СПОСОБ ВАКУУМНОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫХ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ
METHOD FOR VACUUM CEMENTATION OF COMPLEX STEEL PARTS

Изобретение относится к металлургии, в частности к диффузионному насыщению поверхностных слоев стальных деталей углеродом.
Распространенным способом упрочнения стальных деталей в машиностроении является диффузионное насыщение их поверхностных слоев углеродом - цементация - в вакууме с последующей термической обработкой.
Известен способ газовой цементации стальных деталей, включающий нагрев и выдержку деталей в вакууме с последующим диффузионным насыщением (А.С. 730875, опубл. 30.04.1980. Бюл. №16). Известное решение предполагает прогрев деталей при давлении 0,001 мм рт.ст. (0,133 Па), выдержку в течение заданного времени и последующее двухстадийное диффузионное насыщение: на первой стадии давление составляет от 200 мм рт.ст. (26664,48 Па) до 300 мм рт.ст. (39996,72 Па), а на второй стадии - от 10 мм рт.ст. (1333,22 Па) до 20 мм рт.ст. (2666,45 Па). Продолжительность второй стадии составляет 1/6 от общей продолжительности процесса насыщения.
К недостаткам известного решения относится деление процесса насыщения на две стадии, требующее усложнения системы управления оборудованием для осуществления цементации.
-10
-8
Наиболее близким по совокупности существенных признаков - прототипом заявляемого изобретения - является способ цементации стальных деталей, включающий предварительный прогрев деталей до температуры насыщения при пониженном давлении, введение газа-карбюризатора и выдержку, в процессе которой производят многократные введения газа-карбюризатора и откачку отработанных реагентов. По известному решению, перед началом осуществления цементации оператор задает количество и продолжительность импульсов, которые авторы называют циклами. Каждый единичный цикл предполагает попеременное введение карбюризатора и откачку водорода (последний абзац второго столбца описания известного решения). Таких циклов может быть несколько: в примерах осуществления известного решения, приведенных в его описании, авторы указывают варианты с тремя и с шестью циклами. В описании известного решения его авторы приводят единственное указание на величину давления в камере - 10 мм рт.ст. (1,3.10 Па). Это дает основание предположить, что такой уровень давления поддерживает в течение всего  процесса цементации, в первую очередь, за счет работы откачивающего насоса (далее – насоса).
К недостаткам известного решения относится необходимость периодического
включения и выключения насоса. Это обстоятельство, в конечно счете, может привести к повышенному износу оборудования и его выходу из строя.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности оборудования за счет исключения многократных включений и отключений насоса.
Решение поставленной технической задачи достигается за счет выполнения процесса цементации по следующему алгоритму:
1 этап – включение насоса, создание в камере пониженного давления; в
предпочтительном случае величина этого давления составляет от 0,5 Па до 5,0 Па;
предварительный прогрев деталей до температуры от 940 °С до 960 °С;
2 этап - дозированная импульсная подача газа-карбюризатора со скоростью от 1500 Па/с до 1600 Па/с в течение заданного периода времени; одновременное с началом подачи газа-карбюризатора переключение насоса на меньшую производительность для обеспечения уровня давления в камере вакуумной печи (далее – в камере) от 200 Па до 1800 Па; предпочтительным является использование в качестве газа-карбюризатора ацетилена;
3 этап – отключение подачи газа-карбюризатора, обеспечение в вакуумной камере давления от 0,5 Па до 5,0 Па и выдержка упомянутых деталей при указанном давлении в течение 25 мин.
Важной особенностью предлагаемого способа цементации сложнопрофильных стальных деталей является непрерывная работа насоса с поэтапным изменением его производительности, величина которой является неизменной для каждого конкретного процесса цементации. Изменение производительности насоса перед началом процесса цементации может быть осуществлено любым способом, известным из уровня техники, и не является предметом охраны по настоящей заявке.
Новизной в предлагаемом способе цементации сложнопрофильных стальных деталей является непрерывная откачка газов из камеры вакуумной печи, согласованная с подачей газа-карбюризатора так, что в процессе диффузионного насыщения поверхностей обрабатываемых деталей давление в камере изменяется в пределах от 200 Па до 1800 Па, причем это изменение имеет периодический характер.
Указанные признаки являются новыми, существенными, неочевидными, промышленно выполнимыми и направлены на решение поставленной изобретением технической задачи.
Предлагаемый способ цементации сложнопрофильных стальных деталей осуществляется следующим образом.
Детали, подлежащие цементации загружают в камеру вакуумной печи.
Создают в камере давление от 0,5 Па до 5,0 Па. Это соответствует номинальному режиму работы насоса.
Выполняют предварительный прогрев деталей до температуры от 940°С до 960°С.
Выполняют дозированную импульсную подачу газа-карбюризатора со скоростью от 1500 Па/с до 1600 Па/с. Одновременно уменьшают производительность насоса для создания в камере давления, периодически изменяющегося от 200 Па до 1800 Па в течение 85 мин.
После завершения этапа диффузионного насыщения поверхностных слоев деталей углеродом отключают подачу газа-карбюризатора и переключают насос на номинальный режим работы для создания в камере давления от 0,5 Па до 5,0 Па. Выдерживаю детали в течение 25 мин.
Пример осуществления предлагаемого способа цементации.
Выполняли цементацию двух партий корпусов распылителей в печи СЩЦМ6.6/9И5.
Материал деталей в обеих партиях - сталь 18Х2Н4ВА.
Нагрев деталей выполняли до температуры:
- первая партия - 940°С;
- вторая партия - 960°С.
В качестве газа-карбюризатора в обоих случаях использовали ацетилен.
Толщина полученного цементированного слоя на деталях составила: для первой партии от 0,68 мм (на внутреннем конусе детали) до 0,75 мм (на внешнем конусе детали) и от 0,76 мм до 0,84 мм для второй партии, соответственно. Толщина слоя по чертежу: от 0,65 мм до 0,90 мм. Замечаний к качеству цементирования нет.
Предлагаемый способ вакуумной цементации сложнопрофильных стальных деталей применяется в серийном производстве распылителей на Алтайском заводе прецизионных изделий.