Ванна розплавлених солей для азотування механічних деталей з сталі, спосіб азотування механічних деталей з сталі та механічна деталь з азотованої сталі

Реферат: Ванна розплавлених солей для азотування механічних стальних деталей, що містить у мас. %: від 25 до 60 хлоридів лужного металу, від 10 до 40 карбонатів лужного металу і від 20 до 50 ціанатів лужного металу, до 3 ціанідних іонів включно, причому сума цих вмістів становить 100. Переважно, ванна містить у мас.%: від 25 до 30 ціанату натрію, від 25 до 30 карбонатів натрію і літію, від 40 до 50 хлоридів калію, до 3 ціанідних іонів включно, причому сума цих вмістів становить 100. UA 112312 C2 (12) UA 112312 C2 UA 112312 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується азотування механічних деталей з сталі. Під механічними деталями розуміються деталі, призначені для забезпечення при роботі механічної функції, що передбачає звичайно наявність у цих деталей значної твердості, хорошої стійкості до корозії і зносу; так, можна назвати, без обмежень: - осі склоочисників (двірників), - штоки гідравлічних або газових циліндрів (домкратів), - клапани двигуна внутрішнього згоряння, - кільця шарнірів. Діапазон сталей, з яких зроблені ці деталі, щонайменше поблизу їх поверхні, здатних витримувати тертя або корозію, є широким, починаючи від нелегованих сталей і закінчуючи сталями, які називаються нержавіючими, зокрема, сплави з хромом або нікелем. Для підвищення поверхневої твердості таких деталей відоме застосування обробки азотуванням (що іноді супроводжується навуглецьовуванням, в цьому випадку звичайно кажуть про азотонавуглецьовування або нітроцементацію). Дійсно, поняття азотування охоплює одночасно як азотування у ванні з дуже низьким вмістом ціанідів (звичайно нижче 0,5 мас.%), так і азотонавуглецьовування при вмісті ціанідів вище цього граничного значення. Далі обидва цих типи обробки об'єднуються під терміном азотування. Це азотування може проводитися з газової фази або фази плазми, або ж з рідкої фази. Перевага азотування в рідкій фазі полягає в тому, що воно дозволяє досягнути значного підвищення твердості на товщині декількох мікрон за час всього декілька годин, але воно має також істотний недолік в тому, що зобов'язує застосовувати ванни розплавлених солей при температурах близько 600 °C (і навіть вище), що містять на практиці ціаніди в поєднанні з ціанатами і карбонатами (на практиці катіони є катіонами лужних металів, таких як літій, натрій, калій і т.д.). На практиці ціанати розкладаються, утворюючи, зокрема, ціаніди, карбонати і азот, який, таким чином, здатний дифундувати в азотовану деталь. Через витрату ціанатів і збагачення карбонатами необхідно передбачати регенерацію ванн шляхом введення добавок, що дозволяють повернути вмісти ціанідів і ціанатів у ваннах в діапазон, що гарантує ефективність. Далі вмісти компонентів ванни виражені у масових процентах. Однак, як відомо, застосування ціанідів небезпечне для операторів, а також для навколишнього середовища, тому вже не один десяток років намагаються мінімізувати кількість ціанідів, що застосовуються в процесах азотування механічних деталей з сталі у ваннах розплавлених солей. Так, починаючи з 1974-75 рр. пропонувалися спроби мінімізувати вміст ціанідів у ваннах для азотування, зокрема, уникаючи токсичних продуктів під час регенерації (FR 2220593 і FR 2283243, або US 4019928, або ж GB 1507904); дійсно, в цих документах згадується, без конкретних коментарів, вміст хлориду лужного металу, який може дійти до 30 мас.% (однак без приведення прикладу, для азотування, включаючи більше 5 мас.