Способ химико-термической обработки

Способ химико-термической обработки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК уд) C 23 С 9/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 } 3210768/22-02 (22) 01.12,80. ("6) 07.07.83. Бюл. и 25 (72) t0.В. Иовокрещенов, t0.Н. Косицын и С.П. Бакуменко (53) 621.785.5(088.8) (56), 1. Ворошнин Л.Г. и др. Борированив стали. И., "Иеталлургия", 1978, с. 28-46.

2. Иинкевич А.Н. Химико-термическая обработка металлов и сплавов.

И., "Иашиностроение", 1965, с. 228229. (54) (57) 1 ° СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРИИЧЕСКОЙ

ОБРАБОТКИ, деталей, включающий нагрев и выдержку при температуре насыщения

„„SU„„1027282 A в расплаве, содержащем соль насыщающего металла и его сплав, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости деталей, перед выдержкой через расплав при температуре насыщения пропускают постоянный ток при анодной поляризации детали и поддерживают постоянным равновесный потенциал .детали путем регулирования величины постоянного тока.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся -тем, что перед пропусканием постоянного тока расплав при температуре насыщения выдерживают для получения квазиравновесного состояЯ ния.

102 282

Изобретение относится к химикотермической обработке, в частности к процессам диффузионного насыщения металлов и сплавов, с целью придания их рабочим поверхностям износоустойчивости, жаро- и коррозионностойких свойств.

Известен способ электролизного получения покрытия на металлах и сплавах, заключающийся в том, что сталь- 10 ную деталь погружают в расплав буры, подключают в качестве катода в цепь постоянного тока, анодом служит графитовый стержень и пропускают ток с плотностью на катоде 0,15-0,20 й/см напряжение 2-14 В, температура 930950 С, выдержка 2-6 ч, в результате получают диффузионный слой, состоящий из двух фаз ГеВ и Fe В, толщиной

2 до 0,35 мм 1 1).

Недостатком этого способа является то, что в пределах диффузионного слоя происходит образование различных по химическому составу, механическим и теплофизическим свойствам отдельных 25 фаз FeB u Fe В. В результате На гра2 нице раздела фаз механические и теплофизические свойства изменяются скачкообразно и, как следствие, ухудшается прочность сцепления покрытия с основой защищаемой детали.

Кроме того, более богатая фаза FeB, расположенная во внешнем слое диффузионного покрытия „ обладает более высокой хрупкостью по сравнению с фазой Fe

Наиболее близким к предложенному по технической сути и достигаемому результату является споСоб диффузион40 ного покрытия металлов и сплавов, заключающийся в том, что защищаемую деталь погружают в ванну, содержащую соль покрывающего металла (расплавленную буру) и 30-40i его сплава 45 (карбид бора), выдерживают при 900-

950оС в течение 2-20 ч, в результате получают диффузионный слой, состоящий из двух фаз ГеВ и Fe2В, толщиной до

0,45 мм 1.2 .

Однако при таком способе получения диффузионного покрытия, диффузионный слой также состоит из нескольких фаз, что приводит к снижению износостойкости покрытия и других свойств. Спо- 55 соб. не позволяет получить покрытие с высокими эксплуатационными свойствами.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной стойкости деталей.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу химико-термической обработки деталей, включающему нагрев и выдержку при температуре насыщения в расплаве, содержащем соль насыщающего металла и его сплав, перед выдержкой через расплав при температуре насыщения пропускают постоянный ток при анодной поляризации детали и поддерживают постоянным равновесный потенциал детали путем регулирования величины постоянноготока.

При этом перед пропусканием постоянного тока расплав при температуре насыщения выдерживают для получения квазиравновесного состояния.

В системе, находящейся в квазиравновесном состоянии, при погружении защищаемой детали происходит переход покрывающего металла из расплава солей на поверхность защищаемой детали, что приводит к уменьшению активности атомов защищаемой детали и к снижению скорости коррозии защищаемой детали. В такой системе процесс происходит нестационарно, что приводит к росту. концентрации атомов покрывающего металла в поверхностном слое защищаемой детали. При пропускании через защищаемую деталь поляризующего постоянного тока анодного направления концентрация в поверхностном слое уменьшается за счет растворения избыточного количества атомов покрывающего металла. Одновременно происходит диффузия атомов покрывающего металла в твердую фазу защищаемой детали, что также приводит к уменьшению концентрации покрывающего металла в поверхностном слое. Если убыль концентрации покрывающего металла за счет анодного и диффузионного процесса по абсолютной величине превышает прибыль за счет самопроизвольного процесса, то величина потенциала детали смещается в положительную сторону. Для поддержания постоянного состава необходимо поддерживать постоянный потенциал детали, что достигается регулированием величины постоянного тока. Это следует из ураЬнения Нернста

