RU2690630C2 - Состав карбюризатора для цементации деталей из низкоуглеродистой стали - Google Patents
Состав карбюризатора для цементации деталей из низкоуглеродистой стали Download PDFInfo
- Publication number
- RU2690630C2 RU2690630C2 RU2017122077A RU2017122077A RU2690630C2 RU 2690630 C2 RU2690630 C2 RU 2690630C2 RU 2017122077 A RU2017122077 A RU 2017122077A RU 2017122077 A RU2017122077 A RU 2017122077A RU 2690630 C2 RU2690630 C2 RU 2690630C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon
- carburizer
- iron
- substance
- composition
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 8
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 5
- 238000005255 carburizing Methods 0.000 title abstract description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 18
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- AYJRCSIUFZENHW-UHFFFAOYSA-L barium carbonate Chemical compound [Ba+2].[O-]C([O-])=O AYJRCSIUFZENHW-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000002808 molecular sieve Substances 0.000 claims abstract description 5
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 238000007233 catalytic pyrolysis Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims abstract description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims abstract description 3
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 239000010959 steel Substances 0.000 abstract description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005194 fractionation Methods 0.000 abstract description 4
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 5
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 4
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 4
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 101001018939 Homo sapiens MICOS complex subunit MIC10 Proteins 0.000 description 1
- 101000961414 Homo sapiens Membrane cofactor protein Proteins 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102100033551 MICOS complex subunit MIC10 Human genes 0.000 description 1
- 229910000805 Pig iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 102220479482 Puromycin-sensitive aminopeptidase-like protein_C21D_mutation Human genes 0.000 description 1
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010425 asbestos Substances 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 238000005256 carbonitriding Methods 0.000 description 1
- 238000003421 catalytic decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000010218 electron microscopic analysis Methods 0.000 description 1
- 239000003995 emulsifying agent Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000010451 perlite Substances 0.000 description 1
- 235000019362 perlite Nutrition 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 229910052895 riebeckite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/60—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using solids, e.g. powders, pastes
- C23C8/62—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using solids, e.g. powders, pastes only one element being applied
- C23C8/64—Carburising
- C23C8/66—Carburising of ferrous surfaces
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области цементации стальных изделий и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин и механизмов путем их термообработки в среде твердого карбюризатора. Состав карбюризатора для цементации изделий из низкоуглеродистой стали содержит, в мас.%: чугунную стружку со средним размером гранул 0,5 мм - 10, карбонат бария ВаСО- 10 и углеродное вещество – 80. Углеродное вещество состоит из, в мас.%: аморфного углерода - 96,2, кристаллического углерода - 2,85, железа - 0,94 и водорода - 0,01 и получено термокаталитическим пиролизом газового конденсата, отобранного с конденсатосборника газораспределительной станции, в условиях контакта с железооксидным катализатором FeOпри температуре 550°С, объемной скорости подачи сырья 30 мл/мин, в течение 5 ч, с последующим отсевом фракции 50-150 мкм путем фракционирования образовавшейся массы на молекулярных ситах. Обеспечивается требуемое диффузионное насыщение углеродом, достижение равномерности глубины слоя по площади изделия и снижение энергозатрат. 2 пр.
Description
Изобретение относится к области цементации стальных изделий и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин и механизмов путем их термообработки в среде твердого карбюризатора.
Известен способ термообработки стальных деталей для повышения их прочностных показателей, заключающийся в насыщении поверхностного слоя углеродом при температуре нагрева 930-950°С, с последующей закалкой в масле и низкотемпературным отпуском (Патент 2087550 Российской Федерации, МПК C21D 1/42, С23С 8/22. Способ термической обработки деталей из легированной стали / заявитель и патентообладатель АО «АвтоВАЗ» - №95114513/02; заявл. 04.08.1995; опубл. 20.08.1997).
Реализация данного способа требует дополнительного проведения высокотемпературного отпуска термообработанной стальной детали, закалки токами высокой частоты, использования 5-10% водного раствора охлаждающей жидкости с добавкой эмульгаторов и последующего низкотемпературного отпуска.
