Способ газообразного азотирования изделий из титана и его сплавов

Способ газообразного азотирования изделий из титана и его сплавов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОКИ СОВЕТСКИХ

Ю О%

РЕСПУБЛИК. Н5п С 23 С 11/14

ГОСУДАРСТВЕККЬЮ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3305680/22-02 (22) 23;06.81 (46) 23.03.83. Бюл. 9 11 (72) Д. II. Шащков (71)- Ордена Трудового Красного Знамени московский автомобильно-дорожный институт (53) 621.785.532(088.8) (56) 1. Кипарисов С. С., Левинский Ю,В, Азотирование тугоплавких металлов. М., "Металлургия", 1972, с. 30- .

40,(116-138).

2, ВульФ Б. К. Термическая обработка титановых сплавов. N., "Металлургия", 1969, с. 298-319.

„„su„„ l 006540 А (54) (57) СПОСОБ ГАЗООБРАЗНОГО АЗОТИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЯ ИЗ ТИТАНА .И ЕГО CIUIABOB, включающий радиационный нагрев в потоке очищенного азота до 8001000 С и изотермическую вйдержку с последующим охлаждением в этой же среде до 17-25 С, о т л и.ч, а юшийся тем, что, с цельЮ повышения пластичности и ударной вязкости, аэотирование осуществляют многократно, при этом выдержку на первом этапе проводят в течение 5-9 ч, а на ,втором — в течение 1-5 ч..

100б540

При изотермической выдержке в течение 1-5 ч твердость поверхностных слоев быстро восстанавливается, но ввиду небольшой выдержки заметного охрупчивания сплавов еще не npoucxo(i дит, Предлагаемый способ осуществляют .на чистом титане ВТ1-О и на с(-титановых сплавах АТЗ н АТб. Аэотирование разрывных образцов и образцов для испытаний на удар проводят в азоте при 1000 С, когда проявляется наибольшая хрупкость образцов. Продолжительность азотирования составляет 10 ч; при этом на поверхности образцов образуется азотированный слой толщиной 150-200 мкм с микротвердостью 980-1120 кг/мм . На прак2 тике азотирование вьме 1000 С не ведут, так как. изделия настолько сильно охрупчиваются, что все пластические характеристики и ударная вязкость при комнатной температуре падают до нуля. Ниже 800 С аэотирование тоже не ведут, так как диссоциация азота практически не проходит.

Продолжительность насыщения назначается, исходя иэ требуемой толщины и твердости азотированного слоя, что, в свою очередь, определяется .Условиями работы изделия. Обычно продолжительность азотирования составляет не более 25-30 ч, причем ее можно сократить путем повышения температу.— ры азотирования, но при этом происходит заметное охрупчивание титана и его сплавов.

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке, в частности к процессам азотирования титана и его сплавов, и может найти применение в машиностроительной и химической провален- 5 ности для изделиЯ, работающих на износ.

Известен способ азотирования титана и его сплавов в среде чистого азота или аммиака при высоких тем- 10 пературах ) 1 g.

Недостатком этого способа является образование азотированного слоя с повьааенной хрупкостью, что приво,цит к трещинообразованию, шелушению 15 и выкрашиванию его. Кроме того, при азотировании в аммиаке сплавы насыщаются еще и водородом, что приводит к развитию нежелательной водородной хрупкости в титане и его сплавах. 0

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ азотирования титановых сплавов в среде азота, включающий радиационный нагрев в потоке очищенного азота до 800-1000 С, изотермическую выдержку в течение не более 25-30 ч. При этом при выдержке в течение 10 ч и 1000 С на образцах ВТ1-О и охлаждении. в печи в среде азота до 11-25 С на титановых сплавах АТ3 и АТ6 образуется азотированный слой толщиной 150-?ОО мкм с «икротвердостью Н„ОО = 1120; 1100;

980 кг/мм2 2).

Недостатком известного способа является сильное охрупчивание сплавов, причем,.чем выше температура азотировання, тем хрупкость будет больше,.что резко снижает надежность и долговечность иэделий. 40

Цель изобретения — повышение пластичности и ударной вязкости.