% NaCl у ванні, що містить, крім того, 64 % ціанату калію, 16 % карбонату калію, 11 % ціанату натрію і 4 % ціанідів натрію). Вважалося, що ванни з низьким вмістом ціанідів повинні по суті складатися з ціанатів калію або натрію, карбонатів калію і натрію, причому калію повинно бути більше, ніж натрію (що дозволило б знизити температуру сольових ванн); метою було знизити вміст ціанідів до менше 5 %, навіть 3 %); зниження вмісту ціанідів повинно було компенсуватися ціанатами; були відсутні конкретні пояснення про роль хлоридів, за винятком того, що у ваннах навуглецьовування хлорид барію є флюсом для плавлення. До цього (дивись документ GB 891578, опублікований в 1962 р.) згадувалося, що ванни для азотування-навуглецьовування можуть містити хлориди лужних металів, що дозволяло зекономити на ціанідах і ціанатах, ціна яких набагато вище, або знизити температуру плавлення; цей документ стосувався сольових ванн, що містять від 30 % до 60 % ціанідів, і рекомендував максимально підвищити вміст н-ціанатів в порівнянні з ізоціанатами (в описаному прикладі не було хлоридів). Згадувалися також (дивись документ GB 854349, опублікований у 1960 р.) ванни для навуглецьовування (що застосовуються при температурах від 800 °C до 950 °C), що містять, по масі, від 35 % до 82 % карбонатів лужних металів, від 15 % до 35 % ціанідів лужних металів, від 3 % до 15 % безводних силікатів лужних металів і аж до 15 % хлоридів лужних металів; вказувалося, що переважно, щоб хлориди лужних металів були присутніми переважно до 10 %, однак, без пояснень (але, мабуть, присутність хлоридів сприяла отриманню ціанідів у придатній для застосування формі). Крім того, згадувалися (дивись документ GB 1052668, опублікований у 1966 р.) ванни для азотонавуглецьовування в тиглях, що мають добре підібраний діапазон складів, які містять від 10 до 30 % ціанатів лужного металу і щонайменше 10 % ціанідів лужного металу, при 600 °C-750 °C; згадувався вміст 25 % хлориду лужного металу, що стосується 1 UA 112312 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 вихідної ванни (що містить, крім того, тільки ціаніди (25 %) і карбонати), а також в складі для регенерації (що містить, крім того, 75 % ціанідів). Пропонувалося також (GB 1185640) доповнити етап навуглецьовування коротким етапом замочування у ванні, що містить ціаніди, ціанати, карбонати і хлориди лужного металу (не уточнюючи діапазон вмісту останніх). Для азотування нержавіючих сталей пропонувалася (US 4184899, опублікований в 1980 р.) обробка азотуванням з газової фази, якій передував етап попередньої термохімічної обробки у ванні, що містить від 4 мас.% до 30 мас.% ціанідів і від 10 мас.% до 30 мас.% ціанатів в поєднанні з 0,1-0,5 % сірки. Згадувалося, що інша частина ванн попередньої обробки може складатися з карбонату або хлориду натрію, без того, щоб ці елементи були активні при обробці (з приводу ванни з 12 % ціанідів і 0,3 % сірки згадується, що спочатку було 25 % карбонату натрію і 42,7 % хлориду натрію). Пізніше пропонувалася (дивись, зокрема, документ US 4492604, опублікований у 1985 р.) ванна для азотування, вміст ціанідів в якій складає між 0,01 мас.% і 3 мас.%. Вказується, що через сильну відновлювальну дію ціанідів у ваннах для азотування при температурах близько 550 °C-650 °C, тобто коли ціанати мають тенденцію виділяти кисень, ванни для азотування з низьким вмістом ціанідів мають тенденцію окиснювати азотовані шари і робити покриття зовні неприйнятними. Щоб запобігти утворенню таких дефектів, рекомендується включати до 100 ppm селену в поєднанні з відповідним складом тиглів (без заліза). Пропонувалося також підвищувати твердість залізних деталей, використовуючи ванну з високими вмістами хлоридів (дивись документ EP 0919642, опублікований у 1999 р.), але ця ванна служить фактично доповненням до операції азотування, роблячи можливим введення хрому (присутнього в цій ванні в доповнення до хлоридів, разом з кремнеземом) в заздалегідь утворені азотовані шари. Для азотування залізних деталей в документі US 6746546 (опублікований в 2004 р.) пропонувалася ванна розплавлених солей, що містить ціанати лужного металу і карбонати лужного металу, з 45-53 % ціанатних іонів (переважно від 48 мас.% до 50 мас.