СОСТАВ ВАННЫ ДЛЯ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ
COMPOSITION OF BATH FOR CHEMICAL-THERMAL TREATMENT OF FRICTION SURFACES OF STEEL ITEMS

Изобретение относится к химико-термической обработке стальных изделий, а именно к упрочнению поверхностей трения деталей пневмокомпрессоров.
Известен способ (Власов В.М. Работоспособность упрочненных трущихся поверхностей. М. «Машиностроение», 1987. - 306 с.), позволяющий повысить износостойкость и антифрикционность обрабатываемых деталей, предусматривающий азотирование. Процесс представляет собой насыщение поверхности азотом в среде азотосодержащего газа, чаще всего аммиака, при давлении 0,25-0,30 МПа и температуре 520-620°С.
Сходным с ним по технической сущности и результату является способ упрочнения поверхности стальных трущихся деталей (Власов В.М. Работоспособность упрочненных трущихся поверхностей. М. «Машиностроение», 1987. - 306 с.), предусматривающий цементацию. При этом происходит науглероживание поверхности детали в среде метаносодержащих газов при температуре 950-1000°С.
Эти способы позволяют получить достаточно высокую износостойкость деталей. Однако при обработке сопрягаемых деталей требуется проводить дополнительную механическую обработку, которая является трудоемкой из-за высокой твердости получаемой поверхности. Кроме того, при нанесении данных покрытий требуется нагрев деталей до высоких температур, что может привести к их короблению. Это ограничивает область применения данных способов в производстве.
Прототипом является состав ванны для низкотемпературной химико-термической обработки стальных изделий (АС №1504285, кл. С23С 8/52, 1987). Состав ванны для низкотемпературной химико-термической обработки стальных изделий, преимущественно прецизионных деталей топливных насосов, содержит воду, едкий натр, серу, сернистый натрий и серноватисто-кислый натрий. Состав дополнительно содержит буру и борную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Вода
40,0-42,0
Едкий натр
42,0-44,0
Сера
0,9-1,1
Сернистый натрий
0,9-1,1
Серноватисто-кислый натрий
1,0-2,0
Бура
7,5-8,5
Борная кислота
5,0-6,0
Предварительно стальные изделия протравливаются в ванне с раствором едкого натрия, углекислого натрия и силиката натрия, после чего погружаются в ванну с составом, где выдерживаются 45-50 мин при температуре 130-150°С. В результате сульфоборирования образуются металлические гидриды бора, которые изменяют механические свойства поверхностного слоя стальных изделий.
Недостатками прототипа являются невысокие эксплуатационные свойства, а именно низкие антифрикционные свойства (низкая нагрузка схватывания и высокий момент трения в трибосопряжении) и низкая твердость получаемой поверхности.
Технической задачей изобретения является повышение антифрикционных свойств (увеличение нагрузки схватывания и снижение момента трения в трибосопряжении) и повышение твердости обрабатываемых изделий.
Техническая задача достигается тем, что состав ванны для химико-термической обработки поверхностей трения стальных изделий, преимущественно поверхностей трения деталей пневмокомпрессоров, содержащий воду, едкий натр, сернистый натрий, серноватисто-кислый натрий, согласно изобретению дополнительно содержит сернокислый титан, сульфид меди и калий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Вода
38,0-40,0
Едкий натр
40,0-43,0
Сернистый натрий
1,5-2,5
Серноватисто-кислый натрий
2,0-3,0
Титан сернокислый
7,0-8,0
Сульфид меди
2,5-3,5
Калий
3,0-4,0
Предлагаемое изобретение отличается от прототипа тем, что состав дополнительно содержит сернокислый титан, сульфид меди и калий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Вода
38,0-40,0
Едкий натр
40,0-43,0
Сернистый натрий
1,5-2,5
Серноватисто-кислый натрий
2,0-3,0
Титан сернокислый
7,0-8,0
Сульфид меди
2,5-3,5
Калий
3,0-4,0
Состав применяют следующим образом: упрочняемые поверхности трущихся деталей протравливают в 3-5% растворе серной кислоты в течение 3-4 минут, после чего промывают в проточной воде и погружают в ванну с предлагаемым раствором, в котором выдерживают 45-50 минут при температуре 150-155°С, затем промывают сначала в горячей, а затем в холодной воде и просушивают.
-1
2
Сравнительные испытания стальных образцов, обработанных в ванне с известным составом, и образцов, обработанных в ванне с предлагаемым составом, проводили на машине трения ИИ 5018 по схеме «ролик-колодка». Ролики и колодки изготавливали из стали. Испытания проводили на следующих режимах: удельная нагрузка колодки на ролик 1 МПа, частота вращения ролика 500 мин, продолжительность испытаний 6 ч, масло М 10 Г. Нагрузку на пару трения создавали с помощью специального устройства, имеющегося на машине трения. Пуск машины осуществляли при снятой нагрузке на образцы, после чего в течение 1,5-2 мин нагрузку плавно доводили до установленной величины. В процессе всех испытаний на нижнем валу машины с помощью специального устройства замеряли и непрерывно регистрировали момент трения. Выявляли зависимость момента трения от нагрузки, устанавливая предельную нагрузку, при которой происходит задир трущихся поверхностей в режиме граничного трения. Работающие образцы нагружали по 0,2 кН через каждые 3 мин.
Сравнительные испытания образцов на твердость проводили на приборе ПТМ-3, определяя твердость вдавливанием четырехгранной алмазной пирамиды при нагрузке 1, 962 Н (200 г).
-4
Износ образцов определяли весовым способом на электронных весах марки Sartorius 1201 с погрешностью 10 г.
Результаты испытаний образцов на момент трения, нагрузку схватывания и твердость приведены в таблице.
Как видно из таблицы, у образцов, обработанных в предлагаемой ванне, по сравнению с образцами, обработанными в прототипной ванне, момент трения снизился в 2 раза, увеличилась более чем в 2 раза нагрузка схватывания, твердость - в 1,3 раза. Кроме того, более чем в 2 раза снизился износ.
Состав ванны, мас.%
Момент трения, Н·м
Нагрузка схватывания, кН
Твердость, Н/мм<sup>2</sup>
Износ, г
Образцы, обработанные в прототипной ванне
Вода
41
Едкий натр
43
Сера
1
Сернистый натрий
1
4
1,2
14150
0,02
Серноватисто-кислый натрий
1,5
Бура
8
Борная кислота
5,5
Образцы, обработанные в предлагаемой ванне, с нижним пределом содержания ингредиентов
Вода
38
Едкий натр
40
Сернистый натрий
1,5
Серноватисто-кислый натрий
2,0
2,1
2,4
18220
0,009
Титан сернокислый
7,0
Сульфид меди
2,5
Калий
3,0
Образцы, обработанные в предлагаемой ванне, со средним пределом содержания ингредиентов
Вода
39
Едкий натр
41,5
Сернистый натрий
2
Серноватисто-кислый натрий
2,5
2
2,6
18670
0,009
Титан сернокислый
7,5
Сульфид меди
3
Калий
3,5
Образцы, обработанные в предлагаемой ванне, с верхним пределом содержания ингредиентов
Вода
40,0
Едкий натр
43,0
Сернистый натрий
2,5
Серноватисто-кислый натрий
3,0
2
2,6
18680
0,008
Титан сернокислый
8,0
Сульфид меди
3,5
Калий
4,0