SU1719461A1 - Method of carbonitriding of steel products - Google Patents
Method of carbonitriding of steel products Download PDFInfo
- Publication number
- SU1719461A1 SU1719461A1 SU894717918A SU4717918A SU1719461A1 SU 1719461 A1 SU1719461 A1 SU 1719461A1 SU 894717918 A SU894717918 A SU 894717918A SU 4717918 A SU4717918 A SU 4717918A SU 1719461 A1 SU1719461 A1 SU 1719461A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- natural gas
- nitrogen
- mixture
- carbonitriding
- ratio
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 238000005256 carbonitriding Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 6
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 50
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims abstract description 25
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000004320 controlled atmosphere Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 9
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen(.) Chemical compound [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 9
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 3
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 2
- -1 Nitrogen ions Chemical class 0.000 description 1
- GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N Triethanolamine Chemical compound OCCN(CCO)CCO GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000009851 ferrous metallurgy Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 1
- 238000004157 plasmatron Methods 0.000 description 1
- 229930195734 saturated hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к области ме- таллургии, в частности к химико-термической обработке, а именно к способам нитроцементации стальных изделий, и может быть использовано в машиностроении дл упрочнени стальных изделий. Цель - повышение производительности за счет интенсификации процесса. Способ включает обработку при 840-860°С а контролируемой атмосфере, содержащей 5-15 об,% при родного .газа; 60-80 об.% эндогаза; 5-35 об.% смеси азота с природным газом в соотношении (5:1)-(7:1), причем смесь азота и природного газа нагревают до 2500-3500°С, например, в плазмотроне. Способ позвол ет повысить производительность на 1В- 35%, при этом сокращаетс продолжительность обработки на 20-60%. 1 з.п.ф-лы, 1 табл,.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to chemical heat treatment, in particular to methods of carbonitriding steel products, and can be used in mechanical engineering for hardening steel products. The goal is to increase productivity by intensifying the process. The method includes treatment at 840-860 ° C in a controlled atmosphere containing 5-15% by volume of natural gas; 60-80% by volume endogas; 5-35% by volume of a mixture of nitrogen with natural gas in the ratio (5: 1) - (7: 1), and the mixture of nitrogen and natural gas is heated to 2500-3500 ° C, for example, in a plasma torch. The method improves productivity by 1B-35%, while reducing processing time by 20-60%. 1 hp ff, 1 tabl.
Description
Изобретение относитс к черной металлургии , а именно к способам обработки готовых металлических-изделий путем нитроцементации их поверхности, и может быть использовано в термических цехах металлургических и машиностроительных заводов .The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to methods for processing finished metal products by carbonitriding their surface, and can be used in thermal shops of metallurgical and machine-building plants.
Известен способ нитроцементации стали , который включает выдержку в атмосфере , содержащей №Н2 окислы углерода, предельные углеводороды с последующим охлаждением и закалкой.There is a method of carbonitriding steel, which includes exposure in an atmosphere containing carbon dioxide oxides, H2O2, saturated hydrocarbons, followed by cooling and quenching.
На поверхности детали диффузионный слой формируетс по следующему режиму: изотермическа выдержка 1,5 ч в среде, содержащей аммиак и продукты пиролизатриэтаноламина , охлаждение в печи в течение 1,5 ч, последующа закалка.On the part surface, a diffusion layer is formed in the following mode: an isothermal exposure for 1.5 hours in a medium containing ammonia and products of pyrolysation triethanolamine, cooling in a furnace for 1.5 hours, followed by quenching.
Недостатком данного способа вл етс низка производительность процесса обработки , обусловленна в основном невысоким уровнем процесса азотировани вследствие слабого возбуждени ионов, образованных при диссоциации аммиака.The disadvantage of this method is the low productivity of the treatment process, mainly due to the low level of the nitriding process due to the weak excitation of ions formed during the dissociation of ammonia.
Известно введение азота при нитроцементации с целью интенсификации процесса . Азот, вводимый в контролируемую атмосферу по этому способу, вл сь газом- носителем, не участвует в процессе насыщени поверхности детали и лишь улучшает массообменные процессы.Активный азот вIt is known the introduction of nitrogen in carbonitriding to intensify the process. Nitrogen introduced into the controlled atmosphere by this method is a carrier gas, does not participate in the process of saturating the surface of the part and only improves the mass transfer processes. Active nitrogen in
О $ьAbout $ b
л, lt
ЦC
.4.four
JJ
этом процессе образуетс в результате диссоциации аммиака.This process results from the dissociation of ammonia.