%), що підтримується при температурі між 750 °F і 950 °F, тобто між 400 °C і 510 °C, щоб додати хорошу корозійну стійкість. Лужними металами переважно були натрій і/або калій (коли були присутнім обидва, вміст калію переважно був у відношенні 3,9:1 до вмісту натрію); при роботі ця ванна містила від 1 % до 4 % ціанідів (не приведено ніяких уточнень відносно можливої присутності інших елементів у ванні). Ще пізніше, з метою мінімізації захоплення розплавлених солей на виході азотованих залізних деталей документ US 7217327 пропонував ванну для азотування, що по суті складається з катіонів типу Li, Na і K і аніонів карбонатів і ціанатів. Таким чином, ясно, що пропонувалися різні склади ванн розплавлених солей, щоб дозволити провести азотування залізних деталей без використання значних вмістів ціанідів. Однак, як загальне правило, за обробками азотуванням при низькому вмісті ціанідів (звичайно менше 3 %) повинна йти остаточна чистова обробка (обробка), якщо прагнуть до низької шорсткості, що вносить внесок в підвищення витрат на обробку (робоча сила, обладнання для шліфування або полірування), а також збільшує повну тривалість обробки. Низьку шорсткість можна отримати з ваннами для азотування з високим вмістом ціанідів (більше 5 мас.%), але при тривалості обробки декілька годин (звичайно 4-6 годин), що здається дуже довгим для промислового масштабу. Об'єктом винаходу є ванна для азотування з низьким вмістом ціанідів, здатна максимум за декілька годин азотувати механічні деталі із заліза або сталі, одночасно додаючи їм дуже низьку шорсткість (тобто без помітної пористості), що робить непотрібною пізнішу механічну обробку (поліровкою або фінішним віброшліфуванням), причому при помірній вартості. З цією метою винахід пропонує ванну для азотування, що по суті складається із (вмісти виражені за мас.%): - від 25 % до 60 % хлоридів лужного металу, - від 10 % до 40 % карбонатів лужного металу і - від 20 % до 50 % ціанатів лужного металу, - максимум 3 % ціанідних іонів (що утворюються при роботі), причому сума цих вмістів становить 100 %. Потрібно зазначити, що діапазони складів звичайно вказуються для нової ванни, але на практиці стараються наскільки можливо залишатися в цих діапазонах; таким чином, на практиці у вихідній ванні ціанід-іони відсутні, а при роботі прагнуть не перевищувати вміст ціанідних іонів в 3 %. Присутність згідно з винаходом хлоровмісних сполук в значних кількостях (NaCl, KCl, LiCl і т.д.) дозволяє отримати при азотуванні непористі, непорошкові, а значить, з низькою шорсткістю 2 UA 112312 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 шари, після тривалості обробки всього порядку однієї-двох годин; при цьому хлориди дешевше, ніж інші звичайні компоненти ванн для азотування, тому ванна згідно з винаходом більш економічно вигідна, ніж стандартна ванна, при цьому не треба вдаватися до пізнішої обробки поліруванням. Можна нагадати, що тривалість обробки не більше приблизно двох годин (2 год. ± 5 хв.) вважається сумісною із задовільною продуктивністю в промисловому масштабі. Можна зазначити, що у ваннах, які використовувалися в минулому, вже пропонувалося комбінувати ціанати і карбонати з хлоридами у ваннах для азотування, в тому числі коли вони по суті не містять ціанідів, але хлориди (яка-небудь роль яких в азотуванні не була визнана) не з'являлися на практиці у вмістах вище 10-15 % за відсутності ціанідів (або при низьких вмістах ціанідних іонів, звичайне менших або рівних 3 мас.%). Крім того, в жодному документі не висловлювалося припущення про яку-небудь кореляцію між присутністю хлоридів і кінцевою шорсткістю. Переважно, хлориди лужного металу є хлоридами літію, натрію і/або калію, що відповідає тим хлоридам, які виявилися ефективними, маючи помірну вартість і не вимагаючи великих обмежень з точки зору поводження. Переважно, вміст хлоридів складає між 40 % і 50 %, переважно щонайменше приблизно дорівнює 45 % (±2 %, навіть ±1 %). Виявилося, що цей діапазон вмістів приводить за розумний час до хорошого азотування і низької шорсткості. Ясно, що: - вміст ціанатів повинен бути достатнім, щоб дозволити досягнути ефекту азотування, - вміст карбонатів не повинен