R7 С д+

Щ= СОИ + И > инГ СМе

10272

40 где R - универсальная газовая постояннаяя, град моль

С вЂ” концентрация ионов покрывающего металла в солевом расплаве, прилегающем к поверхности защищаемой детаг-ион ли, литр

С - концентрация атомов покры- >о

Ме вающего металла в граничном слое защищаемой детали, прилегающем к солевому расплаву;

Т вЂ” абсолютная температура в градусах Кельвина.

При выборе определенного потенциала на защищаемой детали можно создать диффузионный слой с заданными физикохимическими свойствами (высокой износоустойчивостью, жаро- и коррозионностойкостью). Например, при потенциале защищаемой детали из стали

У-8, равном 0,150-0,200 в по отношению к спеченному бору, на поверхности 25, образуется слой, состоящий из фа зы Fe>B.

Пример 1. Осуществляют однофазное борирование стали У-8 в ванне, содержащей в качестве соли покрывающего металла буру 90/, хлорид натрия

53, в качестве сплава металла - полиборид магния 53 при 900 С. Содержимое ванны выдерживают при 900 С в течение 10 ч. Затем в расплав погружают защищаемую деталь — образец и

35 электрод сравнения из спеченного бора, устанавливают на эталонном блоке источника напряжений потенциостата положительный потенциал образца по отношению к электроду сравнения и включают рабочую цепь потенциостата.

Один иэ электродов рабочей цепи — защищаемая деталь — образец поляризовался анодно, другой электрод - корпус ванны поляризовался катодно, потенциал образца поддерживался постоянным за счет автоматического регулирования величины поляризующего тока.

При заданном положительном потенциале борировали по два образца, один 0 продолжительностью в 3 ч, другой б ч;

Таким образом, проведено борирование при шести потенциалах. Кроме того, для сравнения с предложенным 55 способом провели опыты согласно известному способу без наложения поляризующего тока. Образцы после опытов

82

4 подвергали закалке в воде, визуальному осмотру и металлографическому анализу. Результаты опытов, сведенные в табл. 1 показывают, что при борировании деталей однофазное покрытие без дефектов формируется в области потенциалов 0,150-0,2 В по отношению к спеченному бору.

При потенциале менее 0,150 В, а также без наложения поляризующего тока борирование приводит к образованию двухфазного покрытия, которое при термообработке обладает меньшей стойкостью (скалывается) по сравнению с диффузионным покрытием, полученным по предложенному способу в области потенциалов 0,15-0,2 В.

Борирование при потенциалах более

0,2 В не приводит к образованию диффузионного покрытия (образец частично растворяется).

Увеличение продолжительности опытов при заданном потенциале не приводило к изменению фазового состава покрытия и сказывалось только на общей толщине диффузионного слоя: чем больше продолжительность, тем больше толщина.

Величина тока во время эксперимента изменялась по параболическому закону, однако эти изменения не приводили к изменению фазового состава покрытий, так как опыты проводили при постоянстве потенциала образцов.

Таким образом, из результатов борирования образцов следует, что предложенный способ получения диффузионных покрытий отличается от известного тем, что получаемые покрытия на стали У-8 по предлагаемому способу имеют большую стойкость.

Пример 2. Производят алитирование меди в ванне, содержащей, вес.

После алитирования образцы подвергают закалке в воде, визуальному осмотру. Испытания на износостойкость проводят при сухом трении качения на

1027282 машине СИЦ-2, в качестве контртела используют втулку иэ бориска железа (FeB), медные образцы имеют форму втулок с диаметром 35 мм и высотой 12 мм с алюминиевым диффузионным покрытием 5 и беэ него. Внешняя поверхность испытуемой втулки при вращении со скоростью 500 об/мин прижималась к поверхности контрвтулки при нагрузке

30 кг, При достижении предельного мо- 1О мента трения, когда происходило схватывание образцов, машина автоматически отключалась. Об относительной ве" личине иэносостойкости судят по времени достижения предельного момента 15 трения.

Свойства алитированного слоя приве" дены в табл. 2.

