Способ химико-термической обработки

Способ химико-термической обработки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1.СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ, включающий диффузионное борирование, отличающийс я тем, что, с целью повыиения износостойкости и противозадирных свойств, после борирования производят сульфидирование в расплаве. 2. Способ по п. 1, отличающийся , тем, что-сульфидирование проводят в расплаве, содержащем хлористый натрий, едкое кали и сериоватистокислый наТрий при следующем соотнсяиении компонентов, мас.%: Хлористый натрий 30-50 Едкое кали 30-50 Серноватистокислый 15-25 натрий

СОЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„Su„„1006534 A

3иО С 23 С ЭУОО

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ;.,:,."::. .

К АВТОРСНОМУ- СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Хлористый натрий

Едкое кали

30-50

3050

Серноватистокислый натрий

15-25 (2.1) 3283063/22-02 (22) 18.03 ° 81 (46) 23.03.83-. Бюл. В 11 (72) r В. Земсков, Л. К. Гущин, В. A. Витченко, С. Л. Евтифеев и

A. С. Потолов (53) 621.785.53(088.8) (56) 1. Минкевич A. Н. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. М., "Машиностроение", 1965, с. 223-231 .

2. Там же, с. 260-264. (5 4 ) (5 7 ) 1 . СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОИ

ОБРАБОТКИ, включающий диффузионное борирование, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения износостойкости и противозадирных свойств, после борирования проиэводят сульфидирование в:расплаве.

2. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся . тем, что сульфидирование проводят в расплаве, содержащем хлористый натрий, едкое кали и серноватистокислый натрий при следующем соотношении компонентов, мас.%г

1006534

Изобретение относится к диффузионному насыщению металлов и сплавов и может быть использовано для повышения надежности и долговечности деталей машин, например поршней гидравлических машин, коленчатых валов 5 компрессоров, поршневых пальцев и т,д, Известны процессы диффузионного насыщения стали и чугуна бором (бо" рирование), рекомендуемые для повы- !О шения абразивной износостойкости деталей машин 1).

Однако боридный слой обладает повышенной хрупкостью и может скалываться (растрескиваться). Кроме 15 того, борированная сталь не обладает антифрикционными и противозадирными свойствами, вследствие чего не применяется для упрочнения деталей пар трения, работающих в минеральных маслах без абразива.

Известны также процессы диффузионного насыщения стали и чугуна серой (сульфидирование), значительно повышающие антифрикционные и противоэадирные свойства. Сульфидирование проводят в расплавах солей, в газообразных смесях. Наиболее близким к предлагаемому по технической сути и достигаемому.результату является сульфидированче в расплаве солей.

При этом этот процесс проходит значительно быстрее и при более низких температурах, что особенно важно для нежестких деталей (2 ).

Однако получаемый сульфидный слой весьма тонок (5-10 мкм) и, обладая невысокой твердостью, быстро истирается при абразивном износе. Низкая твердость слоя не позволяет также применять сульфидирование в условиях 40 трения с высокими удельными нагрузками. И, наконец, сам процесс сульфидирования очень вреден, так как все ванны содержат цианистые соли.

Для сульфидирования использую 45 различные составы ванн, например, состоящую из роданистых солей калия и аммония (90Ъ KCNS и 10% NH4CNS) или иэ 3 ч. гипосульфита и 2 ч. KCNS и др, 50

Известные составы не обеспечивают стравливание боридного слоя, так как в них отсутствует едкий калий, в результате чего не происходит сульфидирование боридного слоя. Известные составы ядовиты из-за наличия роданида натрия или калия, образующих высокоядовитые цианистые соли.

Целью изобретения является повышение износостойкости и противозадирных свойств.1 60

Для достижения поставленной цели при химико-термической обработке, включающей диффузионное борирование и последующее сульфидирование в расплаве, последнее проводят в распла- 65 ве, содержащем хлористый натрий, едкое кали и серноватистокислый нат-1 рий при следующем соотношении компонентов, вес,t>

30-50

30-50

Хлористый натрий

Едкое кали

Серноватистокислый натрий

15-25

Хлористый натрий

Едкое кали

Серноватистокислый натрий

В результате борирования, а затем сульфидирования в ванне оптимального состава получают композиционное покрытие, сочетающее корни игл боридов с высокой твердостью и, соответственно — износостойкостъю, и расположенные между ними сульфидированные эоны, обладающие высокими антифрикВ результате борирования получается классическая иглообразная структура покрытия. При последующем сульфидировании происходит стравливание сплоШного боридного слоя и проникновение серы между боридными иглами. Величину стравленного слоя можно регулировать временем выдержки в сульфидирующем расплаве. Разработана сульфидирующая ванна нового состава.

Хлористый.натрий является инертной добавкой, служащей для снижения черезмерной активности остальных компонентов расплава солей. При увеличении содержания натрия хлористого более 50 вес.Ъ становится слишком высокой температура плавления расплава. При содержании натрия хлористого ! ниже 30 вес.Ъ расплав очень стравливает боридное покрытие, происходит выделение паров едкого калия.

Едкий калий стравливает боридное покрытие и снижает температуру плав.ления расплава, При содержании его ниже 30 вес.Ъ резко повышается,температура плавления расплава. При увеличении содержания калия едкого более 50 вес.Ъ слишком сильно увеличивается активность стравливания боридного слоя, кроме того, при рабочей температуре расплава едкий калий начинает парить.