Наиболее близким к изобретени вл етс способ нитроцементации. согласно которому процесс нитроцементации осуществл ют при 840-860°С в газовой смеси из науглераживающего газа и аммиака. Продолжительность процесса нитроцементации зависит от глубины, насыщающего сло и составл ет 1-10 ч.Closest to the invention is a carbonitriding process. whereby the carbonitriding process is carried out at 840-860 ° C in a gas mixture of carbonizing gas and ammonia. The duration of the carbonitriding process depends on the depth of the saturating layer and is 1-10 hours.
Толщина сло колеблетс в пределах 0,1-1,0 мм. Примен етс контролируема эндотермическа атмосфера, содержаща 5-15% необработанного природного газа, 60-80% зндогаза и 10-45% аммиака.The thickness of the layer varies in the range of 0.1-1.0 mm. A controlled endothermic atmosphere containing 5-15% untreated natural gas, 60-80% gas and 10-45% ammonia is used.
Недостатком этого способа нитроцементации вл етс низка производительность процесса, обусловленна тем, что процесс насыщени идет в диффузионном режиме. Ионы азота, образующиес при диссоциации аммиака, не обладают высокой активностью, процесс обычно протекает в услови х малых скоростей насыщени .The disadvantage of this method of carbonitriding is the low productivity of the process, due to the fact that the saturation process takes place in the diffusion mode. Nitrogen ions formed during the dissociation of ammonia do not possess high activity, the process usually proceeds under conditions of low saturation rates.
Целью изобретени вл етс повышение производительности процесса нитроце- ментации за счет интенсификации процесса путем повышени насыщающей способности контролируемой атмосферы.The aim of the invention is to increase the productivity of the process of nitrocementation due to the intensification of the process by increasing the saturability of the controlled atmosphere.
Дл достижени поставленной цели согласно известному способу нитроцемента- ции стальных изделий, включающему обработку при 840-860°С в контролируемой атмосфере, содержащей природный газ и эндогаз, в контролируемую атмосферу дополнительно ввод т смесь азота с природ- ным газом в соотношении (5:1}-{7:1) при следующем соотношении компонентов, об.%: природный газ 5-15; эндогаз 60-8D; смесь азота с природным газом в соотношении (5:1Н7:1) 5-35, причем смесь азота с природным газом предварительно нагревают до 2500-3500°С. Нагрев смеси азота с природным газом могут проводить, например , в плазмотроне.To achieve this goal, according to the well-known method of carbonitriding steel products, which includes treatment at 840-860 ° C in a controlled atmosphere containing natural gas and endogas, a mixture of nitrogen and natural gas is additionally introduced into the controlled atmosphere in a ratio (5: 1 } - {7: 1) in the following ratio of components, vol.%: Natural gas 5-15; endogas 60-8D; a mixture of nitrogen with natural gas in the ratio (5: 1H7: 1) 5-35, and the mixture of nitrogen with natural gas is preheated to 2500-3500 ° C. Heating a mixture of nitrogen with natural gas can be carried out, for example, in a plasma torch.
П.р и м е р 1. Эксперименты по нитро- цементации деталей проводились на печи СНЦА (камерна электропечь сопротивлени дл нитроцементации). Обрабатывались детали из ст.20. Предварительно обрабатывали их по способу-прототипу. Контролируема атмосфера была сформирована из смеси природного газа, эндогаза и аммиака, вз тых в соотношении 10:70:20 (данные приведены в объемных дол х). Азот при этом не подавалс . Термообработка в печи при 850°С продолжалась 4 ч. Данные по изменению содержани углерода и азота по толщине поверхностного сло приведены в таблице.PRI me R 1. Experiments on nitrocementation of parts were carried out on a CHAF furnace (chamber resistance furnace for carbonitriding). Processed parts of article 20. Pre-treated them by the method prototype. The controlled atmosphere was formed from a mixture of natural gas, endogas and ammonia, taken in a ratio of 10:70:20 (data are given in volumetric fractions). Nitrogen was not supplied. Heat treatment in a furnace at 850 ° C lasted 4 hours. The data on the change in the content of carbon and nitrogen in the thickness of the surface layer are given in the table.
Суммарное содержание углерода и азота в поверхностном слое на рассто нии 0,05 мм дл ст.20 по техническим услови м должно находитьс на уровне 1,0-1,3%, причем содержание углерода должно находитьс на уровне 0,7-0,8%. азота 0,30-0,55%.The total carbon and nitrogen content in the surface layer at a distance of 0.05 mm for article 20 according to the technical conditions should be at the level of 1.0-1.3%, and the carbon content should be at the level of 0.7-0.8 % nitrogen 0.30-0.55%.
П р и м е р 2. Проводили эксперимент по данному способу. В качестве нагревател газа использовалс плазмотрон типа ПГС- 30 с графитовыми электродами. Параметры работы плазмотрона N 23-30 кВт, ЗООА. IN100-150B.PRI mme R 2. Conducted an experiment for this method. A plasma torch of the PGS-30 type with graphite electrodes was used as a gas heater. The operation parameters of the plasma torch N 23-30 kW, ZOOA. IN100-150B.