ставати дуже великим, щоб не заважати хімічним реакціям, які ведуть до азотування. Так, наприклад, також переважно, вміст ціанатів складає між 20 % і 40 %, навіть між 20 % і 35 %, переважно між 20 % і 30 %. Ще більш переважно, цей вміст складає між 25 % і 40 %, навіть між 25 % і 35 %, переважно між 25 % і 30 %. Ці ціанати можуть бути, зокрема, ціанатами натрію (або ціанатами калію). Також переважно, вміст карбонатів лужного металу складає від 20 % до 30 %, переважно між 25 % і 30 %. Ці карбонати можуть бути, зокрема, карбонатами натрію, калію і/або літію; мова переважно йде про суміш карбонатів натрію і літію. Таким чином, особливо переважно, ванна розплавлених солей по суті складається із (з точністю до ± 2 %, навіть до ± 1 %): - від 25 % до 30 % ціанату натрію, - від 25 % до 30 % карбонатів натрію і літію, - від 40 % до 50 % хлоридів калію, - максимум 3 % ціанідних іонів (що утворюються при роботі), причому сума цих вмістів становить 100 %. Переважно, ванна розплавлених солей по суті складається до утворення ціанідів в кількості максимум 3 з наступного (з точністю до ± 2 %, навіть до ± 1 %): - 28 % ціанату натрію, - 22 % карбонату натрію, - 5 % карбонату літію, - 45 % хлориду калію, що, як виявилося, є дуже хорошим компромісом між кінетикою азотування, ціною складаючої ванну суміші, коливаннями шорсткості поверхні оброблених деталей, температурою плавлення, ризиком захоплення солей на поверхню оброблених деталей. Зрозуміло, при роботі цей склад може трохи мінятися, враховуючи маючі місце реакції (зокрема, утворення ціанідних іонів, вміст яких підтримується на рівні не більше 3 %). Винахід пропонує також спосіб азотування механічних деталей із заліза або сталі, згідно з яким занурюють ці деталі у ванну вищезгаданого складу, з температурою, що складає між 530 °C і 650 °C, щонайбільше на 4 год. Переважно, деталі занурюють у ванну з температурою, що складає між 570 °C і 590 °C, щонайбільше на 2 год. На практиці тривалість обробки азотуванням складає класично порядку 90 хвилин, але зрозуміло, що тривалість обробки залежить від природи і/або призначення деталей; таким чином, вона може варіюватися від якихось 30 хвилин для клапанів або інструментальних сталей до 4 годин, коли хочуть провести азотування на велику товщину (шари товщиною в декілька десятків мікрометрів), або у випадку легованих сталей. Однак винахід переважно застосовується при тривалості обробки порядку від 60 до 120 хвилин. 3 UA 112312 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується також механічних деталей із заліза або сталей, азотованих згідно з вказаним вище способом, відмінних, зокрема, відсутністю слідів від подальших процесів механічної чистової обробки, такої як шліфування (зокрема, відсутністю рисок від шліфування). Далі перевірені склади порівнюються зі стандартними ваннами (які одні і ті ж для різних прикладів), не відповідними винаходу. Приклад 1 (за винаходом) Зразки з випаленої сталі типу C45, яку можна використати для осей склоочисників, штоків гідравлічних або газових циліндрів або кілець шарнірів, обробляли таким чином. Ці зразки піддавали знежиренню в лужному розчині, промиванню водою, потім попередньому нагріванню до 350 °C. Потім їх занурювали на 60 хв. у ванну розплавлених солей, що підтримується при 580 °C і містить: - 28 % ціанату натрію, - 22 % карбонату натрію і - 45 % хлоридів калію, - 5 % карбонату літію. Потім азотовані таким способом зразки промивали водою. Ідентичні зразки піддавали такій же обробці, за винятком того, що обробка азотуванням 60 хв. при 580 °C проводилася в стандартній ванні азотування (не за винаходом), що складається по суті з: - 58 % ціанату натрію, - 36 % карбонату калію і - 6 % карбонату літію. В обох випадках утворений таким шляхом шар нітридів заліза мав товщину 10±1 мкм. Було встановлено, що шорсткість зразків, що мали спочатку Ra=0,2 мікрометра, перетворювалася в Ra=0,52 мікрометра після обробки в стандартній ванні, але в Ra=0,25 мікрометра після обробці у ванні за