Известен состав в виде пасты, содержащий сажу и до 55% карбамида, применяемый в интервалах температур 550-600°С (Патент 2254396 Российской Федерации, МПК С23С 8/76. Способ нитроцементации металлов в пастах / заявитель и патентообладатель Курская государственная сельскохозяйственная академия им. проф. И.И. Иванова - 2003128356/02; заявл. 19.09.2003; опубл. 20.06.2005). Состав применим к ограниченному количеству сталей и недостаточно эффективен при высокотемпературной цементации.
Прототипом является состав, содержащий чугунную стружку, карбонат бария и углеродное вещество, полученное термокаталитическим пиролизом
газообразного сырья в условиях контакта с железооксидным катализатором и последующим фракционированием образовавшейся углеродной массы на молекулярных ситах (2553107 Патент на изобретение Российской Федерации, МПК С23С 8/66 (2006.01). Способ упрочнения изделий из низкоуглеродистой стали / заявитель и патентообладатель ООО «Газпром трансгаз Уфа» - №2013147091/02(073215); заявл. 23.10.2013; опубл. 10.06.2015).
Недостатком прототипа является относительно невысокий выход углеродного вещества, поскольку соотношение атомарного количества углерода к водороду в молекуле газа ниже, чем в молекуле жидкого углеводородного сырья. Также к недостатку следует отнести повышенные энергозатраты для проведения термокаталитического пиролиза газа при повышенных значениях температуры из-за относительно высокой термостабильности молекул газообразного углеводородного сырья.
Техническим результатом предлагаемого изобретения являются обеспечение требуемого диффузионного насыщения углеродом, достижение равномерности глубины слоя по площади изделия и снижение энергозатрат.
Технический результат достигается тем, что в известном составе карбюризатора для цементации изделий из низкоуглеродистой стали, содержащем карбонат бария и чугунную стружку, используют углеродное вещество - продукт термокаталитического разложения газового конденсата, образующегося при дросселировании и отделяющегося при продувке штатной системой очистки транспортируемого по магистральным трубопроводам газа на газораспределительной станции и головном газораспределительном пункте. Физико-химические свойства газового конденсата представлены в таблице 1.
Углеродное вещество получено согласно изобретению, термокаталитическим пиролизом газового конденсата в условиях контакта с железооксидным катализатором Fe2O3 при температуре 550°С и атмосферном давлении, объемной скорости подачи сырья 30 мл/мин, в течение 5 ч, с
последующим отсевом фракции 50-150 мкм путем фракционирования образовавшейся массы на молекулярных ситах.
Пример. В кварцевый реактор объемом 1 л загружают 10 г оксида железа Fe2O3, нагревают при атмосферном давлении до 550°С, затем осуществляют термокаталитический пиролиз путем дозированной подачи 30 мл/мин в слой Fe2O3 газового конденсата, отобранного при продувке с конденсатосборника ГРС-3. Фракционный состав газового конденсата приведен в таблице 1. Через 5 ч процесс пиролиза останавливают. Образовавшееся углеродное вещество состоит из, в масс. %: аморфного углерода - 96,2, кристаллического углерода - 2,85, железа - 0,94, водорода - 0,01 и имеет сажевую структуру, о чем свидетельствуют результаты электронно-микроскопического анализа. При этом обеспечивается равномерное распределение атомов железа по всей структуре углеродного вещества, физико-химические свойства которого приведены в таблице 2. Далее полученное углеродное вещество охлаждают до 20°С и подвергают фракционированию на молекулярных ситах, отбирая при этом фракцию 50-150 мкм.
Карбюризатор для цементации готовят путем добавления в углеродное вещество (80% масс.) чугунной стружки со средним размером гранул 0,5 мм (10% масс.), карбоната бария ВаСО3 (10% масс.) и равномерного перемешивания.