Перед нитроцементацией детали из ст.20 тщательно протирались и промывались в 5%-ном растворе каустической соды, нагретой до 90°С, в течение 10 мин. После промывани детали протирались и укладывались в корзины с соблюдением зазора, необходимого дл свободной циркул ции газов. После того, как в печи с помощью обычных нагревателей достигалась рабоча температуре, равна 850±40°С, приспособлени с детал ми загружались в печь. По обычным каналам в печь подавали природный газ и эндогаз, составл ющие 10 и 75% контролируемой атмосферы соответственно . 15% контролируемой атмосферы образовывали из дополнительно вводимой смеси азота и природного газа, вз тых в соотношении 6:1. Перед подачей в печь эту смесь нагревали в плазмотроне, который устанавливали в боковой стенке печи в отверстие гл делки до 3000°С. Температура газа оценивалась по таблицам по среднемассо- вой энтальпии газа, котора в свою очередь определ лась из теплового баланса плазмотрона . Предварительно рассчитанные расходы газов (азота и природного газа), вводимых через плазмотрон, устанавливались по цеховым ротаметрам в магистрал х, В эксперименте эти расходы составл ли соответственно 2,14 м /х и 0,36 м3/ч.. После 3 ч обработки производили отключение плазмотрона . После традиционной закалки в масле детали извлекали из печи. Пробы металла анализировались на химический состав путем сн ти послойных образцов с обработанных деталей, структура поверхности исследовалась с помощью электронного микроскопа. Результаты химического анализа, представленные в таблице, показали , что за 3 ч содержание углерода и азота в поверхностном слое достигло требуемых норм, т.е. производительность процесса нитроцементации в отличие от традиционного способа возросла на 25%.Before carbonitriding, parts from article 20 were thoroughly rubbed and washed in a 5% solution of caustic soda heated to 90 ° C for 10 minutes. After washing, the parts were rubbed and placed in the baskets with the clearance necessary for the free circulation of gases. After the working temperature was reached in the furnace with the help of conventional heaters, equal to 850 ± 40 ° C, the devices with the parts were loaded into the furnace. Through conventional channels, natural gas and endogas were supplied to the furnace, constituting 10 and 75% of the controlled atmosphere, respectively. 15% of the controlled atmosphere was formed from an additionally introduced mixture of nitrogen and natural gas, taken in a 6: 1 ratio. Before being fed into the furnace, this mixture was heated in a plasma torch, which was installed in the side wall of the furnace in the opening of the core to 3000 ° C. The gas temperature was estimated from the tables by the mean mass enthalpy of the gas, which in turn was determined from the heat balance of the plasmatron. The pre-calculated flow rates of gases (nitrogen and natural gas) introduced through the plasma torch were set using shop rotameters in the main lines. In the experiment, these costs were respectively 2.14 m / x and 0.36 m3 / h. After 3 hours of treatment, shutdown of the plasma torch. After the traditional oil quenching, parts were removed from the furnace. Samples of the metal were analyzed for chemical composition by removing layer-by-layer samples from the machined parts, the surface structure was examined using an electron microscope. The results of chemical analysis presented in the table showed that in 3 hours the content of carbon and nitrogen in the surface layer reached the required standards, i.e. the performance of the carbonitriding process, in contrast to the traditional method, increased by 25%.
П р и м е р 3. В этом примере соотношение природного газа и эндогаза в контролируемой атмосфере подаваемых по традиционным каналам составл ли 5 и 60%PRI me R 3. In this example, the ratio of natural gas to endogas in a controlled atmosphere supplied through traditional channels was 5 and 60%.
соответственно. 35% контролируемой атмосферы составл ла смесь, подаваема через плазмотрон. Соотношение азота и природного газа в смеси 6:1, температура нагрева газа 3500°С, Нагрев проводили в течение 2,5 ч. За это врем (см.таблицу) насыщение поверхностного сло успевает достичь требуемых норм. Производительность процесса возрастает на 37,5%.respectively. 35% of the controlled atmosphere was a mixture supplied through a plasma torch. The ratio of nitrogen and natural gas in a mixture of 6: 1, the temperature of gas heating is 3500 ° C. Heating was carried out for 2.5 hours. During this time (see table), the saturation of the surface layer has time to achieve the required standards. The productivity of the process increases by 37.5%.
П р и м е р 4. Соотношение природного газа и эндогаза в контролируемой атмосфере , которые подавались по традиционным каналам,составило 15 и 80% соответственно .PRI me R 4. The ratio of natural gas and endogas in a controlled atmosphere, which were fed through traditional channels, was 15 and 80%, respectively.
