CC BY
43
ПОВЕРХНОСТНАЯ ОБРАБОТКА СТАЛЕЙ И НАПЛАВЛЕННЫХ ПОКРЫТИЙ В КАРБАМИДО-НАТРИЕВОЙ ВАННЕ В РЕЖИМЕ МЯГКОГО АЗОТИРОВАНИЯ
Н.С. Гараийе, Д.В. Колмыков
Аннотация. Приведены результаты низкотемпературного цианирования сталей и наплавленных металлических покрытий в нетоксичной соляной ванне на основе карбамида. Показана высокая эффективность низкотемпературной обработки для повышения эксплуатационных свойств деталей машин.
Ключевые слова: восстановление деталей, упрочнение деталей, ремонт машин, химико-термическая обработка. повышение эксплуатационных свойств, увеличение ресурса техники, азотирование, цианирование.
На зарубежных машиностроительных предприятиях в течение ряда последних лет широко применяется низкотемпературная упрочняющая обработка стальных деталей, называемая «мягким азотированием». Этот процесс (в общественной литературе он называется низкотемпературным цианированием) осуществляется в цианистых ваннах . содержащих чаще всего 40... 4 5% ХаСК или 30...35% КСК с добавлением нейтральных солей при 570°С в течение 1...3 часов. Мягкому азотированию подвергаются, в основном, цементуемые и улучшаемые низколегированные стали, на поверхностях которых образуются достаточно вязкие диффузионные слои глубиной до 0,15 мм. имеющие микротвер-дость 600... 1000 Нц. [ 1 ].
На немецких заводах, в частности ВМ\У. мягкое азотирование является основным процессом, используемым при упрочнении автомобильных деталей. В
частности, такой обработке подвергаются зубчатые колеса, коленчатые валы, шатуны, кулачки, толкатели, гильзы цилиндров поршневые кольца и многие другие детали. Такое широкое применение низкотемпературной обработки обусловливается ее очень высокой эффективностью.
После обработки в цианистой ванне размеры деталей практически не изменяются, поэтому в зарубежной практике принято детали из улучшаемых сталей сначала подвергать окончательной механической обработке, включая притирку после закалки, а затем мягкому азотированию. В результате такой обработки значительно увеличивается износостойкость и усталостная прочность (на 20...60 %) деталей.
Применению мягкого азотирования на российских предприятиях препятствует необходимость использования токсичных и очень дорогих цианистых солей, которые из-за своей экологической опасности были запрещены еще в СССР. В связи с этим представляет интерес разработка технологии низкотемпературного цианирования сталей в нетоксичных ваннах, не содержащих цианистых солей. Внедрение такой технологии в промышленность позволяет повысить долговечность многих деталей машин и ликвидировать некоторое отставание от зарубежной практики, широко применяющей процесс мягкого азотирования (Тет^ег-процесс).
На кафедре технологии металлов и ремонта машин Курской государственной сельскохозяйственной ака-
дсмии разработана цианирующая ванна на основе карбамида (мочевины), которая по эффективности не уступает цианид-цианатным ваннам, используемым при ТепИег-процессе [2]. Оптимальный состав этой ванны следующий (% масс.): 40...45% СОЫ-Нь 35...40% №ЮН. Поскольку эта ванна состоит из карбамида и соединений натрия, она получила название карбамидонатриевой ванны.
Активность карбамидо-натрисвой ванны очень высока. -за два часа обработки в режиме мягкого азотирования (при 500 °С) на образцах из стали 20 образуются диффузионные слои глубиной 0,4.. .0,5 мм. Причем на поверхности этих слоев образуются глубокие карбонитридные зоны, отличающиеся высокой твердостью (рисунок 1).
Светлая нетравящаяся зона на поверхности циани-рованного слоя представлена гексагональным карбо-нитридом є, который отличается высокой твердостью (рисунок 1-6) и. кроме того, имеет очень низкий коэффициент трения (0,22 у цианированного слоя против 0,94 в нормализованном состоянии). Благоприятное сочетание высокой твердости и низкого коэффициента трения цианированных слоев предопределяет их очень высокую износостойкость и стойкость против схватывания
б)
Рисунок 1 - Микроструктура(а) при увеличении х200 и распределение микротвердосги по сечению цианированного слоя (б) стали 20. Температура цианирования в карбамидо-натриевой ванне 560 °С, длительность 2 часа
Низкотемпературное цианирование в карбамидо-натрисвых ваннах очень удобно для ремонтного производства. так как не требует использования дорогого специализированного оборудования (как, например, газовая нитроцементация или азотирование), а компоненты ванны очень дешевы и недефицигны (мочевина, поваренная соль, кальцинированная и каустическая сода выпускаются в массовых объемах). Немаловажно и то обстоятельство, что соли, входящие в состав карбамидо-натриевой ванны как в исходном так и в рабочем состоянии, нетоксичны и не создают проблем с нейтрализацией отходов и промывочной воды (как при использовании цианистых ванн).
3
І
VC
Длительность цианирования, час
Рисунок 2 - Зависимости глубины цианированных слоев то длительности обработки в карбамидо-натриевой ванне при температуре 560°С наплавленных покрытий: 1) - 08ХМ; 2) - 08ХГСМ; 3) - глубина кар-бонитридного слоя на покрытии 08ХМ
Было проведено исследование цианирования образцов, наплавленных хромомолибденовыми проволоками СВ-08ХМ и СВ-08ХГСМ с целью определения кинетики насыщения наплавленных покрытий азотом и углеродом в карба-мидо-натриевой ванне. Этот вопрос представляет интерес для разработки технологического процесса поверхностного упрочнения деталей, восстановленных методом наплавки.
Наплавка производилась под слоем флюса АН-348 А на основу (трубу диаметром 80 мм) из стали 30Х. Цианирование образцов с наплавленными покрытиями производилось в карбамидо-натриевой ванне при температуре мягкого азотирования (560 °С) с различными выдержками - от 1 до 8 часов. Результаты цианирования представлены на рисунке 2.
Цианирование в карбамидо-натрисвой ванне позволяет получить диффузионные слои, обогащенные азотом и углеродом и сравнимые по глубине с толщиной наплавленного покрытия. При этом на более легированной наплавке 08ХГСМ глубина цианирвоания получается меньшей, чем на наплавке 08ХМ, содержащей меньше легирующих элементов твердость же этих наплавок после цианирования практически одинакова и достигает - Нр 1350.
Таким образом можно заключить, что цианирование сталей и наплавленных покрытий в карбамидо-натриевой ванне позволит значительно повысить эксплуатационные свойства деталей как при их изготовлении, так и при восстановлении.
Список использованных источников
1 Фуантани, К. Низкотемпературное азотирование сталей в соляных ваннах / К. Фуантани // Металловедение и термическая обработка металлов,- 2004,- №7. - С. 12-17.
2 ІЗоскобойников, Д. JJ. Использование бесцианистых соляных паші дня низкотемпературного азотирования конструкционных сталей / Д.В.Воскобойииков // Материалы и упрочняющие технологии - 2006: Сб. матер. XIII Российской научн.-техн. конференции. - Курск: КГТУ, 2006. - С. 111-114.
Сведения об авторах
I 'араибе І Іабш Сатем, аспирант Юго-Западного государственного \ниверситеіа, теп. (4712) 5048-20.
Колмыков Денис Валерьевич, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры информационных и электротехнических систем и технологий ФГОУ ВПО «Курская ГСХА». e-mail: kodanto'mail.ru.