Указанная цель достигается тем, что азотирование при 800-1000 С проводят многократно (в два этапа), при 45 этом выдержку на первом этапе проводят в течение 5-9 ч, а на втором этапе — в течение 1-5 ч.

Предлагаемый способ осуществляется следующим, образом. 50

Образцы (изделия) помещают в печь установки для аэотиронания. Нагрев до температуры азотирования (8001000 С) ведут в среде азота, очищенного от кислорода и влаги. По достижении температуры 800-10000С дают выдержку в течение 5-10 ч до образования азотированного слоя с твердостью не менее 900 кг/мм, Затем

2. образцы охлаждают вместе с печью в потоке азота до комнатной температуры (17-25 С) . После этого проводят дополнительный нагрев н печи до 8001000 С, выдерживают иэделия н тече- . ние 1-5 час и охлаждают н печи н среде азота цо 17-25 С. 65

Давать выдержку больше 5 ч не рекомендуется, так как при этом сплав будет опять заметно охрупчиваться иэ-эа перенасыщения поверхностного слоя азотом, Выдержка менее 1 ч тоже не рекомендуется, так как поверхностная твердость будет заметно ниже требуемой величины (900 кг/см ) вследствие недостаточного насыщения слоя азотом.

После первой стадии аэотирования образцы охлаждаются вместе с печью в потоке азота до комнатной температуры, а затем вновь нагреваются в печи до температуры азотирования

800-1000 С. В результате происходит как бы отжиг образцов, приводящий к перераспределению азота. При этом азот диффундирует из слоя в сердцевину образцов, обеспечивая более прочное сцепление азотированного слоя с сердцевиной, уменьшается перенасыщенность поверхностных слоев азотом, резко снижается концентрация внутренних напряжений в слое. Все это принодит к тому, что в титане и его сплавах резко возрастают пластические свойства н ударная вязкость, а поверхностная твердость при этом снижается.

1006540

Режим азотирования

Пластические свойства

Т, С Время, Относи- Ударная тельное вязкость, сужение, кг м

Сплав

Способ

Твердость Относислоя, тельное кг/мм2 удлинение, %

Известный ВТ1-0

2 0 18 20

1120

0,5

1100

2,0 0,4

AT 3

980

АТ6

4,8

2,1

2,5

1060

Предла- ВТ1-0 гаемый

1090

1120

1000 9+1

1050

АТ3

16,3 5, 36

8,3

1080

6,0 14,2 4,25

1100

11 3 13 2 6 1

АТ6

15 1 17,0 8,9

960

13,4 14,95 7,75

Составитель Л. Бурлинова

Редактор Н. Егорова Техред Ж.Кастелевич Корректор Е. 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", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Пример. Проводят азотирова- ; ние всех титановых образцов при

1000 С в потоке очищенного азота в два этапа с выдержкой на каждом этапе 9+1, 7+3, 5+5 ч, при этом общая продолжительность процесса насы1000 10

1000 10

1000 10

1000 9+1

1000 7+3

1000 5+5

1000 7+3

1000 .5+5 1000 9+11000 7+3.

1000 5+5

Из приведенных испытаний видно, что азотирование иэделий -иэ титана и его сплавов по известному способу приводит к резкому охрупчиванию образцов, при этом пластические свойства (относительное удлинение и сужение) и ударная вязкость при комнатной температуре понижаются в 1050 раэ. Азотирование же титана и

его сплавов по предлагаемому способу ..аэотирования в два этапа, по сравщения азотом всегда составляет 10 ч.

Результаты испытаний ка растяжение, удар и измерения поверхностной микротвердости азотированного слоя на твердомере ПМТ-3 под нагрузкой 50 г сведены в. таблицу.

18с2, 22г0 . 6ю8

236 28,1 96

21,9 25,3 8,44

4112120

Ф

Нению с известным, способствует по4О. вмаению относительного удлинения . и сужения в 7-15 раз и ударной вязкости в 2-13 раз .без снижения прочностных свойств и поверхностной твердости, а следовательно, и износостой-.

45 кости. Кроме того, предлагаемый способ позволяет повысить температуру азотирования, сократив тем саьым длительность процесса насыщения, без охрупчивания сплавов.