Низкотемпературное никотрирование в древесноугольных смесях инструмента из быстрорежущих сталей
Автор: Колина Т.П., Вихтевский В.И.
Журнал: Мировая наука @science-j
Рубрика: Основной раздел
Статья в выпуске: 4 (49), 2021 года.
Бесплатный доступ
Рассмотрена технология упрочнения мелкоразмерного инструмента и деталей крепежа с применением низкотемпературного никотрирования в условиях мелкосерийного и штучного производства. Процессы никотрирования конструкционных деталей из легированных сталей для повышения износостойкости и улучшения трибологических характеристик поверхностного слоя, но они осуществляются также в газовых средах, содержащих аммиак в смеси с природными газами. Технические возможности процессов низкотемпературной химико-термической обработки с использованием недефицитных компонентов - древесных углей с добавками карбамида и натрийсодержащих активаторов при упрочнении конструкционных деталей и мелкосерийного инструмента.
Никотрирование, древесный уголь, трибологические характеристики, карбамид, штучное, мелкосерийное производство, быстрорежущие стали
Короткий адрес: https://sciup.org/140266011
IDR: 140266011
Текст научной статьи Низкотемпературное никотрирование в древесноугольных смесях инструмента из быстрорежущих сталей
Традиционные технологии химико-термической обработки режущего инструмента из быстрорежущих сталей с целью повышения износостойкости при резании сталей, прецизионных сплавов и неметаллических материалов предусматривают проведение низкотемпературного, газового азотирования [1], нитроцементации в атмосферах пиролиза жидких углеводородов, нитрооксидирования и карбонитрации, в том числе в расплавах солей, образующих нетоксичные цианатные среды [2-5]. В последнее время распространяются процессы никотрирования конструкционных деталей из легированных сталей для повышения износостойкости и улучшения трибологических характеристик поверхностного слоя, но они осуществляются также в газовых средах, содержащих аммиак в смеси с природными газами или эндо-, экзотермическими атмосферами , получаемыми в специальных газоприготовительных агрегатах и установках [6-7].
В настоящий время при повышении цен на газ и нефтепродукты возрождаются малозатратные технологии химико-термической обработки цементации и нитроцементации с использованием древесноугольных смесей и карбюризаторов с введением активизирующих азотоуглеродосодержащих компонентов [8-9]. Разрабатываемые и возобновляемые технологии являются перспективными для предприятий мелкосерийного производства и в малых ремонтных и инструментальных мастерских
При этом полученные данные исследований и производственных испытаний направлены на расширение технических возможностей процессов высокотемпературной химико-термической обработки с использованием недефицитных компонентов - древесных углей с добавками карбамида и натрийсодержащих активаторов при упрочнении конструкционных деталей и мелкосерийного инструмента.
Опыты проводились на тонких прорезных (шлицепрорезных) фрезах из стали Р6М5 по ГОСТ 2679-93, диаметр фрез от 32 до 63 мм, толщина о 0,25 до 1,5 мм, применяемых в приборостроении, производстве ЭР, (электрических реактивных двигателей) при изготовлении нестандартного крепежа со шлицевыми коническими, цилиндрическими и потайными головками из нержавеющих и коррозионных сталей. В качестве образцов для прочностных испытаний использовали сверла из стали Р6М5 диаметром 0,61,0 мм по ГОСТ 4010-77 и ГОСТ 10902-77 никотрированные в одних садках с фрезами. В таблице 1 приведены составы карбюризатора и режимы никотрирования с нагревом в малоэнергоемких электропечах мощностью 1,83 кВт CHOJI -1,6.2,5.1/9И1 и ПД-10-13 с упаковкой инструмента по схеме контейнер в контейнере в реторте вакуумной печи СШОЛ-ВНЦ.
Таблица 1 – Составы карбюризатора и режимы никотрирования
Материал, размеры инструмента |
Состав компонентов в смеси |
Режимы х.т.о. |
|
Т,0С |
время выдержки, ч |
||
Фрезы шлицепрорезные типа А 32x0,6 мм из стали Р6М5, 24-32 |
Угли активированные и гранулированные, ГОСТ 2046477, ГОСТ 62-17-77 – основа, карбамид по ГОСТ 6691-77 - 1015 % трилон-Б по ГОСТ 1065273 - 3-8% |
520-560 |
3-4 |
Фрезы прорезные и отрезные 60x1,2 мм из стали Р6М5, Ø 48-64 |
550-560 |
4-6 |
При приготовлении смеси для никотрирования использовали колотый активированный березовый уголь, отработанный древесноугольный карбюризатор. В качестве азотоуглеродосодержащих компонентов и активаторов в него вводили карбамид (мочевину) (NH 2 ) 2 CO, а также трилон-Б (C 10 H 8 O 10 )Na 2 N2. Загрузка садки проводилась в печь разогретую до рабочих температур, выгрузка на воздух после окончания времени выдержки.