винаходом, тобто шорсткість була лише трохи вище початкової шорсткості. Склад згідно з винаходом в цьому прикладі виявився дуже сприятливим для хорошої стабільності ванни у часі, зокрема, що стосується вмісту ціанідів. Зразки, азотовані таким чином, окиснювали потім у ванні розплавлених солей, що містить карбонати, гідроксиди і нітрати лужних металів. Метою цього окиснення було пасивірувати поверхню нітридного шару, утворюючи шар оксиду заліза товщиною від 1 до 3 мкм. Після окиснення деталі занурювали в масло для захисту від корозії (що містить інгібітори корозії), як прийнято в процесах азотування. Корозійна стійкість (виміряна на 10 деталях в нейтральному сольовому тумані згідно з стандартом ISO 9227) оброблених згідно з винаходом зразків склала від 150 до 250 годин. Корозійна стійкість (виміряна на 10 деталях в нейтральному сольовому тумані згідно з стандартом ISO 9227) оброблених в стандартній ванні зразків склала від 120 до 290 годин. Таким чином, азотування залізних деталей, реалізоване згідно з винаходом, цілком дозволяє отримати корозійну стійкість, порівнянну з тією, що отримується при азотуванні в стандартній ванні, при одночасному поліпшенні шорсткості поверхні в порівнянні з обробкою в такій стандартній ванні. Приклад 2 (не за винаходом) Зразки з випаленої сталі C45, приготовані згідно з описаним вище, азотували протягом 1 години при 590 °C у ванні, що містить: - 20 % хлоридів лужного металу (NaCl, KCl), - 40 % ціанату натрію, - 30 % карбонату калію, - 10 % карбонату літію. В обох випадках утворений шар мав товщину 10±1 мкм. Було встановлено, що шорсткість зразків, що мали спочатку Ra=0,2 мікрометра, перетворилася в Ra=0,48 мікрометра після обробки в цій ванні в порівнянні з Ra=0,52 мікрометра після обробки в стандартній ванні. Це приводить до висновку, що дуже низький вміст хлоридів не дозволяє значно зменшити кінцеву шорсткість деталей в порівнянні зі стандартною ванною (не за винаходом). Приклад 3 (не за винаходом) Готували ванну, що містить - 65 % хлориду натрію, - 25 % ціанату калію, 4 UA 112312 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 - 10 % карбонату калію. Така ванна, виявилося, не застосовна в промисловості, оскільки її температура плавлення вище 600 °C, що заважає реалізувати обробку азотуванням в феритній фазі (здебільшого деталі звичайно азотують в феритній фазі, тобто при температурі нижче 600 °C). У такому випадку реальне тільки азотування в аустенітній фазі, але тільки для температур вище 630 °C і при високій мірі захоплення солей (підвищена в'язкість ванни), що економічно невигідно. Приклад 4 (за винаходом) Обробка зразків з випаленої сталі C45 в умовах, аналогічних умовам прикладу 1, але у ванні, що містить - 35 % ціанату натрію, - 20 % карбонату натрію, - 20 % карбонату калію, - 25 % хлориду калію, дозволила отримати кінцеву шорсткість Ra=0,28 мкм проти Ra=0,52 мкм в стандартній ванні (не за винаходом) на поверхні азотованих шарів товщиною 10±1 мікрометр. Будучи задовільним з точки зору шорсткості, цей склад виявився таким, що має більш високу в'язкість, ніж склад з прикладу 1, що виражається в більш значній витраті солей. Міра пористості нітридних шарів, отриманих згідно з винаходом, нижче 5 %, тоді як міра пористості нітридних шарів, отриманих зі стандартною ванною, складає між 25 і 35 %. Приклад 5 (не за винаходом) Була приготована ванна, що містить - 45 % хлориду калію, - 10 % ціанату натрію, - 45 % карбонату натрію. Така ванна виявилася не застосовною для обробки азотуванням, оскільки її температура ліквідусу вище 600 °C. Нагадаємо, що температура ліквідусу - це температура, починаючи з якої ванна є повністю розплавленою і однорідною по складу (на відміну від температури плавлення, що являє собою температуру, починаючи з якою ванна починає переходити в рідкий стан, можливо, в декількох фазах). Як пояснюється в прикладі 3, така ванна не може з вигодою застосовуватися в промисловості, оскільки вона робить неможливою будь-яку обробку в феритній фазі, і