий, и может быть использовано при проведении упрочнения поверхности деталей из высоколегированных сталей для придания ей более высокой твердости по сравнению с сердцевиной за счет диффузионного насыщения одновременно углеродом и азотом на определенную глубину с нагревом при высоких температурах. Известен состав обмазки для диффузионного карбонитрирования 1, включающий(мас. ) карбид бора 20-30 натрий фтористый 4-7, калий железистосинеродистый и бентонит - остальное. Недостаток такого состава обмазки состоит в том, что натрий фтористый является очень сильным активатором при проведении экзотермического процесса диффузионного насыщения в данной смеси и вызывает повышение температуры в зоне реакции выше, чем собственно заданная температура нагрева в печи, например 560-600 С для изделий из стали 45 МФС, что приводит к снижению твердости стали в переходном диффузионном слое изделия, находящемся непосредственно под зоной упрочнения, а также повышенному сцеплению продуктов реакции и стальной поверхности, ухудшая качество всего изделия. Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является состав обмазки для диффузионного карбонитрирования 2,включающий (мас. ) калий железистосинеродистый 40-50, двуокись кремния 25-45,натрий хлористый 5-8, бентонит 5-7 и шунгит 5-10. 15496 1 2012.02.28 Указанный состав является более прогрессивным по сравнению с аналогом из-за устранения отмеченных недостатков первого, а к недостаткам прототипа следует отнести то, что для увеличения количества активных атомов углерода и уменьшения силы отделения от упрочняемой стальной поверхности при проведении процесса при нагреве выше 560 С дополнительно в состав вводят шунгит, являющийся импортируемым материалом,стоимость которого достаточно значительна. Шунгит является графитсодержащим минералом и добывается в Карельской автономной республике РФ. Привоз его в РБ в настоящее время является дорогостоящим и нецелесообразным. Применение же обмазки без шунгита приводит к ухудшению отделяемости обмазки от изделия после завершения химикотермической обработки, так как бентонит является глиной, состоящей в основном из минералов монтмориллонита (23422) и битделлита (23322),которые добавляются для образования коллоидной смеси и при нагреве выше 560 С разлагаются, образуя твердые, хорошо сцепляемые со стальной поверхностью новые минералы. При нагреве до 560 С продуктов распада образуется значительно меньше, обеспечивая необходимое по технологии отделение обмазки от упрочняемой стальной поверхности. Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение качества поверхностного упрочнения при диффузионном карбонитрировании с температурой нагрева 560-600 С за счет обеспечения необходимой насыщающей способности состава обмазки при протекании собственно диффузионного процесса и улучшения отделяемости продуктов реакции от поверхности упрочняемого изделия применительно к рабочей поверхности матриц и пуансонов из высоколегированных сталей пресс-форм литья под давлением цветных сплавов и точных штампов горячего формообразования стальных изделий. Решение задачи достигается тем, что в составе обмазки для диффузионного карбонитрирования стального изделия, включающем калий железистосинеродистый, окись кремния и натрий хлористый, дополнительно содержится кальций фтористый при следующем соотношении компонентов, мас.калий железистосинеродистый 45-55 окись кремния 35-45 натрий хлористый 4-6 кальций фтористый 4-6. Замена бентонита и шунгита фтористым кальцием и увеличение содержания калия железистосинеродистого по сравнению с прототипом в предлагаемом составе для диффузионного карбонитрирования стальных изделий калий железистосинеродистый - 45-55 ,окись кремния - 35-45 , натрий хлористый - 4-6 , кальций фтористый - 4-6 , при диффузионном упрочнении с температурой нагрева 560-600 С, нанесением на упрочняемую поверхность слоя толщиной 8 мм и регламентирование выдержки 2-6 ч, например,для рабочей поверхности матриц и пуансонов из стали 45 МФС пресс-форм литья под давлением алюминиевых сплавов - приводит к диффузионному насыщению стали в поверхностном слое углеродом и азотом на глубину до 0,3 мм и получению микротвердости на поверхности до 1200-1300 ГПа. Кальций фтористый при этом одновременно является и активатором и способствует образованию коллоидной суспензии, но не способствует привариванию смеси к стальной поверхности, так как не образует твердых продуктов при нагреве при таком составе обмазки. Одновременно сохраняется необходимая твердость переходного слоя и происходит облегчение процесса отделения продуктов реакции от упрочняемой поверхности, что в конечном итоге обеспечивает значительное повышение качества упрочнения рабочей поверхности матриц и пуансонов и в целом срока службы (стойкости) пресс-форм и технологичность процесса. В таблице приведены результаты апробирования различных сочетаний компонентов, в том числе и нового состава, для диффузионного карбонитрирования стальных изделий при фиксированном режиме и толщине слоя смеси для случаев химико-термической обработки рабочей поверхности матриц и пуансонов из стали 45 МФС пресс-форм литья под 2 Количество отливок, полученных при полном использовании инструмента, штуки Аналог Прототип Калий железистосинеродистый - 55 ,окись кремния - 35 , натрий хлористый 5 , кальций фтористый - 5 Калий железистосинеродистый - 45 ,окись кремния - 45 , натрий хлористый 4 , кальций фтористый - 6 Калий железистосинеродистый - 50 ,окись кремния - 40 , натрий хлористый 6 , кальций фтористый - 4 Калий железистосинеродистый - 40 ,окись кремния - 50 , натрий хлористый 7 , кальций фтористый - 3 Калий железистосинеродистый - 60 ,окись кремния - 30 , натрий хлористый 3 , кальций фтористый - 7 Переходного слоя на глубине 0,3 мм Состав обмазки для диффузионного карбонитрирования при режиме нагрева по температуре и времени 580 С в течение 4 ч,и нанесении на рабочие поверхности слоя толщиной 8 мм для стали 45 МФС при химико-термическом упрочнении матриц и пуансонов пресс-форм для литья алюминиевых сплавов Характеристики диффузионного слоя Микротвердость, ГПа Глубина, мм составов для диффузионного карбонитрирования давлением алюминиевых сплавов и данные по глубине и микротвердости упрочненного слоя, улучшению отделяемости продуктов реакции от упрочненных поверхностей и изменению стойкости пресс-форм. Степень отделяемости оценивали величиной работы по выбивке смеси из трубы после нагрева при рабочей температуре. При этом чем меньше величина выбивки, тем лучше отделяемость смеси от стальной поверхности. Методика изложена в работе 3. Глубину диффузионного слоя и его микротвердость оценивали по известным стандартным методикам. Видно из данных таблицы, что применение заявленного состава при химико-термическом карбонитрировании рабочей поверхности матриц и пуансонов из стали 45 МФС во время проведения цикла исследовательских работ одновременно способствует повышению характеристик диффузионного слоя, улучшению отделяемости и даже увеличению срока эксплуатации пресс-форм при литье под давлением деталей из сплава Ал 9. Пресс-формы, обработанные с использованием заявляемого состава для диффузионного карбонитрирования стальных изделий, в результате проведения сравнительных испытаний показали стойкость в 1,2-1,5 раза выше, чем обработанные, как аналог или прототип. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4