Азотоуглеродный потенциал газовой среды, образующейся при пиролизе активаторов карбамида и трилона-Б в присутствии избыточного углерода определяли количественным химическим анализом ленты из сплава
36НХТЮ и тонких проволочек диаметром до 0,5 мм из малоуглеродистых сталей 10, 20. В интервалах температур 520-5600С протекают реакции диссоциации карбамида и трилона-Б:
(NH 2 ) 2 О→NH 3 +CO+0,5H 2 +0,5N 2 ;
(C 10 H 8 O 10 )Na 2 N 2 →9CO+N 2 +Na 2 O+2H 2 +CH 4 , с последующим образованием атомарного азота из аммиака и атомарного углерода из окиси углерода и метана. Выбранный способ упаковки, размещения мелкоразмерного и тонкостенного инструмента при никотрировании, названный контейнер в контейнере, был выбран, исходя из кратковременности процесса 3-8 часов и необходимости поддержания временного, но достаточно высокого азото-углеродного потенциала атмосферы образующейся из введенных компонентов - активаторов в смесь на основе активированных древесных углей.
На рис. 1 приведена микроструктура диффузионного слоя в "косом" срезе на одной из рабочих поверхностей фрез из стали Р6М5.

Рис.1 микроструктура карбонитридного слоя фрезы из стали Р6М5 в косом срезе (хЗОО) после никотрирования 560°С, 4 часа.
Как показали металлографические иследованиия, рентгеноструктурный и химико-спектральный анализы, при никотрировании в интервале температур 520-560°С в течение 3-8 часов в древесноугольных смесях с введением карбамида и трилона -Б позволяющим поддерживать достаточно стабильный, монотонно убывающий потенциал азота и углерода, формируются диффузионные карбонитридные слои при скорости роста до 10 мкм/ч.
Установлено, что формирование диффузионных карбонитридных слоев в исследованных интервалах температур при длительности никотрирования 3-8 часов в атмосферах диссоциации компонентов твердых смесей с постепенно убывающим азотным потенциалом, происходит с образованием на поверхности тонких 4-6 мкм слоев оксидов Fе3О4, Fе2О3,переменного состава и слоев содержащих 8 и у' - фазы состава Fe3(N,C) толщиной 40-80 мкм.
Карбонитридные слои прочно связанные с основой и при микротвердости Н0,5H = 1080-1170 позволяют повысить износостойкость тонких фрез и свёрл при обработке керамик, боросил, БГП, текстолитов СТЕФ, минералов природного янтаря в 2-3,5 раза до уровней соизмеримых с твердосплавным инструментом групп ВК, ТК.
Список литературы Низкотемпературное никотрирование в древесноугольных смесях инструмента из быстрорежущих сталей
- Геллер Ю. А. Инструментальные стали, М: Металлургия, 1981. 584 с.
- Борисенок Г. В, Васильев JL А., Ворошин Л. Г. и др. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. М: Металлургия, 1981. 423 с.
- Тарасов А. Н., Нятин А. Г., Колина Т. П. Вакуумная химико-термическая обработка инструмента в приборостроении, электронике, машиностроении // Технология машиностроения. 2001., № 5.С. 12-20.
- Тарасов А. Н. Повышение износостойкости режущего инструмента для обработки пластмассовых изделий//Пластические массы. 1980. № 9. С. 55-56.
- Keller К. Beschichten von Umformwerkzeugen // Werkst und Bearb. 1989. Bd. 22 № 5. s. 371-374.
- Власов В. M., Зеленко В. К., Жигунов К. В., Иванькин И. С. Трибологические свойства никотрированнных конструкционных сталей // Трение и износ. Труды Бел. АН. 2002.Т. 23. № 1. С. 93-99.
- Власов В. М., Зеленко В. К., Маленко П. И. И др. Кинематические закономерности трения карбонитридных слоев никотрированной стали 30ХН2МФА в условиях ресурсного смазывания // вестник машиностроения. 2003. № 1. С. 34-36.
- Тарасов А. Н., Анастасиади Г. П., Колина Т. П. Применение нитроцементованных высокохромистых сталей для изготовления литейной оснастки и инструмента // Инструмент и технологии. 2002. № 9-10. С. 97-103.
- Зинченко В. М. Цементация в твердом карбюризаторе // Технология металлов 2002. 3 1. С. 2-6.