5% контролируемой атмосферы составила смесь, подаваема через плазмотрон. Соотношение природного газа и азота в смеси 6:1, температура нагрева смеси 3500°С. Нагрев проводили в течение 3,4 ч. Производительность процесса возросла на 15%.5% of the controlled atmosphere was the mixture supplied through the plasma torch. The ratio of natural gas and nitrogen in a mixture is 6: 1, the heating temperature of the mixture is 3500 ° C. Heating was carried out for 3.4 hours. The productivity of the process increased by 15%.
П р и м е р 5. В этом примере все услови были вз ты такими же, как в примере 2, однако соотношение азота и природного газа в смеси, составл ющий 15% контролируемой атмосферы, было вз то 5:1. Температура подогрева смеси 2500°С. Длительность процесса нитроцементации составила 3,2 ч. Производительность процесса за счет сокращени времени обработки возросла на 20%.EXAMPLE 5 In this example, all conditions were taken as in example 2, but the ratio of nitrogen and natural gas in the mixture, which was 15% of the controlled atmosphere, was 5: 1. The temperature of the mixture is 2500 ° C. The duration of the carbonitriding process was 3.2 hours. The productivity of the process due to the reduction in processing time increased by 20%.
Приме р 6. В этом примере также все услови были вз ты аналогично примеру 2, однако соотношение азота и природного газа в смеси, составл ющей 15% контролируемой атмосферы, было вз то 7:1. Температура нагрева смеси 3500°С. Длительность обработки составила 2,6 ч, при этом достигалось удовлетворительное качество деталей. Производительность процесса по сравнению с традиционным способом возросла на 35%.Example 6. In this example, all conditions were also taken as in Example 2, however, the ratio of nitrogen and natural gas in a mixture of 15% of the controlled atmosphere was taken to be 7: 1. The heating temperature of the mixture is 3500 ° C. The processing time was 2.6 h, and satisfactory part quality was achieved. The productivity of the process compared to the traditional method increased by 35%.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU894717918A SU1719461A1 (en) | 1989-07-13 | 1989-07-13 | Method of carbonitriding of steel products |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU894717918A SU1719461A1 (en) | 1989-07-13 | 1989-07-13 | Method of carbonitriding of steel products |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SU1719461A1 true SU1719461A1 (en) | 1992-03-15 |
Family
ID=21460367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU894717918A SU1719461A1 (en) | 1989-07-13 | 1989-07-13 | Method of carbonitriding of steel products |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SU (1) | SU1719461A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2650650C1 (en) * | 2016-11-01 | 2018-04-16 | Николай Николаевич Брокмиллер | Method of circulating ionic nitriding of metal articles and device for its implementation |
-
1989
- 1989-07-13 SU SU894717918A patent/SU1719461A1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Зуев В.М. Термическа обработка металлов, Высша школа, 1986, с.142, * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2650650C1 (en) * | 2016-11-01 | 2018-04-16 | Николай Николаевич Брокмиллер | Method of circulating ionic nitriding of metal articles and device for its implementation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4049472A (en) | Atmosphere compositions and methods of using same for surface treating ferrous metals | |
| US2257668A (en) | Formation of protective layers on iron and steel articles | |
| US4294630A (en) | Method and apparatus for the continuous furnace brazing and soft-nitriding treatments of iron articles | |
| US4322255A (en) | Heat treatment of steel and method for monitoring the treatment | |
| DE3361023D1 (en) | Method of heat treating metallic parts by carburization | |
| SU1719461A1 (en) | Method of carbonitriding of steel products | |
| JPS60215756A (en) | Hardening of stainless steel | |
| JPH11315362A (en) | Vacuum carburizing method | |
| US4597807A (en) | Accelerated carburizing method with discrete atmospheres | |
| JPS644583B2 (en) | ||
| RU2291227C1 (en) | Construction-steel parts surface hardening method | |
| JPS62188771A (en) | Surface hardening method for structural steel | |
| SU1748946A1 (en) | Method of processing parts made of high-speed powder steel | |
| US5194096A (en) | Carburizing treatment of a steel with reduction of the hydrogen content in the carburized layer | |
| SU897893A1 (en) | Method of gaseous carburization of steel articles | |
| RU2006773C1 (en) | Portable vacuum furnace for chemical-thermal treatment of small-size tool and structural parts | |
| SU1731869A1 (en) | Method of carburizing steel products | |
| SU1576593A1 (en) | Method of cyclic chemical-heat treatment | |
| SU1463801A1 (en) | Method of gas carburization of steel articles | |
| Preisser et al. | Update on vacuum-based carburizing | |
| JPS6140751B2 (en) | ||
| JPS5811779A (en) | Ion surface treatment method | |
| SU945244A1 (en) | Method for nitriding | |
| RU1788081C (en) | Method of treating steel products in gaseous media | |
| PIT | A NEW LOW-PRESSURE CARBURIZING SOLUTION |