захоплення солей при 600-650 °C дуже значне. Приклад 6 (за винаходом) Обробка зразків з випаленої сталі C45 в умовах, аналогічних умовам прикладу 1, але у ванні, що містить: - 45 % хлориду калію, - 30 % ціанату натрію, - 25 % карбонату натрію, дозволяє отримати, як і в прикладі 1, кінцеву шорсткість Ra=0,25 мкм (трохи вище початкової шорсткості Ra=0,2 мкм), проти Ra=0,52 мкм в стандартній ванні (не за винаходом). Шар нітриду заліза, утворений у ванні згідно з винаходом, був шаром типу ε (Fe2-3N), мав міру пористості менше 5 % (виміряна оптичною мікроскопією) і мав твердість 840±40 HV0,01. Шар нітриду заліза, утворений в стандартній ванні (не за винаходом), є шаром типу ε (Fe2N), має міру пористості між 25 і 35 % (виміряна оптичною мікроскопією) і твердість 700±40 3 HV0,01. Менша уявна твердість шарів, отриманих зі стандартною ванною, пояснюється їх більш значною мірою пористості. Дійсно, добре відомо, що наявність пір (тобто отворів) знижує опір шарів проникненню індентора, що використовується для вимірювання твердості. В обох випадках утворений шар мав товщину 10±1 мкм. Приклад 7 (за винаходом) Зразки з сталі C45, механічно оброблені шляхом холодного штампування, а потім піддані НВЧ-загартуванню, з початковою шорсткістю Ra=0,74 мкм, азотували (після підготовки, аналогічної прикладу 1) протягом двох годин при 590 °C у ванні, ідентичній ванні з прикладу 1, що містить: - 28 % ціанату натрію, - 22 % карбонату натрію, - 45 % хлориду калію, - 5 % карбонату літію. Був утворений шар товщиною 20±1 мкм з кінцевою шорсткістю Ra=0,79 мкм. Для порівняння, ідентичні зразки, які обробляли протягом такої ж тривалості (дві години) в 5 UA 112312 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 стандартній ванні (не за винаходом), мали шар з кінцевою шорсткістю Ra=1,23 мкм при товщині шару 17±1 мкм. Міра пористості нітридних шарів, отриманих згідно з винаходом, складає між 5 і 10 %, тоді як міра пористості нітридних шарів, отриманих зі стандартною ванною, складає між 55 і 65 %. Відомо, що сталі, які піддавалися холодному штампуванню, мають значну міру наклепу, що шкідливо впливає на пористість шарів (чим більше міра наклепу, тим більша пористість шарів). Винахід дозволяє отримати шари з низькою мірою пористості навіть для сталей з великим наклепом. Зразки, азотовані таким чином, окиснювали потім у ванні розплавлених солей, що містять карбонати, гідроксиди і нітрати лужних металів. Метою цього окиснення було пасивірувати поверхню нітридного шару, утворюючи шар оксиду заліза товщиною від 1 до 3 мкм. Після окиснення деталі занурювали в масло для захисту від корозії (що містить інгібітори корозії), як прийнято в процесах азотування. Корозійна стійкість (виміряна на 10 деталях в нейтральному сольовому тумані згідно з стандартом ISO 9227) оброблених згідно з винаходом зразків складає від 310 до 650 годин. Корозійна стійкість (виміряна на 10 деталях в нейтральному сольовому тумані згідно з стандартом ISO 9227) оброблених в стандартній ванні зразків складає від 240 до 650 годин. Приклад 8 (згідно з винаходом) Зразки з сталі 42CrMo4, загартовані і відпущені, а потім шліфовані, з початковою шорсткістю Ra=0,34 мкм азотували (після підготовки, аналогічної прикладу 1), як в прикладі 7, тобто протягом двох годин при 590 °C, у ванні, ідентичній ванні з прикладу 1, що містить: - 28 % ціанату натрію, - 22 % карбонату натрію, - 45 % хлориду калію, - 5 % карбонату літію. Був утворений шар нітриду заліза товщиною 16±1 мкм з кінцевою шорсткістю Ra=0,44 мкм. Для порівняння, ідентичні зразки, які оброблялися дві години в стандартній ванні (не за винаходом), мали шар нітридів заліза з кінцевою шорсткістю Ra=0,85 мкм при товщині шару 14±1 мкм. Шар нітриду заліза, утворений у ванні згідно з винаходом, був шаром типу ε (Fe2-3N), мав міру пористості менше 5 % (виміряна оптичною мікроскопією) і мав твердість 1020±40 HV0,01. Шар нітриду заліза, утворений в стандартній ванні, був шаром типу ε (Fe2-3N) і мав міру пористості між 30 і 40 % (виміряна