Демонтированный шестеренчатый вал редуктора КАМАЗа, изготовленный из стали марки Ст20, помещают в металлический контейнер, на дно которого засыпан слой карбюризатора толщиной 30 мм. После укладки детали засыпают сверху слоем карбюризатора толщиной 30 мм. Карбюризатор плотно утрамбовывают. Сверху укладывают лист асбеста, засыпают его кварцевым песком. Контейнер закрывают крышкой и обеспечивают его герметизацию путем обмазывания огнеупорной глиной. Далее контейнер с уложенными деталями устанавливают в нагретую до температуры цементации 900°С электрическую камерную печь
сопротивления СНО-4.8.4/10И1 и выдерживают в ней до 7 ч в зависимости от требуемой толщины слоя цементации.
После окончания стадий цементации, охлаждения до 100°С и разгрузки, детали подвергают двойной закалке и отпуску. Первая закалка, необходимая для исправления структуры сердцевины детали, испытывающей в процессе цементации перегрев, производится при температуре 820°С. Вторая закалка при температуре 770°С придает высокую твердость поверхностному слою детали. Низкий отпуск для снятия температурных напряжений - при температуре 150°С.
Контроль качества осуществляют по эффективной толщине слоя цементации, которая определяется по его твердости и структуре. Замер твердости производится методом экспресс-анализа с помощью ультразвукового твердомера MIC10. Границей зоны цементации является структура, состоящая из перлита и феррита в равных пропорциях, и соответствующая концентрации углерода - 0,4% общей массы. Оценка толщины слоя цементации принимается по твердости термически обработанных образцов в присутствии твердого карбюризатора, за конец зоны слоя цементации принимается зона с твердостью 40-45 НRCЭ. Результаты испытаний представлены в таблице 3.
Достигнутые значения глубины слоя цементации и показателя твердости по шкале Бринелля (НВ) показывают, что предлагаемый карбюризатор обеспечивает равномерную глубину цементации образца и позволяет снизить энергозатраты за счет использования для получения углеродного вещества газового конденсата вместо дефицитного газового сырья.
Изобретение может найти широкое применение в различных областях газовой промышленности, машиностроения и металлургии.
Claims (1)
- Состав карбюризатора для цементации изделий из низкоуглеродистой стали, содержащий, в мас.%: чугунную стружку со средним размером гранул 0,5 мм - 10, карбонат бария ВаСО3 - 10 и углеродное вещество - 80, отличающийся тем, что углеродное вещество состоит из, в мас.%: аморфного углерода - 96,2, кристаллического углерода - 2,85, железа - 0,94 и водорода - 0,01 и получено термокаталитическим пиролизом газового конденсата, отобранного с конденсатосборника газораспределительной станции, в условиях контакта с железооксидным катализатором Fe2O3 при температуре 550°С, объемной скорости подачи сырья 30 мл/мин, в течение 5 ч, с последующим отсевом фракции 50-150 мкм путем фракционирования образовавшейся массы на молекулярных ситах.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017122077A RU2690630C2 (ru) | 2017-06-22 | 2017-06-22 | Состав карбюризатора для цементации деталей из низкоуглеродистой стали |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017122077A RU2690630C2 (ru) | 2017-06-22 | 2017-06-22 | Состав карбюризатора для цементации деталей из низкоуглеродистой стали |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2017122077A RU2017122077A (ru) | 2018-12-24 |
| RU2017122077A3 RU2017122077A3 (ru) | 2019-04-26 |
| RU2690630C2 true RU2690630C2 (ru) | 2019-06-04 |
Family
ID=64752942
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017122077A RU2690630C2 (ru) | 2017-06-22 | 2017-06-22 | Состав карбюризатора для цементации деталей из низкоуглеродистой стали |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2690630C2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2728333C1 (ru) * | 2020-02-11 | 2020-07-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Курский государственный университет" | Способ цементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4016012A (en) * | 1974-06-17 | 1977-04-05 | Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha | Method for surface treatment of metallic materials |