Из приведенных в табл. 2 результа" 29 тов следует, что алитирование при

600 С по предложенному способу позволяет получить диффузионные покрытия на меди в интервале потенциалов 0,2500,350 В по отношению к алюминиевому 25 электроду сравнения. Износостойкость полученных диффузионных покрытий в

11-6 .раэ выше меди. Алитирование при менее положительных потенциалах и без наложения поляризующего тока не при- 30 водит к образованию диффузионного слоя из-за оплавления. Алитирование при более положительных потенциалах не удается осуществить из-за анодного растворения меди. 35

Пример 3. Осуществляют бориллизацию меди при 900 С в герметически закрытой кварцевой пробирке в атмосфере аргона. В качестве соли используют эквимольную смесь хлоридов ка- 40 лия и натрия с добавко" 20 вес .4 хлорида бериллия, которые помещают в тигель, изготовленный из металлического бериллия. Расплав солей в тигле выдерживают при температуре опытов 45 в течение 4 ч. Затем в расплав погружают медный образец, электрод сравнения иэ металлического бериллия и поляризуют образец анодно при заданном потенциале положительно по отношению к бериллиевому электроду сравнения. Аналогично примерам 1 и 2 корпус тигля в рабочей цепи потенциостата служит катодом,. При каждом заданном потенциале проводят. по два опыта продолжительностью 3 и 6 ч. Образцы после опытов закаливают, подвергают металлографическому анализу и испытанию на жаростойкость. "

Полученные результаты приведены в табл. 3, Испытания на жаростойкость заключались в выдержке образцов при 800 С о на воздухе в течение 4 ч, о жаро стойкости судили по величине прибыли в весе образцов. Иэ результатов опытов, сведенных в. табл. 3 следует, о что бериллиэация меди при 900 С по предложенному способу в области потенциалов 0,250-0,1100 В по отношению к бериллиевому электроду сравнения позволяет получить однофазное покрытие, жаростойкость которого выше, чем у меди, примерно в четыре раза.

При менее положительных потенциалах и беэ наложения поляризующего тока диффузионное покрытие невозможно получить из-эа оплавления образцов.

При более положительных потенциалах медный образец растворяется, вследствие чего невозможно получить диффузионное покрытие и повысить .жаростойкость меди..

Увеличение продолжительности диф" фузионного насыщения приводит к увеличению толщины диффузионного слоя, однако фазовый состав слоя не изменяется.

Предлагаемый способ проверен также на примере получения диффузионных покрытий циркония на медных образцах.

Обычными методами на поверхности медных образцов образуется диффузионный слой, состоящий иэ нескольких фаз:

Zr

Таким образом, предложенный способ позволяет осуществить получение диффузионных слоев заданного химического состава, что в итоге приводит к повышению износоустойчивости, жаро" и коррозионностойких свойств защищаемой детали.

Ожидаемый экономический эффект составляет 100,5 руб/пуансон.

1027282

Состояние поверхности после закалки

Количество фаэ

Толщина, ми. Время, ч

Примечание

Вольт

Пример

0,180

0,090

Известный

Трещины

То же

То же

0,050

0,025

0,042

Время, ч

Количество фаз

Пример

Примечание

Вольт (йзвестиый) Образец оплавился

То же

Поверхность серого цвета

0,150

0,280

0,090

То же

3

Поверхность желтого цвета

То же

0,120

О

0,0

Количество фаз

Примечание

1 (иэ. вестный) Образец оплавился

0,150

Образец оплавился

1 6

0,050 6

0,150 3

О, l50 6

0,200 3

0,200 6

0,350 6

2 0 150 3

3 0 200 3

4 0 200 6

5 0 350 3

6 0,350 6

7 0 450 3

Время, Пример Вольт ч

0 350 . Беэ дефектов

1 н

0 Поверхность травления, г

Толщина, Время мм достижения предельного момента трения, мин

Толщина, Наростойкость. мм Увеличение массы, г/м ч

Таблица 1

Образец частично растворился

Таблиц а 2

Образец частично растворился

Таблица 3

1027282

Продолжение табл. 3

Жаростойкость.

Увеличение массы, г/м ч

КолиПримечание

Время, ч

Толщина мм

Пример

Вольт честв о йаз

2,0

1,5

2,8

2,1

8,0

Образец частично растворился

Составитель P. Клыкова

Редактор С. Патрушева Техред К.Мыцьо Корректор О. Тигор

Заказ 4680/32

Филиал ППП патент", .г. Ужгород, ул. Проектная, 4

4

6

0,250 3

0,250 6

0,400 3

0,400 6

0,550 6

0,190

0,320

0,190

0,320

Тираж 956 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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