оптичною мікроскопією) і твердість 830±40 HV 0,01. Менша уявна твердість шарів, отриманих зі стандартною ванною, пояснюється їх більш значною мірою пористості. Дійсно, добре відомо, що наявність пір (тобто отворів) знижує опір шару проникненню індентора, що використовується для вимірювання твердості. Приклад 9 (за винаходом) Готували зразки з випаленої сталі C45 з початковою шорсткістю Ra=0,20 мкм і азотували, як в прикладі 1, тобто протягом 1 години при 580 °C у ванні, що містить: - 28 % ціанату натрію, - 22 % карбонату натрію, - 45 % хлориду калію, - 5 % карбонату літію. Був утворений шар товщиною 10±1 мкм з кінцевою шорсткістю Ra=0,25 мкм. Для порівняння, ідентичні зразки, які оброблялися три години в стандартній ванні, працюючій з підвищеним вмістом ціанідів (5,2 %), мали шар з кінцевою шорсткістю Ra=0,27 мкм при товщині шару 7±1 мм. Таким чином, ясно, що кінцева шорсткість еквівалентна, хоча час обробки був більш значним, товщина шарів, отриманих в стандартній ванні з більш високим вмістом ціаніду, менша, ніж товщина шарів, отриманих у ванні згідно з винаходом. Це пояснюється тим, що ванна з високим вмістом ціаніду, крім того, що вона більше забруднює навколишнє середовище, є також навуглецьовувальною, тобто вуглець буде дифундувати разом з азотом в сталь. Однак вуглець і азот є конкурентами при дифузії, оскільки вони займають одні і ті ж позиції в кристалічних гратах заліза. Таким чином, присутність вуглецю лімітує дифузію азоту, що приводить до шарів меншої товщини. Як вказано вище, вказані у вищенаведених прикладах склади стосуються нової ванни, причому уточнимо, що вказівки на вмісти ціанідних іонів такі ж і при роботі, враховуючи реакції, що протікають при азотуванні (тому прагнуть підтримувати склад ванни якомога більш стабільним). 60 6 UA 112312 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 30 35 40 1. Ванна розплавлених солей для азотування механічних деталей з сталі, що складається з, у мас. %: хлоридів лужного металу 25-60, карбонатів лужного металу 10-40, ціанатів лужного металу 20-50, ціанідних іонів до 3 включно. 2. Ванна розплавлених солей за п. 1, яка відрізняється тим, що хлориди лужного металу є хлоридами літію, натрію і/або калію. 3. Ванна розплавлених солей за п. 1 або п. 2, яка відрізняється тим, що вміст хлоридів лужного металу складає між 40 і 50 мас. %. 4. Ванна розплавлених солей за п. 3, яка відрізняється тим, що вміст хлоридів лужного металу щонайменше приблизно дорівнює 45 мас. %. 5. Ванна розплавлених солей за будь-яким з пп. 1-4, яка відрізняється тим, що вміст ціанатів лужного металу складає між 20 і 40 мас. %. 6. Ванна розплавлених солей за п. 5, яка відрізняється тим, що вміст ціанатів лужного металу складає між 25 і 30 мас. %. 7. Ванна розплавлених солей за будь-яким з пп. 1-6, яка відрізняється тим, що вміст карбонатів лужного металу складає між 20 і 30 мас. %. 8. Ванна розплавлених солей за п. 7, яка відрізняється тим, що вміст карбонату лужного металу складає між 25 і 30 мас. %. 9. Ванна розплавлених солей за п. 1 або п. 2, яка відрізняється тим, що складається з, у мас. %: ціанату натрію 25-30, карбонатів натрію і літію 25-30, хлоридів калію 40-50, ціанідних іонів до 3 включно. 10. Ванна розплавлених солей за п. 9, яка відрізняється тим, що складається, до утворення ціанідних іонів в кількості до 3 мас. % включно, з, у мас. %: ціанату натрію 28, карбонату натрію 22, карбонату літію 5, хлориду калію 45. 11. Спосіб азотування механічних деталей з сталі, згідно з яким ці деталі занурюють у ванну за будь-яким з пп. 1-10 з температурою, що складає між 530 і 650 °C, щонайбільше на 4 год. 12. Спосіб за п. 11, який відрізняється тим, що деталі занурюють у ванну з температурою, що складає між 570 і 590 °C, щонайбільше на 2 год. 13. Механічна деталь з азотованої сталі, отримана способом за будь-яким з пп. 11 або 12, що не потребує подальшого процесу механічної чистової обробки, такого як шліфування. Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7