| US20100203340A1 (en) * | 2009-02-09 | 2010-08-12 | Ruoff Rodney S | Protective carbon coatings |
| RU2553107C2 (ru) * | 2013-10-23 | 2015-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Уфа" | Способ упрочнения изделий из низкоуглеродистой стали |
| RU2561552C2 (ru) * | 2013-12-11 | 2015-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Уфа" | Карбюризатор для цементации изделий из низкоуглеродистой стали |
-
2017
- 2017-06-22 RU RU2017122077A patent/RU2690630C2/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4016012A (en) * | 1974-06-17 | 1977-04-05 | Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha | Method for surface treatment of metallic materials |
| US20100203340A1 (en) * | 2009-02-09 | 2010-08-12 | Ruoff Rodney S | Protective carbon coatings |
| RU2553107C2 (ru) * | 2013-10-23 | 2015-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Уфа" | Способ упрочнения изделий из низкоуглеродистой стали |
| RU2561552C2 (ru) * | 2013-12-11 | 2015-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Уфа" | Карбюризатор для цементации изделий из низкоуглеродистой стали |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2728333C1 (ru) * | 2020-02-11 | 2020-07-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Курский государственный университет" | Способ цементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2017122077A (ru) | 2018-12-24 |
| RU2017122077A3 (ru) | 2019-04-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tian et al. | Refined Bainite Microstructure and Mechanical Properties of a High‐Strength Low‐Carbon Bainitic Steel Treated by Austempering Below and Above MS | |
| Wu et al. | Thermal stability of austenite and properties of quenching & partitioning (Q&P) treated AHSS | |
| CN110172555B (zh) | 一种改善钢的表层抗氢脆性能的脱碳工艺 | |
| RU2690630C2 (ru) | Состав карбюризатора для цементации деталей из низкоуглеродистой стали | |
| CN1804103A (zh) | 化学热处理固体稀土催渗剂 | |
| Hong et al. | Mechanical properties of high-Si plate steel produced by the quenching and partitioning process | |
| CN106222553A (zh) | 一种厚度为0.1‑0.4mm的冷轧中高碳合金结构钢的制造方法 | |
| Hirata et al. | Surface modification by high-speed laser gas carburization in low-alloy steel | |
| Hasan et al. | Improvement of AISI 1018 Carbon Steel Gr 1018 mechanical properties by liquid carburizing in salt bath | |
| RU2553107C2 (ru) | Способ упрочнения изделий из низкоуглеродистой стали | |
| Nagao et al. | Refinement of cementite in high strength steel plates by rapid heating and tempering | |
| Han et al. | Research on Q&P hot stamping process integrated with fractional cooling strategy | |
| Pereloma et al. | Comparison of ferritic nitrocarburising technologies | |
| CN106893828A (zh) | 一种快速淬火介质及制备工艺 | |
| Tapar et al. | Investigation of the Effects of Low‐Pressure Carburizing Process Parameters on Microstructural Evolution by Means of In Situ Synchrotron X‐Ray Diffraction | |
| Maliska et al. | Microstructural characterization of plasma nitriding surface of sintered steels containing Si | |
| Türk et al. | Structural characterization of fluidized bed nitrided steels | |
| Ghazvinloo et al. | Mechanical properties of a high Si and Mn steel heat treated by one-step quenching and partitioning | |
| Popoola et al. | Experimental study of the effect of siliconizing parameters of thermochemical treatment of low carbon steel | |
| US1984411A (en) | Method of case hardening | |
| Pham et al. | Microstructure and Hardness of Borided Layer on SKD61 Steel | |
| Gavrilov et al. | The Study of the Formation Process of Microstructure and Properties during Laser Alloying of the Surface of the Structural Steels | |
| Li et al. | High strength and high ductility of 60Si2CrVAT spring steel through a novel quenching and partitioning (QP) process | |
| Katemi | In-situ Observation of Retained Austenite and Residual Stress Evolutions during Tempering of carbonitrided DIN 1.6587 Alloy Steel | |
| Середа et al. | Increasing the reliability of mechanisms of metallurgical equipment that uses SHS resource-saving technology |