Серноватистокислый натрий является поставщиком серы в поверхностный слой насыщаемого металла. При увеличении содержания натрия серноватистокислого более 25 вес.Ъ резко повышается температура плавления расплава, при снижении его содержания ниже 15 вес.Ъ снижается активность насыщения серой.

Оптимальным является следующий состав сульфидирующей ванны, вес.В:

3 1006534 4 ционными и противозадирными свойствами °

1 I

Пример. Поршневой палец холодильного компрессора ПГ7 (материал пальца — сталь 45) помещают в насыщенную борирующую смесь следующего состава, вес.Ъ| карбид бора 84, бура 16.

Процесс борирования осуществляют в герметичном контейнере (контейнер герметиэируют натрийсиликатным стек- 10 лом .при нагреве в печи в режиме

950 С.- 2 ч.

После охлаждения контейнера детали извлекают,:кипятят в воде (для удаления налипшей смеси), про- )5

<сушивают, переносят B расплав следующего состава, Вес.Ú4

Хлористый натрий

Едкое кали

40 2О

Серноватистокислый натрий

20 и выдерживают нри режиме 700 С

30 мин.

В результате часть борированного слоя стравливается и между оставшимися участками боридных игл проходит процесс сульфидирования. Полученное композиционное боросульфиди-. рованное покрытие на стали обладает повышенными характеристиками — изно- состойкостью и противозадиростойкостью, что подтверждается испытаниодерианне компонентов в составе, ВесЪ

Структура покрытия Выделения ив тигля

Полиостьв стравливает- Расплав парит ся боридный слой

50

Остаются остатки борид- Расплав не парит ных игл на глубину

60 мкм

40

Ванна при рабочей температуре процесса не оасплавилась

Остаются остатки борид- Расплав слегка парит иых игл на глубину

35 мкм

30

25

30

Ванна при рабочей температуре процесса не расплавилась

Остаются остатки борид- Расплав не парит ных игл на глубину

40 мкм

СульФидирование на глубину 30 мки

35

25

35

45

Расплав слегка парит

15Ванна при рабочей температуре процесса не расплавилась

40

Отработка состава ванны происхо-, дит при рабочей температуре 700 С

Р и времени выдержки -30 мин. Оптималь- 60 ным является состав 2.

По указанной технологии обрабатывают ролики для машины трения СМП-2.

Кроме того, проводят сравнительные испытания роликов барированных, суль- 65

Состав Хлористнй Едкий) серноватистонатрий ) калий 1 кислый натрий ями на специальном испытательном стенде.

Для металлографических и рентге" ноструктурных исследований подготавливают специальные образцы иэ сталей 20,.45, У8 и чугуна СЧ21-40.

После борирования.получают диффузионный борированный слой, имеющий, например, на стали 45 иглообразный характер; с поверхности:иглы высокобористой фазы FeB - с микротвердостью Н5Одо 2000, затем фазы

Fe>B — с микротверцостью Н50до 1800.

Иглы с поверхности расположены сплошным фронтом, делающим невозможным сульфидирование в известных на сыщающих средах (жидких, твердых или газообразных). На стали 45 получают борированный слой толщиной 125 мкм.

После сульфидирования происходит стравливание борированного слоя. Величину стравливания можно регулировать временем выдержки в сульфидирующей ванне. Наиболее оптимальный результат получают при 30-минутной выдержке, а именно получают сульфидированный слой с микротвердостью

Н 50 450-500 на глубину до 150 мкм.

На поверхности остаются остатки боридных игл (фаза Ге2В) на глубину до 60 мкм.

На этих же образцах отрабатывается оптимальный состав ванны для сульфидирования. Результаты испытаний приведены в табл. 1.

Таблица 1 фидированных. Все ролики испытываются по одноименным колодкам. Испытывают также классическую пару трения4 азотированный ролик — бронзовая колодка.

Результаты испытаний на машине трения приведены в табл. 2.

1006534 таблица 2

Химико-термическая обработка Коэффициент тренин потери веса, мг, и эавмсииости от нагрева

Ролик ape нагрувке, Nla Колодка при .иагруакв, НП б 6

9, 1 10,3 12,5 14,2 0,7 0 9 1 0 1,7

Задир уже лри нагруеке 6 ИПа

0,008

Воросулъфидмров ание

Суль фидирование

0,011

0,023

13,2 15,1 17,6 19,0 0,9 1,3 1,8 2,4

Ворирование

6,2 Задир

15,8 Задир Лвотированне

Составитель P. Клыкова

Редактор Н. Егорова Техред Ж.Кастелевич Корректор E- Рошко

Заказ 2057/44 Тираж 954 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Условия испытаний следующие: скорость скольжения 2,5 м/с, смазка т1 граничная маслом AC-8, база испытаний 15,7х10 м, После испытаний снимают профилограммы с роликов и колодок на профилографе-профилометре мод. 201. На профилограммах видно, что в процессе трения трущиеся пары выходят на оптимальные для себя классы шерохо- ватости: боросульфидирование — на

0,32-0,16 борирование — на 0,650,32, азотирование по бронзе и сульФидирование - íà В220, т.е. остает-. ся на первоначальном уровне.

Результаты исследований и испы- таний доказывают целесообразность ,применения боросульфидирования для повьыения надежности и долговечности пар трения.